黑鹰直升机旋翼桨叶防/除冰系统研究

旋翼系统是直升机的关键动部件之一,旋翼桨叶结冰会降低直升机性能,危及飞行安全。为了使直升机具备全天候飞行能力,有必要在直升机上安装旋翼桨叶防/除冰系统。黑鹰直升机上装备的电热防除冰系统是美国西科斯基公司最早开发的比较成功的一款旋翼防/除冰系统。详细介绍黑鹰直升机旋翼防/除冰系统的发展历程和设计特点,对比了UH-60A和UH-60M直升机上防/除冰系统的异同。     

直升机旋翼结冰影响及防/除冰方法综述

为深入认识旋翼结冰的影响，从结冰强度和桨尖冰脱落两个方面阐述了旋翼结冰的特征及其主要响应因素，进而归纳了结冰对直升机升阻力特性、悬停特性、操纵特性等气动影响，并提出了评估旋翼冰脱落对直升机物理损伤的主要思路和方法。介绍了旋翼防/除冰应用中的电热防/除冰、液体防冰和气动除冰等主要技术，系统分析了它们的优缺点：电热防/除冰除冰效率高，但能耗较大；液体防冰能耗低，但作用时间短，且防冰效率不高；气动除冰系统虽然能耗低，但其安装部位有限，并且易造成直升机气动损失。在此基础上，还针对当前直升机防除冰系统存在的缺点，从旋翼结冰的高精度预测、多种防/除冰系统的耦合开发、大面积超疏水材料制备工艺提升等多个方面，全面展望防/除冰未来发展中亟需解决的重要问题。     

空气动力对旋翼防冰热效率的影响

本文介绍了旋翼电热防冰系统及其加热元件的主要技术参数，并根据UH-IH旋翼防冰试验结果，就空气动力旋翼防冰／除冰热效率的影响，进行了初步分析。     

超疏水表面材料在电热防/除冰系统应用中的节能原理分析

近年来,超疏水表面材料以其在各个领域中的巨大应用价值引起了人们的广泛关注。首先介绍了超疏水表面材料在电热防/除冰系统中的最新研究进展和实验结果,即超疏水表面材料可以有效减小机翼表面与冰层之间的粘性力,抑制溢流冰层的形成,节省大量电能;然后从能量守恒的角度,详细分析了超疏水表面材料在电热防/除冰系统应用中的节能原理,并探讨了超疏水表面材料在直升机旋翼桨叶电热防/除冰系统中应用的可能性,为国内开发高效、节能的电热防/除冰系统提供理论参考。     

直升机旋翼防除冰集流环设计

介绍了直升机旋翼防除冰用集流环的结构和工作原理,从电刷和导电环的选择、电刷压力的计算和弹簧的设计三个方面对集流环的设计方法进行了详细说明,并通过试验验证其合理性。所论述的集流环设计方法为直升机旋翼防除冰用集流环设计提供参考。     

直升机旋翼防/除冰系统适航审定方法研究

介绍了直升机旋翼防/除冰系统适航审定的程序和主要验证方法,重点研究了美国和欧洲民用直升机防/除冰系统的鉴定方法和特点,提出了一些针对国产直升机旋翼防/除冰系统适航审定方法的建议。     

直升机旋翼桨叶防/除冰技术新思路

为了满足直升机全天候飞行和特殊环境中飞行的要求,有必要对直升机的旋翼桨叶、发动机进气道、风挡玻璃等部位采取防/除冰防护。常用的电热等防/除冰方法存在各种弊端,如消耗大量电能、冰防护装置复杂、脱冰产生危害等,而超疏水表面材料以零耗能、零设备、零操作的特点在防/除冰方面具有巨大的应用潜力。本文在总结现有防/除冰方法及其特点的基础上,介绍了超疏水表面材料的最新研究进展,探讨了其在直升机防/除冰技术上应用的可能性,为解决直升机的防/除冰问题提供了一个新思路。     

直升机的防除冰系统

介绍了直升机结冰的基本情况和国内外防、除冰技术研究的现状,明确了电热防、除冰方法目前依然是解决直升机结冰问题最好也是最成熟的方法。对直升机电热防、除冰系统研发所涉及到的结冰理论计算、冰风洞结冰试验、加热元件设计与布置、加热控制率和系统综合评估几方面进行阐述,指出了防、除冰系统研发的大致过程及应注意的问题,为实际系统的研究开发提供有益的参考。     

直升机旋翼除冰系统加热垫试验研究

直升机旋翼桨叶结冰会导致其气动外形的破坏,严重影响飞行品质。为了提高直升机旋翼防除冰系统的柔韧性和抗疲劳性,以镍铬合金细丝编织的金属网作为加热元件,并将其以展向布置的方式设置于桨叶中;通过设计,确定金属丝的直径、网格的尺寸,结合现有的复合材料成型工艺,制备出电加热试验件;对所制备的加热垫分别进行电热性能测试、力学性能测试和实验室模拟除冰试验。结果表明:所制备的加热垫温升速度可达2.5℃/s,面内温度均匀性小于2℃,实验室模拟除冰效果良好。     

基于PHengLEI的非稳态电热除冰过程仿真

为了填补国产自主可控CFD软件风雷平台的防除冰功能开发的空白,本文建立了电热除冰计算模型、计算方法和非稳态导热模型,并在国家数值风洞风雷平台（PHengLEI）基础上,集成了非稳态电热除冰计算和非稳态导热计算功能。通过与主流商业CFD软件仿真结果和实验数据的对比,验证了导热和非稳态电热除冰程序的准确性。针对某飞行工况进行了电热除冰计算,通过对表面溢流水、表面温度、结冰量的计算结果分析,发现合理布局加热片、设计加热热流密度和电热除冰控制率,可实现电热除冰系统的安全运行和能源的高效利用。     

