CJ818客机尾翼周期电热除冰系统计算分析

针对CJ818客机尾翼的周期电热除冰系统进行计算分析,内容涉及尾翼的周期电热除冰系统的初步设计、加热条布置方式、外流场CFD计算、水滴撞击特性计算、防护范围以及加热条功率的确定等。计算了最佳加热功率时尾翼蒙皮在加热条中心上方和间隙上方的温度分布以及随时间的变化情况,并由此判断一定周期之后该周期电热除冰系统是否达到系统设计的要求。     

周期电加热控制律对除冰表面温度的影响

研究周期性电热除冰系统加热控制律对表面温度的影响是进行系统设计和优化的前提.在采用焓法模型对二维电热除冰系统矩形单元的瞬态传热模型进行建模的基础上, 采用控制容积法全隐格式求解控制微分方程, 对周期性电热除冰表面的温度进行了计算.分析了影响表面温度的主要因素, 得到表面温度与加热控制律的关系, 结果表明:供电热流密度的大小和供电周期对系统除冰效果有重要影响, 需要合理匹配.      

冰脱落对电热除冰传热特性的影响研究

冰脱落对电热除冰传热特性的影响是电热除冰过程中的重要特征.采用有限体积法和混合网格技术,基于热焓方法将传统的相变传热模型应用到电热除冰计算中,研究了冰脱落对电热除冰传热特性的影响,主要研究了加热模式和加热单元间隔对除冰结构传热特性的影响.研究发现:无间隔除冰单元是有间隔除冰单元的特殊情况,其蒙皮表面温度历程在本质上是一致的.冰脱落后,无间隔除冰单元蒙皮表面温度开始剧烈上升然后逐渐缓慢上升.而对于有间隔除冰单元,随着间隔上加热功率的降低,温升过程逐渐缓和.单元间隔的加热功率降低到一定程度时,表面温度出现温降过程.当传递到蒙皮表面的热量和对流换热带走的热量差逐渐趋于稳定时,表面温度又开始逐渐稳定的上升.     

一维和二维电热除冰相变传热特性的参数影响分析

基于飞机电热除冰过程冰层融化的特征,开展了一维和二维电热除冰相变传热特性数值计算研究和参数影响分析,重点考虑了加热模式、冷却时间、加热功率和加热单元间隔等参数对冰层相变传热的影响。采用了基于焓-多孔介质方法的热焓模型,将计算区域看作是包括多层材料和冰、水及其混合区的多孔介质,采用了结构化网格拓扑结构对计算区域进行划分,采用了有限体积方法对控制方程组进行离散,采用线性插值的方法获得混合区的物性参数,耦合能量方程和液态水体积分数公式,迭代求解了计算域的温度分布,获得了不同材料间界面温度的变化,重点分析了冰-保护层界面的温度变化。基于二维电热除冰模型的冰-保护层界面温度不均匀特征,提出了耦合考虑冰-保护层界面热点和冷点温度的冰脱落温度判断准则。研究表明:高功率的周期性加热模式要优于低功率的连续性加热模式,采用合理的冷却时间和加热功率,可获得更低的能量消耗和更好的除冰效果。合理设置加热单元间隔可以提高周期性的除冰效率,但也会形成冷点和热点,造成冰-保护层界面温度分布的不均匀。冰-保护层界面的冷点类似于锚点,即使此刻热点的冰已经融化,整个冰层也无法脱落和剥离。因此,冰脱落的判断要耦合考虑界面热点和冷点的温度特征。      

用于碳纤维复合材料的电热除冰技术实验研究

 针对碳纤维复合材料机翼的电热除冰技术研究现状,提出了采用多层材料结构的电热除冰垫技术方案.该电热除冰垫各层均由具有不同热功能的材料构成,其中部分材料为根据性能需要自行制备得到的.采用有限容积法(FVM)对除冰垫的性能进行了数值模拟,确定了隔热层厚度,验证了加热回路的均匀性.根据所确定的方案制备了电热除冰垫,并利用自行搭建的除冰验证装置对该电热除冰垫的性能进行了实验研究,得到了加热热流密度、来流风速、来流与除冰表面间夹角对除冰性能的影响规律.研究表明,该电热除冰垫具有良好的除冰性能,除冰方案可行.     

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。     

改进的电热除冰系统仿真

建立了电热除冰系统矩形微段的二维简化物理模型,采用焓法模型建立相变导热问题的微分控制方程,用控制容积法对该模型的控制方程及其边界、初始条件进行离散,使用块修正技术对原有的离散方程组的求解方法进行了改进,得到各个时刻的温度分布及冰的融解情况.计算结果与文献实验结果吻合,验证了改进的算法和程序的正确性.并计算分析了时间步长的选择、网格的划分对计算结果的影响.      

