提升民用飞机水废水系统运营经济性技术研究

基于现代民机绿色环保设计理念和对经济性的追求,减重是飞机设计中重点考虑因素,关于降低民用飞机水废水系统运营载重、提高运营经济性研究,国内外尚未发布公开文献。本文基于对航线用水统计数据研究,形成航线运营所需水量计算技术;基于我国航线飞行时长分布特点,提出基于航线实际运营时间和载客人数为需求、为系统设定分档加水设计技术。结果表明：与同类机型数据对比,本文的水量计算技术是有效的;分档加水设计技术能够有效地降低系统在航线运营过程中的运营重量,可以提升民用飞机水废水系统的运营经济性。     

民机废水系统气-液-固三相流流动特性仿真计算研究

民机废水系统是保障乘员舒适性和个人卫生的重要系统,而废水系统管路气液固三相流动特性分析是其关键技术难点之一。通过对民用飞机废水系统进行研究,采用CFD-DEM模型对马桶底部和废水输送管路中的气液固三相流动过程进行仿真计算,对废水系统管路的气液固三相的流动形态和流动特性进行分析,得到了液相和固相的流动时间。结果表明：废水管路中固相和液相沿运动方向呈贴壁螺旋流动,并且气相速度大的区域湍动能越大,因此对于气液固三相流动而言,气相的运动占主导;截面平均速度气相最大,液相次之,固相最小;系统静压沿管路轴向不断下降,总压损失随时间不断减小。通过对民机废水系统流动性能的分析,为废水系统设计提供设计输入,具有指导意义。     

民机废水系统多相流流动特性仿真研究

民用飞机废水系统通过客舱与外界环境压差产生负压将盥洗室马桶的冲洗废水、盥洗灰水以及厨房的灰水输送至废水箱。废水系统管路中呈气、液、固三相混合流动。废水系统的多相流动性能优劣对乘客乘机舒适性有着重要影响。为了探究废水系统多相流流动性能的影响因素,对不同液固成分比例、不同废水管路管径下的气-液-固三相流动特性进行了仿真计算研究,结果表明：当废水系统支路中液固比大于2∶1时,液固比越大,支路内气、液、固三相的截面平均速度越小,管路内总压损失越大,液、固两相流动时间越长;当液固比小于2∶1时,液固比越大,固相流动时间越短;支路内气、液、固三相的截面平均速度随管径的增大而增大,液、固两相流动时间随管径的增大而减小,大管径的废水系统支路可以有效提升管路中气相运输液相和固相的能力、减小系统总压损失以及减少固相与管壁的碰撞。     

民用飞机低速俯仰力矩特性改善研究

针对某民用尾吊飞机低速时俯仰力矩上仰的情况,研究了一种新型的改善措施——内侧缝翼截短。采用数值模拟方法对其基本着陆构型以及改善措施的气动特性进行研究,给出了在大迎角下工作的流场特征,分析了改善措施改善俯仰力矩特性的流动机理,并对改善措施对发动机进气畸变的影响进行了评估。研究结果表明:低速俯仰力矩形态取决于机翼的分离位置;分离从外侧开始会使飞机"抬头",分离从内侧开始会使飞机"低头";平尾提供的俯仰力矩决定了总的俯仰力矩;分离从内侧开始使飞机"低头"的主要原因是降低了机翼对平尾的下洗;改善措施在失速迎角内不会对尾吊飞机的发动机进气产生影响。     

民用飞机水废水系统防冰功能设计

民用飞机水废水系统的设备及管路布置位置从机身前部的前EE舱贯穿至机身后部的水废水舱,涉及舱段的温度分布变化较大,若不采取防冰措施,系统结冰会导致其功能丧失.采用模块化分析方法,对典型民用飞机水废水系统途经的不同区域的环境温度进行分析,确定水废水系统防冰区域,并给出确定加热器布置位置的原则;同时,针对不同需要防冰部件的特点,给出对应的防冰方式选用原则及典型加热器的防冰功率计算方法.本文采用的水废水系统防冰功能设计方法,可在民用飞机水废水系统研制之初、缺少全机温度场分布的情况下,为系统的防冰功能设计提供指导.     