复合材料主桨叶生产过程中的质量检测和试验验证方法

主桨叶作为直升机的关键部件,其生产质量直接关系到直升机的安全,因此在桨叶生产的全过程中,必须对其进行全面的质量检测和试验验证,从而确保生产出的桨叶符合设计要求。首先介绍了EC175复合材料主桨叶的内部结构,然后介绍了其整个生产过程中的质量检测和试验验证方法。     

压气机进气畸变数值模拟技术研究

发展了一种针对进气畸变条件下的风扇/压气机进行性能预估和稳定性分析的计算方法。首先研究了将叶片作用力简化为体积力源项的建模方法,在此基础上开发出一套基于体积力的三维进气畸变数值模拟程序,使用该程序对NASA Rotor 35在均匀进气、进口存在稳态总压畸变及同时存在总压和总温畸变的流场进行了模拟分析。结果表明,该程序获得的压气机特性及参数分布与雷诺平均Navier-Stokes(RANS)计算吻合得很好,同时正确地模拟出了压气机转子与上游畸变来流的耦合作用及其对压气机性能和稳定工作裕度的影响。     

双级对转压气机全工况优化设计

为全面提升对转压气机气动性能,以某双级对转压气机为研究对象,基于人工神经网络与遗传算法,针对转子2叶片在整机环境下进行全工况优化设计,并对优化前后几何形状、总体性能及流场结构进行了对比分析.结果表明:优化后对转压气机全工况范围内等熵效率及压比均得到提升,同时流量范围有所增大.在设计点整机等熵效率提高0.3%,近失速点整机等熵效率提高1.5%,喘振裕度上升了6.37%,稳定工作范围得到显著扩大.优化后转子1全工况范围内等熵效率和压比特性变化不大,而转子2全工况范围内等熵效率和压比均有较大提高,其中在设计点转子2等熵效率上升1%,近失速点转子2等熵效率上升2.5%;在近失速点,优化后转子1、转子2、出口导叶(OGV)尖部流场显著改善.     

电脉冲除冰系统的除冰实验与数值模拟

搭建了电脉冲除冰实验台,完成了脉冲放电500V时的除冰实验,获得了三次除冰激励后的除冰效果.同时,为数值模拟除冰过程,求解了除冰动力即铝板在涡流场作用下的脉冲压力分布,建立了冰-铝板三维有限元分析模型,利用ANSYS单元生死技术瞬态非线性分析了冰层的失效单元,比较了Labeas冰层失效准则与第一强度理论分析冰层失效的效果.结果表明:加载除冰激励后,利用第一强度理论数值仿真去除冰层范围的结果更符合本次除冰实验.      

一类轴流叶轮机转/静干扰问题的 3D Euler 数值研究方法

本文将作者发展的定常N-S解程序,改编成时间精确Euler解程序,用于研究转/静干扰问题。对一台高负荷风扇级无粘流场进行时间精确模拟的结果表明,该方法可被应用于轴流叶轮机内非定常流动机理研究。      

跨声速轴流压气机间隙泄漏流触发旋转失速

通过对跨声速轴流压气机NASA转子37进行单通道定常及多通道定常、非定常数值模拟,单通道定常数值模拟结果与实验结果能较好吻合。多通道非定常数值模拟结果显示,间隙泄漏流及其与激波干涉的非定常振荡,触发突尖型旋转失速先兆,具体表现为叶顶前缘间隙泄漏流溢出。失速团首先在叶顶处形成,且速度约为80%转速。随着流量的下降,失速团进一步发展,在失速通道内,激波与叶片前缘完全分离,且在叶片尾缘出现回流。当转子完全数值失速时,失速团周向尺度约为4个通道,且径向占据约半个叶高。     

模型桨叶温热特性试验研究

桨叶除冰技术是一项重要的直升机研究课题,桨叶温热特性是其中重要一环。本文详细介绍了桨叶测温传感器设计,测点布置,测试控制原理,温热特性试验内容及结果等。试验取得了真实可信的数据,得到了一套完整的试验方法。     

对转压气机最先失速级的小扰动理论分析

 对转压气机(CRC)由于其独特的气动和结构优势而被认为是进一步提高航空发动机推重比的重要技术途径之一。在小扰动理论的基础上发展了对转压气机旋转失速的小扰动分析方法,并以实验室对转压气机为研究对象,采用小扰动理论和计算流体力学(CFD)数值模拟两种方法对不同转速匹配工况下的最先失速级位置进行了相应的研究,为对转压气机失速边界的预估探索一种快速有效的方法。研究结果表明:①旋转失速的小扰动分析方法可以较好地预估对转压气机失速边界和最先失速级位置;②小扰动分析方法和CFD计算结果均显示:转速匹配方案对对转压气机最先失速级位置存在明显的影响。当转速比大于或等于0.9时,转子2为最先失速级;当转速比小于0.9时,转子1为最先失速级;③由于小扰动分析方法进行了大量的简化,因而使得预估值同实际值之间存在相应的误差。同时,由于对转压气机级间存在较强的非定常性,进而使得相对误差进一步增大。     

预处理方法在叶轮机械三维数值模拟中的应用

应用预处理方法求解三维可压缩流动Navier-Stokes方程, 发展了一种适用于叶轮机械的既可以求解跨声速流动也可以求解不可压流动的数值模拟方法, 对NASA Rotor67和北航低速大尺寸压气机算例进行了计算, 计算结果与实验数据相吻合, 表明本文采用的预处理方法具有较大的工程实用性.