一种清除引气污染物的空调梯形信号送风方法

针对现有飞机客舱空调采用常规的恒值信号送风，无法将引气污染物快速排出舱外的问题，采用计算流体力学（CFD）技术建立Boeing737飞机客舱仿真模型，并使用粒子图像测速（PIV）实验验证客舱仿真模型的准确性。提出客舱空调采用梯形信号送风，与客舱空调常规的恒值信号送风进行对比，以NO2为引气污染物，模拟在相同通风量不同信号送风下，天花板送风、侧壁送风、混合送风方式的流场特征与污染物扩散规律，将等效稀释通风量指标与吹风感指标结合，确定飞机空调最佳送风工况。仿真结果表明：采用等效稀释通风量指标对客舱整体排污效果进行评估，相比于恒值信号送风，客舱空调采用梯形信号送风在天花板送风、侧壁送风、混合送风方式下等效稀释通风量分别提高了78.2%、34.3%、23.1%。其中，客舱空调使用梯形信号送风在天花板送风方式下具有最好的排污效果，并且其吹风感指标DR(Draft Rating)低于20%，满足乘客热舒适性要求，梯形信号送风的吹风感指标优于方波信号送风，排污效果优于正弦信号送风。     

民机客舱颗粒污染物传播规律数值仿真及分析

采用数值模拟方法计算三种送风方式下突发性颗粒污染物在民机客舱内的传播规律,比较三种送风系统各自的优点及不足。结果表明：天花板送风系统能够有效地降低客舱内的温度,但乘客会有吹风感,且颗粒污染物的传播范围广;地板送风客舱内的温度分布不均匀,不易于颗粒污染物的传播,但污染物浓度高于其他两种送风方式;置换送风方式不易于颗粒污染物的传播,且污染物浓度值低,传播范围小,乘客没有吹风感,但不能有效地降低客舱内的温度。     

考虑污染物传播规律的飞机座舱送风方式研究

为充分认识飞机座舱内污染物传播机理并控制和减少座舱内污染物传播,研究了不同送风方式对座舱内污染物传播特性及空气品质的影响。以波音737-200机型为研究对象,利用CFD技术建立了5排座舱模型,模拟计算了天花板和天花板+侧壁两种送风方式下座舱内气流场及污染物浓度场,通过等比例实验舱对部分工况气流场和污染物浓度值进行验证,并以空气龄为评价指标对空气品质进行评价。结果表明：在同等送风量下,天花板+侧壁送风更有利于污染物的扩散,通风效果充分,而天花板送风更容易造成污染物单点聚积,通风效果较差,且经济性较差。     

单通道民用飞机客舱气流组织数值仿真研究

建立了单通道民用飞机客舱气流组织数值仿真模型,对不同的送风角度、送风速度和送风比例等状态的客舱气流组织进行了数值仿真研究,通过对比分析不同状态的仿真结果的流场、温度场、预期不满意百分率PPD、预测平均反应PMV、吹风感所引起的不满意率DR及其垂直温差导致的不满意率PD等热舒适性参数,发现水平角度送风、上风口较低风速和下风口较大风速、上风口风量少于下风口的设计较为合理。     

基于PMV-PPD的地面空调最佳送风速度

针对目前飞机地面空调恒速送风所造成的客舱热舒适性和节能效果不佳的问题,运用CFD技术建立了Boeing737飞机客舱的仿真模型,并通过实验室1∶1尺寸的Boeing737实验舱进行验证,证明所建立的CFD模型合理有效。在此模型基础上,模拟了飞机客舱内的风速场、温度场,根据采样点的风速和温度,分别得到不同送风速度下的客舱内热舒适性评价指标PMV和PPD,通过高斯拟合得到地面空调送风速度与PPD平均值之间的曲线关系,求解得到了满足热舒适性要求的地面空调最佳送风速度,从而实现地面空调的节能控制。     

民航客机引气污染物采样与数据分析

本文首先简要介绍了当前国内适航规章的要求以及潜在的引气污染物种类,随后对采样与测试过程中发动机与辅助动力装置(APU)的工况设定、采样注意事项以及各种污染物的分析方法等方面展开详细说明.同时,汇总了当前各类污染物在各种环境下的含量,对比了客舱与室内、引气出口与室内污染物的含量差异,并分析了滑油泄漏对引气空气质量的影响,...     

CJ818旅客机客舱气流组织数值仿真研究

旅客机客舱供、排气系统对于客舱内部气流流动和温度分布具有重要影响,乘客的几何结构和热载荷等因素也会影响舱内气流流动。对CJ818客舱、供气系统和排气系统进行了几何建模及有限元建模,应用非结构化网格对模型进行离散,应用全隐式多网格耦合求解技术求解N-S方程,采用RNGk-ε模型封闭方程组。分别对单排座椅和多排座椅客舱进行了简化建模,研究了其在设计方案下舱内流动情况,并分析了乘客几何结构和乘客散热对舱内流动的影响,同时分析温度场和流场之间的依变关系。研究结果对于客舱空气分配系统设计和优化,客舱空气质量控制具有参考意义。     

