三维螺旋桨防冰热载荷分布研究

防冰热载荷分布预测是螺旋桨飞机防冰系统设计的关键,目前对螺旋桨飞机防冰热载荷的研究却十分匮乏。基于多参考系和Messinger热力学模型对三维螺旋桨进行了模拟,分析了防冰热载荷的影响。结果表明:防冰热载荷主要集中在叶片前缘,沿叶片展向先增大后减小;随着来流速度的增加,防冰功率及范围均先增大后减小。由于旋转效应的影响,迎角的影响可以忽略不计。此外,随着环境温度的降低,防冰功率呈线性增加。基于CCAR-25附录C规定的严重结冰条件,转速为660 r/min时,叶片的防冰范围在弦向上极限为2.1%,在弦向下极限为6.7%;防冰最大功率为9.5 kW/m2。单台螺旋桨防冰功率超过1.96 kW。本研究为螺旋桨飞机的表面防冰提供了科学的解释,为螺旋桨飞机防冰系统的安装提供了理论依据。

防冰热载荷计算的一种新方法

提出了一种计算飞机防冰热载荷的新方法,该方法利用CFD软件FLUENT及其自带的用户自定义函数UDF进行数值模拟。首先用FLUENT的两相流欧拉模型模拟空气-水滴两相流动,进而使用FLUENT内部的数据结构,通过UDF二次开发计算水滴撞击量和防冰热载荷,并且利用FLUENT的后处理功能对计算结果进行可视化图形显示。以某3D迎角传感器为例,进行了三维空气-水滴两相流和防冰热载荷计算,防冰所需热功率计算结果和实验数据误差为7·5%,在工程计算允许范围内。

风力机防冰热载荷计算

采用一种新的基于压力和剪切力的溢流水流量计算方法进行部件表面防冰热载荷数值模拟。求解雷诺平均N-S方程,嵌入k-ωSST湍流模型获得空气流场;欧拉法求解水滴质量和动量守恒方程,获得部件周围水滴速度分布和表面水滴撞击特性;基于传统的Messinger控制容积思想,分析控制体的各项热流,建立质量守恒和能量守恒方程,引入溢流水质量流量计算方程,封闭控制方程,求解方程组获得表面所需的防冰热载荷。采用本文提出的新的流量计算方法获得了NACA0012翼型表面的结冰冰形,并与试验数据进行对比,说明了流量计算方法的正确性。计算分析了不同条件下表面的防冰热载荷分布,结果表明,工作风速和液态水含量的变化既影响了防冰热载荷大小,也影响了溢流范围,而工作温度仅影响防冰热载荷,水滴平均容积直径仅影响溢流范围。

发动机进气帽罩防冰热载荷的数值模拟研究

对某发动机进气帽罩防冰热载荷的计算方法进行研究。利用FLUENT软件对帽罩周围的流场进行模拟,同时采用FLUENT中的离散相模型计算帽罩周围的水滴运动轨迹,得到帽罩表面的水滴撞击效率;利用数值计算结果及流动换热经验关系式分析帽罩表面的各项热流,获得该发动机帽罩的防冰热载荷。计算中还比较了不同湍流模型对防冰热载荷的影响。

基于参数平均的防冰热载荷计算方法

提出了一种通过参数平均计算防冰热载荷的集总参数法,该方法通过计算流体力学中的欧拉两相流模型计算过冷水滴的撞击特性和总水收集量,采用附面层积分法和热流法获取表面对流换热系数并进行平均,在防护区域内以表面平均温度为输入条件,整体考虑水滴蒸发量和撞击量,对参数进行集总求解,直接求解完全蒸发防冰热载荷。相比传统微元方法,该方法能减少避免计算迭代,效率更高。通过对某机翼翼型的防冰热载荷计算结果的对比,本文方法误差较小,满足工程要求。

基于欧拉壁面液膜模型的三维热气防冰腔数值仿真

提出了一种基于欧拉壁面液膜(EWF)模型的热气防冰腔性能仿真计算的新方法。通过FLUENT软件用户自定义标量(UDS)框架求解水滴控制方程获取三维表面水滴撞击特性。通过对各微元的水收集率、水膜蒸发率等进行质量平衡分析得到了通过该微元的质量流量,并以此作为EWF模型质量流量边界条件进行空气驱动下三维水膜厚度分布的计算,进而建立了防冰表面水膜流动动态模型。在此基础上建立了适用于三维防冰表面的耦合换热模型,通过引入亚松弛因子实现了内外流场、水膜流动及蒙皮导热的松散耦合求解。通过对某发动机短舱模型三维算例计算结果的分析和对比,结果表明所采用的计算方法是合理可信的,可以用于三维防冰腔性能的计算。

风挡防冰严酷设计状态的选取

根据飞行条件和结冰气象条件与风挡防冰需用热载荷的关系,提出评价防冰严酷设计状态的指数——严酷度评估指数,与传统确定严酷状态的方法相比,减少了系统的计算工作量,提高系统的计算效率,具有一定的应用价值。

计算防冰系统供气量的一种新方法

本文以CFD计算方法为基础,采用欧拉两相流模型研究了某型客机的机翼防冰系统的水滴撞击特性,随后计算了防冰热载荷,并对防冰系统的主要指标防冰供气流量进行了估算,与设计指标进行了比对,验证了本文所采用的计算方法的有效性和正确性。