航空发动机热气防冰结构的冲击换热特性研究

为了验证冲击换热特性在热气防冰结构中的适用性,利用数值模拟方法对典型热气防冰系统整流支板中的冲击换热结构进行了研究。根据相应的换热试验简化了计算模型,利用该模型计算了冲击距离、冲击孔直径、冲击孔间距和Re对热气防冰系统冲击结构换热能力的影响,验证了整流支板中冲击换热结构的换热规律与单独冲击换热结构的一致性,并获得了热气防冰系统中其他结构对冲击换热结构换热的影响规律。计算结果表明:减小冲击距、增加孔径、减小孔间距及增大Re都能够增强换热能力。

CFD技术在航空发动机空气系统设计中的应用

结合航空发动机空气系统的功能和设计特点,介绍了空气系统的设计分析技术现状;以2种发动机典型结构为例,采用商用CFD软件完成了流动与换热特性分析。CFD技术是现有分析技术的有益补充,是空气系统设计分析技术精细设计的重要工具,其数值模拟结果对工程设计具有指导意义。

耐用铝基超疏水涂层的机械稳定性及抗结冰性能

目的通过简单的一步喷涂法,以成膜树脂和疏水纳米粒子为材料,构建具有优异机械稳定性和抗结冰性的无氟耐用超疏水涂层(RSHC)。方法以有机硅树脂(SI)和环氧树脂(EP)为成膜物质,掺入具有疏水性的SiO_(2)复合尺度纳米粒子,采用一步喷涂法制备涂层。采用接触角测量仪等测量涂层的表面浸润性,通过线性摩擦实验、胶带剥离实验、射流冲击实验等测定涂层的机械稳定性,通过静态结冰实验、低温弹跳和冻雨实验等测定涂层的抗结冰性能。结果制备的涂层表现出优异的超疏水性,其接触角为158°±4°,滚动角为8°±0.6°。当有机硅树脂、环氧树脂和SiO_(2)纳米粒子的质量比为2.8∶1.2∶1时,涂层表面在具有良好疏水性的同时仍具有极佳的力学性能。线性摩擦实验结果表明,涂层具有良好的耐磨损性能,经过100次摩擦循环后,其表面水滴接触角仍可达到157°;胶带剥离实验结果表明,涂层与基底间具有坚实的附着力,在测试20次后其表面的水滴接触角仍保持大于150°;射流冲击实验结果表明,涂层具有一定的抗冲击性,在射流冲击30 min后涂层的表面接触角未明显减小。此外,覆盖涂层的基底具有优异的静态结冰延迟性能和动态防覆冰性能。在静态结冰实验中,涂层表面液滴的结冰时间延迟了约7倍;在低温弹跳和冻雨实验中,滴落的水滴能从表面完全弹起滚落,并且在低温冻雨环境中其表面可以保持无覆冰。结论制备的耐用超疏水涂层具有良好的疏水性、机械稳定性和抗结冰性能,对耐用超疏水涂层的研究及实际应用具有一定的参考价值。

吹气式旋转帽罩防冰特性

为研究吹气式旋转帽罩防冰特性,采用三维模拟技术对其进行数值分析,从流场、水撞击和积冰特性3个方面分析了吹气式旋转帽罩的防冰机理和效果,并利用防冰试验器开展了试验研究,从帽罩表面积冰厚度和范围两方面分析防冰情况,验证了在结冰环境下吹气式旋转帽罩的防冰效果。结果表明,吹气式旋转帽罩防冰结构具有良好的防冰效果。

飞机热管防冰技术的研究现状及展望

为深入认识和发展热管防冰技术,重点论述了不同类型热管在飞机防冰领域上的研究现状,总结了环路热管、旋转热管和重力热管在飞机机翼和发动机前端部件防冰上的理论和实验研究成果,梳理了防冰用环路热管和旋转热管的主要特点,并对热管防冰技术的发展方向进行了展望。结果表明:热管防冰技术的研究仍处于起步阶段,大多停留在热管防冰系统设计及其可行性验证;提出后续研究应以实验为主,采用数值计算和实验研究相结合的方法,重点关注热管防冰系统在机上环境和结冰气象条件下的运行特性,明确热管工质特性、工作温度、充液率等因素对热管防冰系统传热性能的影响等建议,为热管防冰系统的设计优化及实际应用提供理论和实验支撑。

楔形凹腔内带前伸槽冲击板射流冲击换热

针对楔形凹腔内带前伸槽冲击板结构开展了传热特性的试验研究,分析了冲击板前伸槽伸出长度比(5~11)、前伸槽宽度比(2.5~8)和射流雷诺数(7 900~31 700)等参数对凹腔表面温度、展向平均努塞尔数和面积平均努塞尔数以及射流压力损失的影响.研究结果表明:相对于基准冲击板,带前伸槽的冲击板能够使得凹腔的射流冲击对流换热较基准冲击板有较大幅度的改善,但引起较大的射流压力损失;前伸槽伸出长度的增大使得凹腔表面射流冲击对流换热有较显著的增强,对射流压力损失的影响很小;增大冲击板前伸槽宽度可以使得凹腔表面对流换热得到一定程度的强化,但也会造成压力损失的增大.

大涵道比发动机旋转帽罩积冰特性试验

大涵道比发动机进口旋转帽罩的型面结构会对水滴撞击和积冰特性产生影响。为了合理地进行防冰设计,需要针对大涵道比发动机不同型面旋转帽罩开展积冰特性试验。当飞机穿越云层时,云层中亚临界状态的过冷水滴撞击到发动机进口部件表面,会在表面形成积冰[1]。

气膜防冰结构对发动机帽罩表面加热效果的影响

为改善发动机进口帽罩表面加热效果,针对气膜防冰结构开展了数值模拟研究,重点分析了不同吹风比和圆柱孔、腰形孔和气膜缝等3种开孔形状的气膜结构对帽罩表面加热效率的影响。数值研究结果表明:对于圆柱孔和腰形孔气膜结构,随着吹风比增大,气膜出现脱壁现象,最佳吹风比为0.8;对于气膜缝结构,随着吹风比的增大,整体气膜加热效率逐渐增大,在气膜口处有较好的加热效果。