某航空发动机短舱防冰腔流动与换热仿真

本文以发动机唇口的热气防冰为研究对象,建立了三维模型,通过对不同引气速度、引气温度下防冰腔内流动及传热的计算,定量分析了上述参数对防冰有效性的影响。通过研究发现,引气速度从10 m/s增加至40 m/s,防冰表面最低温度由266.4 K升至286.2 K;而当引气温度从100℃增加到130℃时,防冰表面最低温度则由286.2 K升至307.1 K。因此当引气速度不低于15 m/s、来流温度不低于380 K时,可以实现短舱唇口的有效防冰。

热气防冰腔结构参数对其热性能影响研究

采用数值模拟方法,开展了热气防冰系统结构参数对其热性能影响的研究。首先建立了不同管壁距、喷孔排数、喷口喷射角度的防冰腔结构,运用计算流体力学方法对其内部热气流动与换热进行了模拟,得到了防冰腔热效率以及热气喷射蒙皮内表面的对流传热系数的分布。结果表明:管壁距在4mm至36mm范围内增大,将降低防冰腔的热效率,并且弱化射流正对冲击表面传热性能;流量一致时,喷孔排数由3排减至2排,提高了防冰腔热效率;3排喷孔射流角度朝上表面方向旋转15°,将会提升防冰腔热效率,表明曲面曲率影响射流表面传热性能。

发动机唇口防冰腔的热变形仿真分析

双蒙皮热气防冰腔在加热防冰过程中,内、外蒙皮的温度相差较大,热膨胀变形将导致两层蒙皮之间的间隙发生变化,进而影响防冰效果,甚至堵塞防冰通道。以发动机唇口热气防冰系统为研究对象,为解决双蒙皮防冰腔的热变形问题,选择了在双蒙皮之间增加垫板进行补偿的方式,采用有限元方法对防冰腔的热变形情况进行仿真分析,得到了不同垫板数量条件下的防冰腔最大热变形区域、防冰腔的热变形情况及变化规律,为双蒙皮防冰腔的设计提供依据。

变工况双蒙皮防冰腔的热变形分析

防冰腔是飞机热气防冰系统的核心组成部件,对于双蒙皮防冰腔结构,热变形是导致防冰效率降低的主要因素。针对温度变化引起的防冰腔热变形问题,采用有限元方法对防冰腔结构进行仿真分析,得到了不同工况条件下防冰腔的热变形情况以及变化规律。结果表明,双蒙皮防冰腔在进行间隙设计时,需要考虑热变形的影响,仿真结果可以为防冰腔的优化设计提供重要的数据支持。

微引射式防冰腔结构参数对换热性能的影响

采用数值模拟的方法研究了航空发动机微引射式防冰腔结构参数对防冰热效率和发动机蒙皮温度分布的影响。通过改变射流孔直径、射流孔孔距、混合腔长径比和波纹板通道出口高度,建立了不同的微引射式防冰腔模型。在进口热气流量一致的情况下,对不同防冰腔模型进行了数值计算。结果表明:减小射流孔直径和波纹板通道出口截面高度能提高防冰热效率和蒙皮表面平均温度;射流孔孔距和混合腔长径比存在一个最优值使防冰腔换热性能最好。

热气防冰系统防冰腔的分析与研究

本文主要针对民用飞机热气防冰系统机翼防冰腔进行了分析与研究,通过对流速、换热面积和结构影响等参数的分析,结合对现有民用飞机机翼防冰系统的调查,发现现有民用飞机采用微引射式——防冰前后两腔、前腔内布置分配管的型式;该型式防冰腔的换热效率与热气流流速、热气与蒙皮的接触面积等参数有关,并且防冰腔受到结构的约束。热气流速越大、热气与蒙皮的接触面积越大,换热效率越高。

某型飞机发动机进气道前缘防冰腔改进数值研究

本文根据某型飞机发动机进气道前缘防冰存在的问题,提出了三种类型冲击射流加双蒙皮通道的结构作为新的前缘热气防冰腔结构。利用商用网格划分软件ICEM和计算流体动力学(CFD)软件FLUENT,完成了所提防冰腔的流动和换热特性计算,对防冰腔内部的流场、温度场及防冰腔外蒙皮表面的温度分布,以及不同防冰腔结构和发动机引气条件对防冰性能的影响进行了分析。