飞机客舱烟气扩散数值仿真

通过建立五排客舱的几何模型及客舱烟气流动的数值仿真模型,采用RNG k-ε湍流模型对客舱内的湍流流动进行描述。基于Fluent对火灾阴燃阶段客舱内烟气浓度场和温度场进行三维数值模拟分析,预测了烟气浓度随时间变化规律。结合适航规章分析烟气中CO、CO2浓度对客舱空气品质及乘客健康安全的影响,给出火灾紧急措施建议,同时也为大型运输类飞机烟雾的适航审定符合性验证方法的研究提供基础。     

大型民用飞机应急撤离模型与仿真方法研究

在元胞自动机模型和行人流模型基础上,解决了飞机疏散模型中的元胞严重冲突问题,实现了模型元胞速度动态可变和对不同出口的流量控制,针对多出口状态下准确地模拟绕过复杂障碍物等要求,建立了基于大型飞机环境特点约束的网格吸引力概率模型,并通过应用某型飞机客舱布局作为算例进行了乘客应急疏散的过程模拟。最后在DELMIA平台下对人员的疏散行为进行建模并实现三维演示验证,模型的仿真过程接近真实情况,仿真结果和现有疏散实验结果相吻合。     

引气系统建模及传感器集优化分析

MADe(维修感知设计环境)是基于功能流模型、系统失效知识和测试信息的系统测试性与健康感知综合仿真分析工具。给出了功能流模型定义及其建模流程,详细分析了飞机引气系统的工作模式、层次结构、功能流及典型部件的物理失效过程,并实现了引气系统典型工况的建模。基于引气系统功能流模型和功能流传播表对传感器集进行了优化,包括传感器集的选择和诊断规则分析。仿真结果表明,该方法能有效地实现引气系统的建模,实现引气系统故障诊断与健康监控方案的优化。     

矩形埋入式进气口引气流量规律研究

矩形埋入式进气口是一种新型冷风道引气方式,其功能是将飞机外部冷空气引入飞机内部使用。所讨论的矩形埋入式进气口主要应用于发动机舱通风冷却系统。通过对矩形埋入式进气口在亚-跨-超声速范围内流量特性的数值仿真计算,发现在条件不变的情况下,随着导流板角度增大,进气口引气流量单调减小。结合风洞吹风试验结果和工程实际需要,认为导流扳角度在15°左右可以参考使用,研究结果可为发动机舱通风冷却系统设计提供参考。     

基于Flowmaster的航空发动机燃油系统温度仿真及分析

采用大庆RP-3型燃油,利用Flowmaster软件对某型航空发动机燃油系统进行建模,计算定、变转速工况下燃油温升情况,开展了发动机变转速下的温度仿真,将仿真温度与实验温度值进行对比验证模型准确性。结果表明:模型精度主要受元件的性能曲线影响;某些工况下主燃烧室前的燃油温度可达145 ℃以上,影响发动机安全,必须加以控制;仿真发现向飞机回油可以降低燃油温度,但对于阶跃回油质量流量信号,温度响应具有延迟性;设计回油质量流量为0 kg/s,不同工况的离心泵效率相同,各工况的燃油温度与主燃烧室燃油质量流量的关系,质量流量增大,温度降低,质量流量稳定时,温度也会达到稳定值。该仿真主要是建立了燃油温度的求解模型,提出了燃油泵加热的计算方法,对于航空发动机系统一维仿真研究有一定的指导作用。     

飞机客舱空调系统过滤效果评估仿真研究

为研究飞机中高效空气过滤器对病毒、细菌颗粒及其他有害物质的过滤效果。以飞机客舱空调系统为例，建立高效空气过滤器简化几何模型，基于计算流体动力学分析，通过ANSYS Fluent软件对高效空气过滤器中污染物浓度和内部流场仿真，评估过滤效果，实现高效空气过滤器内部流场可视化。研究得出，滤网使污染物粒子发生压降，污染物粒子接近滤网区域湍流强度较强；2 m·s^-1入射速度下的0.3μm污染物粒子经滤网后浓度降低，污染物由中心向周围扩散。研究结果可为优化过滤器的研制提供参考。     

宽体客机座舱COVID-19传播特性研究

针对新冠疫情下座舱内乘客因气流组织分布而产生交叉感染问题,以宽体客机座舱为对象,研究了座舱内COVID-19病毒的传播特性,并提出了人体微环境控制方法来抑制病毒在座舱内的传播。采用拉格朗日方法模拟了座舱旅客呼出带病毒飞沫,揭示了座舱内病毒传播轨迹和分布特性,分析了不同送风方式、送风速度以及人体微环境控制技术对座舱内病毒颗粒传播特性的影响。提出了相对暴露值量化不同位置乘客被病毒飞沫污染程度。结果表明：送风速度对座舱内病毒飞沫传播的影响相对较小,顶/侧送风的组合送风方式可有效降低病毒飞沫的扩散范围;在座舱上方增加气幕带送风式的人体微环境控制方法,有效降低了舱内病毒飞沫浓度,减小了人员交叉感染风险,相邻位置乘客感染的相对暴露值降低了65%,其他位置乘客相对暴露值降低约90%。     

基于高斯伪谱法的飞机下降段轨迹优化

以大型运输机为研究对象,进行风干扰下的飞机下降段轨迹优化.通过对飞机下降过程的分析,建立了飞机的运动学模型、油耗模型和大气模型,得出了问题的目标函数和约束.运用高斯伪谱法把最优控制问题转化为非线性规划问题,并用序列二次规划求解非线性规划问题.仿真计算得到飞机最短下降时间的最优轨迹,讨论了不同的成本指数对下降时间和燃油消耗的影响.仿真结果表明,成本指数越大,飞机下降时间越短,燃油消耗越多.     