非定常空化流动及其诱导振动特性研究综述

针对非定常空化流动及其诱导振动特性,从试验和数值计算等方面进行了总结。在空化流动的实验技术方面,详细评述了由单一测量到多场同步测量的发展,指出实现结构和空化流动的多场同步精细测量是试验技术的发展方向。对近年来发展的非定常空化数值模拟方法进行了总结,认为机器学习与计算流体动力学(CFD)的结合将是非定常空化流动和空化流激振动数值模拟方法发展的方向之一。通过对空化流激振动特性的试验与数值模拟研究结果的分析和总结,认为空化发展过程的强烈不稳定行为是影响结构动态振动响应特性的主要因素,通过X射线等技术深入分析空化区域内的回射流与冲击波演化特征,并结合精细化结构振动测试技术,将是今后进一步研究空化流动机理、理解非定常空化流激振动特性的重要关注点。     

非定常分离流动的Lagrange方法数值模拟

本文对Ｌａｇｒａｎｇｅ坐标系下的边界层方程进行了数值模拟。研究了静止流场中的线涡诱导的非定常边界层流动。数值结果表明，随着边界层接近分离，确实出现了有限时间奇性。流动在驻定点附近很窄的区域内堆积，并在垂直壁面方向迅速增长，形成一脉冲似的突跃。基于此现象讨论了非定常分离的性质和三种分离模式。采用Ｌａｇｒａｎｇｅ方法能很好地说明有限时间奇性，便干精确地给出分离的定义和判据，而且物理常清楚。Ｌａｇｒａｎｇｅ方法有着明显的解析和计算上的优点。     

民用飞机惯性基准系统研究

惯性基准系统是民用飞机非常重要的机载系统,为飞机显示系统、飞行控制系统以及其他系统提供姿态、航向、姿态角速率和加速度等信息,并可以作为飞行管理系统的导航源,输出即时地理位置信息,本文以某型号民用飞机为例,介绍了其惯性基准系统的组成、基本工作模式及其最新的发展,并给出了其安装校准方法。     

民用飞机水系统管路流动的数值模拟

水系统是民用客机中不可缺少的重要系统。在水系统的设计过程中,管路的设计占据着非常关键的位置,而对管路流动性能的数值模拟能够很好地指导管路的设计与优化。选取民用客机水系统中的加水管路作为研究对象,采用FLOWMASTER管网系统和CFD两种方法对加水管路在不同压差、不同壁面粗糙度条件下进行数值模拟,并对两种方法的计算结果进行比较分析。结果表明:FLOWMASTER管网系统能够快速、准确和可靠地获得流量等管路主要性能;而CFD方法则能够提供管路流动的流场细节信息。在水系统管路的设计过程中,应当充分利用这两种方法,发挥其各自优势,更好地完成水系统管路设计。     

涡轮叶片凹槽状叶顶非定常流动传热特性的数值研究

为了研究涡轮叶片凹槽状叶顶的非定常流动传热特性,以GE-E3第一级静叶和动叶为研究对象,采用ANSYS-CFX数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和标准k-ω紊流模型。数值预测的叶顶换热系数分布与实验数据吻合良好,从而验证了数值方法的可靠性。数值计算结果表明:静叶尾迹对动叶顶部的流动和换热特性影响显著。压力面侧前缘区域和吸力面中间位置的流场受动静干涉影响显著。叶顶表面的换热系数脉动主要出现在靠近前缘的凹槽底部表面和再附着线附近及吸力面侧肩壁。靠近动叶尾缘区域的换热系数脉动同时受动静干涉作用和下游流场的影响。定常计算得到的换热系数在前缘冲击区和分离线附近高于非定常时均值,在压力面侧肩壁附近小于非定常时均值。定常计算得到的平均换热系数要高出非定常计算结果3.5%。     

民用飞机再循环系统流量仿真计算

以某型民用飞机再循环系统为研究对象,考察了从再循环系统到货舱和混合腔的流量分配。采用Flowmaster软件对再循环系统进行建模,对飞机在高空巡航和地面热天两种工况下的再循环系统流量分配进行了仿真计算。结果表明,该再循环系统的设计满足下游用户的流量需求。     

民用飞机液压系统建模与负载流量需求计算的研究

飞机液压系统的一个重要设计指标是能够满足全飞行剖面场景下的负载流量需求。介绍了一种用于飞机液压系统负载流量需求分析的数字仿真分析方法,通过开发数学模型构建了液压能源子系统和液压用户的负载子系统模型,进而仿真分析典型飞行剖面下液压系统的负载流量需求,模拟了飞机液压系统的动态工作过程,能够反映飞机液压系统与液压用户负载之间的耦合动态特性。仿真结果表明,这套模型满足液压系统分析需求,可用于液压系统的设计支持工作。     