飞机防冰腔结构参数的重要性测度

分析了常见的3种飞机防冰腔结构,应用Gambit软件建立了双蒙皮防冰腔结构网格模型。采用Spalart-Allmaras湍流模型模拟热气在防冰腔内的流动状况,采用Fluent软件进行传热效率分析,建立了防冰腔结构参数对传热效率的重要性测度模型。通过随机响应面法建立防冰腔结构参数与传热效率的函数关系,采用低分散性抽样法求解防冰腔结构参数的重要性测度,建立了防冰腔结构参数的重要性测度分析流程。分析结果表明:当笛形管中心到外蒙皮的距离从35.15mm增加到38.85mm时,传热系数由0.505减小到0.463;当双蒙皮通道高度从2.85mm增加到3.15mm时,传热系数由0.495减小到0.476;当射流孔孔径从1.90mm增加到2.10mm时,传热系数从0.505减小到0.494;当射流孔角度从14.25°增加到15.75°时,传热系数从0.476增加到0.494。防冰腔结构参数的重要性排序依次为射流孔角度、笛形管中心到外蒙皮距离、射流孔孔径、双蒙皮通道高度,在防冰腔结构加工与装配过程中,需要重点考虑射流孔角度与笛形管中心到外蒙皮距离这2个参数。

某种热气射流式飞机防冰腔试验

某型飞机发动机进气道前缘利用引自发动机的热气进行防冰,防冰腔采用冲击射流加双蒙皮通道的结构。为验证该结构防冰腔是否满足要求,利用试验室现有条件,搭建小型直流式冰风洞,选取局部典型全尺寸防冰腔试验件进行冰风洞试验,在不同外部气流条件下和不同内部热气参数条件下,对防冰腔外蒙皮表面的温度分布进行测量,并根据试验结果对防冰腔的性能及影响因素进行分析和研究。研究结果表明,该结构防冰腔在现有发动机引气温度和压力条件下,满足防冰要求。

基于流-固耦合传热的热气防冰系统干空气飞行蒙皮温度场计算研究

以机翼热气防冰系统为研究对象,建立了包含热气防冰系统防冰腔内外流场对流换热和固体结构导热的三维稳态流-固耦合传热物理模型,对整个计算区域生成混合网格,边界条件为第三类边界条件,采用计算流体力学方法以FLUENT软件为工具,对干空气飞行状态下流-固耦合传热模型进行了求解,获得防冰腔蒙皮内外表面对流换热系数分布和温度场结果,并对计算结果进行了分析。结果表明:防冰腔铝合金蒙皮沿展向和厚度方向导热显著,温度分布较均匀,防冰引气温度为200℃时,防冰腔蒙皮内外表面上最高温度为101℃,最低温度为21℃,3mm厚的蒙皮同一点处内外表面最大温差仅为4℃,防冰腔排气口处气体的平均温度为63℃。热气防冰系统蒙皮温度场计算方法和计算结果,能够为热气防冰系统干空气飞行试验设计和测试中温度传感器的选型与布置提供依据。

基于内外传热耦合的热气防冰系统仿真计算

基于内外传热耦合原理,建立了热气防冰系统的AMESim仿真模型,研究热气防冰系统在不同引气状态下,管路流量、压力及蒙皮温度的变化规律.采用所建立的仿真方法,计算飞机机翼热气防冰系统的内部流动特性和内外耦合传热特性,将计算结果与热气防冰系统流量分配试验结果进行对比.结果表明:管路流量、压力和蒙皮温度的仿真计算结果与试验结果最大误差为9%,验证了该仿真模型的正确性.在此基础上,对飞机短舱热气防冰系统进行了仿真,分析了飞行包线下系统内外的换热、温度变化、加热效率等关键参数的瞬态特性.仿真结果为热气防冰系统的设计、分析与优化提供依据.

热气防冰系统中热力学参数对其性能的影响

飞机结冰是导致飞行事故的一个重要原因。因此,防冰系统的设计已成为飞机设计中必不可少的内容。在飞机获得安全性能的同时,需要消耗一定的能量用于防冰系统,对商用飞机来讲,目前广泛应用于机翼、发动机唇口部位的是热气防冰系统。本文主要研究的是机翼防冰系统,即从发动机引入高温高压气体,这些热气经由一系列分布在笛形管上的射流孔喷至防冰区域,笛形管安装在机翼前缘的防冰腔内。