飞机座舱颗粒物浓度评估方法研究

飞机客舱内的空气品质越来越受到关注,舱内颗粒物浓度超过限值会对人体健康造成伤害。因此在飞机通风系统设计时必须考虑座舱颗粒物浓度限值对系统设计的约束。可吸入颗粒物包括粗颗粒物PM10和细颗粒物PM2.5。以某民用飞机为研究对象,提出飞机座舱颗粒物浓度评估方法。通过对国内外相关技术文献调研并进行指标权衡分析,得到颗粒物浓度权衡指标限值。以舒适值作为设计需求,对某民用飞机通风系统设计方案的需求符合性进行评估。结果表明,不考虑舱内源产生的颗粒物时,达到稳定的舱内颗粒物浓度与座舱容积、通风量无关,座舱内颗粒物浓度稳定值PM2.5为31.5μg/m^(3),PM10为51.75μg/m^(3)。为满足座舱颗粒物环境舒适性设计需求,需增加过滤器。经计算,不安装再循环过滤器时,引气过滤器效率最低限值为5.5%;不安装引气过滤器时,再循环过滤器效率最低限值要求为26%。     

结构参数优化对可控涡扩压器性能的影响分析

为了获得较好的可控涡扩压器性能,采用可实现k-ε两方程湍流模型及引气口流量出口条件对不同结构的扩压器流场进行了数值模拟。仅有单侧轴向开口或单侧径向开口时,随着引气口尺寸的增加,扩压器出口平均静压值和平均滞止压力减小,扩压效率也减小。比较了不同开口方式及尺寸对流场的影响,研究发现最优开口组合的扩压性能比单侧径向最优开口的要好,但比单侧轴向最优开口的要差;有开口的扩压性能比无开口的要好。     

一体化红外抑制器遮挡和出口修型对后机身表面温度和红外辐射特性的影响

针对与后机身融合的一体化红外抑制器模型,采用数值模拟的方法研究了内部遮挡和出口修型对后机身表面温度场和红外辐射特性的影响。在混合管外部采用遮挡套或曲面遮挡板可有效降低后机身侧壁面对应混合管后段的局部区域最高温度,两种方式均可有效降低水平探测面以及铅垂面上方3~5 μm波段和8~14 μm波段红外辐射强度峰值;然而,加装遮挡套方式会影响旋翼下洗气流的导入,使3~5 μm波段的红外辐射强度在铅垂面下方较基准模型有小幅的增加。对后机身排气口进行出口修型,虽然对降低后机身3~5 μm和8~14 μm波段红外辐射强度的作用效果并不显著,但可以有效消除排气出口下方壁面的高温区,其中采用狭窄流道引气冷却方式可以使得后机身侧壁仅高于环境温度10 K左右。     

燃烧室掺混气流与缝槽气膜相互作用初步研究

对缝槽气膜冷却在不同吹风比情况下的气膜冷却效率采用CO₂传热传质类比方法进行了试验研究。根据湍流混合模型及气膜效率试验数据归纳了计算缝槽气膜冷却气膜效率的经验关系式。在此基础上,采用相同试验方法进行了掺混气流与气膜相互作用的初步研究,明确了掺混气流对其下游区域气膜的干扰作用。      

新型翅片式减涡器减阻特性数值研究

为了降低压气机径向引气过程中的压力损失,在设计出新型翅片单元结构的基础上,研究了新型翅片单元结构对径向引气压力损失的影响规律,对不同转速、新型翅片结构的去旋系统开展了数值研究,得到了不同工况下压气机共转盘腔径向引气的流场结构及压力损失分布曲线。研究结构表明:新型翅片单元结构能够抑制盘腔内气流旋流比,降低引气压力损失;翅片单元通道宽度和高度均存在最佳值使得减涡器减阻效果较好,在优选结构翅片单元通道宽度L=0.78,通道高度R3=0.97的条件下,其减阻效果较简单盘腔模型提高86.5%。高低翅片结构能起到较好的减阻效果,随着单侧翅片高度的升高减阻效果逐渐增强,在本文结构下增加单侧翅片高度L1=0.3时减阻效果最优,且A侧或B侧翅片增加带来的减阻效益相同。一方面,最优高低翅片结构其减阻性能相比于简单盘腔模型、典型翅片式减涡器模型以及翅片单元通道宽度L=0.78,通道高度R3=0.97的结构模型分别提高87.5%,29%,7.8%;另一方面,最优高低翅片结构能够减轻翅片单元的质量,具有较高的工程应用价值。