压电风扇激励非定常流动和换热特性数值研究

 利用动网格技术对压电谐振风扇产生的非定常流场进行了数值模拟,以期进一步揭示压电风扇的流场特征和换热特性。研究表明:压电风扇上下两个区域均出现涡流,涡向相反(压电风扇上方为逆时针,下方为顺时针),涡对的尺度、位置和扰动范围随时间呈周期性变化规律;时均速度并非随着与压电风扇自由端距离的增大呈现单调衰减的趋势,而是在距离压电风扇自由端距离为一倍振幅的截面上出现峰值速度最大的速度分布型,该位置正是涡环达到最大型面的瞬间涡核所处位置。涡串发展、运动过程中与周围流体发生干涉融合形成的射流起到了强化换热的效果,换热效果最好的地方不是出现在平衡位置,而是涡对破碎、流体紊流度最强的地方。     

返回舱自由振动跨声速非定常流场数值模拟

本文利用NND差分格式对返回舱俯仰运动和跨声速绕流流场进行了耦合求解,结果表明来流M     

湍流模型在民机跨声速绕流计算的应用

针对民机构型DLR-F6翼身组合体,研究了不同湍流模型对气动特性和流场特征的影响.控制方程采用全场三维可压、雷诺平均的Navier-Stokes方程;计算格式采用Jameson中心有限体积、多步Runge-Kutta时间步长格式进行求解;湍流模型分别采用EARSMk-ω模型、Spalart-Allmaras(S-A)模型、SST模型、Standardk-ω(STDk-ω)模型、Low-Reynolds Numberk-ω(LRNk-ω)模型.通过对巡航状态的计算研究,分析了五种湍流模型在翼身结合处气流分离的特点,为工程应用提供了一定的借鉴意义.     

新型民用客机水系统选型研究

民用飞机水系统的功能是在飞行中为机上乘客提供饮用水、盥洗用水和马桶冲洗用水。水系统作为飞机上与乘客生活息息相关的系统,舒适性的要求越来越被关注。目前,飞机上使用的水系统方案各式各样,对于不同的飞机需求,各种方案各有各的特点。针对国际新型飞机上已经开始采用的水系统的各种方案进行了权衡研究,重点研究了水系统几种控制方式的优缺点以及机电综合控制技术作为新技术在新型民用飞机上的应用,同时介绍了灰水的几种处理方式、比较常用的几种水龙头以及其优缺点分析。针对某种飞机型号,根据飞机的市场定位和需求,介绍了如何选择一套合适的系统方案,来提高该飞机的经济性和实用性,为我国民用飞机水系统的研制提供一定的参考。     

双级风扇三维粘性非定常流动的数值解

针对一台双级跨音速轴流风扇动静叶片排相互干扰的三维非定常流动,进行了N-S方程的数值求解。首先计算风扇定常流场,以定常流收敛结果为起始场计算非定常流动。计算结果表明,非定常流动对各叶片排进口气流角有较大的影响,其中静叶的变化大于动叶,与定常流结果相比,非定常的瞬态攻角增大的量大于减少的量,最多时增大近10°左右。静子叶片受到的非定常气动力变化幅度也大于转子叶片,叶片排所处的轴向位置不同,非定常流动的影响会有较大的差别。      

进口气流角对三维振荡涡轮叶片非定常流动影响的数值模拟研究

进一步发展了非定常雷诺平均N—S方程求解程序,并基于影响系数法,在三种不同振型下就进口气流角对三维涡轮振荡叶片绕流的影响进行了数值模拟研究。数值模拟结果表明,所发展的程序对振荡叶栅流动模拟具有较好的精度;进口气流角对振荡叶栅内部非定常流动以及叶片表面的非定常气动力有着较为重要的影响,且在不同模态下,进口气流角对振荡叶片非定常流动的影响规律表现不同。     

民机燃油箱惰化流场的数值仿真及其特性分析

根据民机燃油箱冲洗惰化过程的特点,基于FLUENT软件开发了一种用于燃油箱惰化流场数值仿真的计算方法。将方法的计算结果与国外文献中公布的理论模型计算结果和实验数据进行了对比,验证了方法的正确性。对两种采用不同喷口、通气口布置的矩形燃油箱的惰化过程进行了数值仿真计算,分别给出了惰化80 s和2 400 s时的氧浓度分布云图,并进行了对比分析,说明方法在优化设计喷口、通气口位置以达到最优的惰化性能方面有较大优势。