改进的电热除冰系统的仿真方法

建立了电热除冰系统矩形微段的二维简化物理模型，采用焓法模型建立相变导热问题的微分控制方程，用控制容积法对该模型的控制方程及其边界、初始条件进行离散，使用块修正技术对原有的离散方程组的求解方法进行了改进，得到各个时刻的温度分布及冰的融解情况。计算结果与国外文献结果吻合，验证了改进的算法和程序的正确性。并计算分析了时间步长的选择、网格的划分对计算结果的影响。     

电热除冰的热力耦合特性及其对冰层的影响研究

采用计算和实验相结合的方法,初步研究了电热除冰过程中的热力耦合特性及其对冰层的影响。在电加热条件下,耦合外部气动力载荷的作用,采用有限元方法计算了不同热流密度下表面冰层和蒙皮间界面法向和切向应力的分布,比较了加热/不加热条件下界面法向和切向应力分布的差别,研究了冰层最大主应力随热流密度的变化规律。研究发现,电加热条件下,在表面冰层融化前,热力耦合特性将造成冰层内部应力的显著增加,从而造成冰层局部区域的破裂,加速冰层的破坏。同时,设计的原理性实验结果验证了热力耦合特性对冰层的破坏影响。研究结果对于电热除冰理论和除冰技术的发展有现实意义。     

电热除冰传热特性的结冰风洞实验研究

利用结冰风洞设备和电加热除冰装置,采用实验的方法研究了不同加热模式、冷却时间、加热功率和冰脱落对传热特性的影响。研究表明：设置合理的冷却时间和加热功率,采用高功率的周期性加热模式比采用低功率的连续性加热模式更优越,不仅除冰时间更少,而且能量消耗也更少,从而为电热除冰系统加热模式的选取和传热特性的优化提供了实验依据。     

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。     

直升机旋翼防除冰设计与分析

旋翼防除冰是保证直升机在中等结冰条件下安全飞行的基本功能,目前,国内旋翼防除冰技术还未应用于工程设计。本文从旋翼防除冰设计出发,分析研究电热防除冰方法和防除冰控制律,电热防除冰设计涉及的旋翼防冰范围,热力计算以及防除冰加热方法。     

发动机唇口电热防冰系统性能仿真

采用三维耦合传热方法对发动机唇口电热防冰系统进行了多状态下的性能仿真,获得了唇口表面平衡温度及动态温升响应时间,以此评估防冰系统性能,并通过与冰风洞试验结果对比,对仿真过程进行了修正。研究表明:唇口表面加热区平衡温度均高于273.15 K,温升响应时间小于60 s,满足防冰需要,较为严酷的防冰状态点主要为飞行速度较大、环境温度较低的状态点;修正唇口材料导热系数后,仿真与试验结果吻合良好。研究结果能有效指导工程研制,对提高防除冰仿真分析结果的准确性提供了很好的借鉴。     

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。     

基于碳纳米管薄膜的新型电热防除冰系统设计及其应用性能

对新型化学气相沉积法（CVD法）制备的碳纳米管薄膜（CNTF）的相结构和微观形貌进行了表征。根据CNTF内的碳纳米管杂乱交错,排列无规则,但孔隙率较高的微观结构特点,提出了基于这种CNTF的飞机电热防除冰系统的设计方案及其制备工艺流程。该方案采用了CNTF和环氧树脂等轻质材料,对样件制备工艺进行了探讨和优化。通过电发热特性测试及防除冰功能测试对此种新型电热防除冰系统样件的电热性能进行了研究。试验结果表明,此种新型电热防除冰系统结构简单,质量小,易于与飞机铝合金蒙皮相结合,有利于减小飞机空重,降低飞行成本;在电热过程中获得的有效平均温度为47℃,可有效地加快冰层融化,在实际应用中具有良好的前景。     

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。     

基于平衡化学反应和稳态火焰面模型的燃烧数值模拟

探讨了非预混燃烧模型在模拟甲醇燃烧室三维湍流两相燃烧数值模拟中的应用,简要介绍了非预混燃烧模型的优势.使用CFD软件对甲醇燃烧室的燃烧过程进行模拟,分别采用了平衡化学反应模型和稳态火焰面模型,模拟了甲醇燃烧室在试验参数状态下的温度场.通过对模拟结果比较后发现,两种模型在模型高温区域对温度的计算结果差别不大,但在低温区域差别较大.而平衡化学反应模型较稳态火焰模型达到平衡所需要的时间短.     

碳纤维树脂基复合材料电热损伤温度场研究

为了研究碳纤维树脂基复合材料(CFRP)电热损伤过程中的温度场分布问题,使用电热损伤测试系统测试了碳纤维树脂基复合材料通电后的表面温度分布并使用ABAQUS软件对碳纤维树脂基复合材料直接通电过程进行了模拟。结果表明,实验值与模拟结果吻合性较好,在4A、6A、8A电流作用下,CFRP表面温度随时间基本呈线性增加,在160 s左右达到稳定状态,稳定温度分别为162℃、17 7℃和195℃并且不随通电时间而变化。说明该测试系统和计算模型可以正确处理CFRP通电后温度场问题,为复合材料电热损伤合理选取通电参数提供理论依据。     

新型飞机除冰车加热系统温度控制器研究

以新型飞机除冰车加热系统为研究对象，通过分析实验数据，首次提出了除冰液流量全量程范围内的加热系统数学模型，并综合应用模糊理论设计Fuzzy自整定PID参数的Smith预估控制器。MATLAB仿真结果表明，应用这种方法设计出的控制策略能较好地适应飞机除冰车模型参数的大幅度变化，并具有良好的稳态精度和自适应能力。     

电子设备冷却用液体冷板表面温度场的一种工程算法

本文提出折合厚度概念,把冷板简化成一个带内热源、导热系统各异的三维稳态导热模型实体,根据能量平衡方程,建立一组适于工程应用的三维非均匀热流冷板数学模型,进行数值求解,计算结果与试验结果比较表明本文数学模型和计算方法是可行的。