飞机气动除冰系统试验研究

气动除冰技术具有能耗低、可靠性高的优点,广泛应用于小型商用飞机以及通用航空飞机。研究不同参数对气动除冰效果的影响,是飞机气动除冰系统设计和优化的基础。本文通过对气囊膨胀高度的研究,发现充气时间3 s、充气气压0.2 MPa是实现气囊最佳膨胀高度的条件。在此基础上,先后在地面冷环境以及结冰风洞中建立气动除冰系统试验平台,开展了不同参数对气动除冰效果的试验研究。试验结果表明,充气时间、充气气压、气囊宽度及结冰温度对除冰率均有一定程度的影响。并且,要想实现最好的气动除冰效果,靠近前缘驻点的气囊需达到一定宽度。此外,相较于霜冰,明冰的除冰效果更佳。

电加热防/除冰过程中溢流水再冻结数值模拟

当飞机飞行过程中遇到结冰工况时,为保证飞机的飞行安全以及气动性能,常使用热防护方法作为飞机防除冰的重要手段。本文通过使用共轭耦合方法建立了机翼内部多层导热与水膜流动的耦合计算模型,并针对电加热防除冰过程进行了一系列数值模拟计算。研究选取了可进行非稳态计算的Myers水膜模型,电加热组件导热模型则采用有限体积法隐式离散进行计算,水膜模型与导热模型通过交换边界值的共轭传热方法实现松耦合。研究发现在电加热防除冰过程中,由于积冰融化和水膜流动会产生溢流水再冻结现象。对电加热系统开启后期的积冰外形进行了流场计算与气动分析,发现机翼上下翼面溢流水冻结部位会对流场产生扰动。通过Q准则判断积冰后侧产生了涡结构,对比未发生结冰的干净翼型,机翼前缘位置溢流水冻结导致压力系数曲线发生较大震荡,因此溢流水再冻结问题影响了机翼的气动性能,未能使电加热防除冰系统达到理想的防护效果。

路用蓄盐除冰纤维配比设计及除冰性能确定

为解决道路凝冰问题,基于环保、经济、实用等原则,针对适用于沥青路面主动抗凝冰的蓄盐纤维填料的配合比进行设计,并对其相关性能展开研究。通过基于单纯形重心设计的融冰试验和电导率试验对蓄盐除冰材料配比进行探究,并基于融冰试验和冻粘剪切试验分析其除冰性能。试验结果表明:选用乙酸钠∶乙酸钾∶甲酸钠=7∶2∶1、复合有机盐∶纤维=3∶1为蓄盐纤维各种成分的最佳配合比;在融冰试验中,蓄盐纤维替换率为66%的除冰材料在较高负温下融冰速率能达到1022 g·(h·m 2)-1,表明其融冰性能良好;凝冰后,蓄盐纤维沥青混合料表面冻粘强度比普通沥青混合料下降33%,能够有效降低冻粘强度。基于最佳配合比,新型路用环保蓄盐除冰材料具有良好的融冰能力和除冰降粘功效。

除冰气囊以及简化模型对气动特性影响研究

除冰气囊作为涡桨类飞机常用的除冰系统,评估其对全机气动特性的影响对飞行性能与安全有重要意义。基于某飞机上安装的气囊除冰系统,采用CFD方法模拟其工作时的全机气动特性,研究气囊简化模型对计算结果的影响。结果表明:随气囊膨胀高度增加,对全机气动特性影响显著,失速迎角提前约10°,最大升力系数损失近60%,最大升阻比降低约2.9;受膨胀气囊外形影响,机翼前缘呈展向流动特征,后缘流动分离区域长度与除冰气囊的安装长度相当;机翼前缘压力分布受膨胀气囊外形的影响出现震荡,从而影响整个翼面的压力分布;随简化气囊膨胀高度增加,失速迎角最大提前约1°,最大升力系数损失约21%,最大升阻比降低约2.2。

覆冰厚度对气动脉冲除冰效果影响的数值仿真与试验验证

叶片结冰影响风力发电机的安全稳定运行,现有的叶片热力除冰、涂料防冰技术分别存在能耗高、耐候性差等问题,均无法大面积推广应用。受飞机机翼气囊除冰方法启发,该文提出一种新结构式的气动脉冲除冰方法。利用Abaqus商业软件对该方法的简化模型进行除冰过程的数值仿真,对比分析了不同脉冲充气气压下覆冰厚度对除冰效果的影响。同时,通过人工覆冰与除冰试验,对仿真结果进行验证。仿真与试验结果表明:在低充气气压下,冰层越薄越容易破碎脱落,覆冰厚度的增加有利于提升低充气气压下的脱冰率;在相同充气气压下,冰层厚度的增加可以降低结构表面形变。

热射流融除冰装置的设计与试验研究

快速、经济地清除机场跑道、城市道路、桥面的积冰积雪是冰雪气候条件下保障交通畅通与行车安全的一个重要课题。在分析研究现有除冰方法不足的基础上,提出了热力水射流方法。文章设计了热力水射流融冰装置,并对射流压力、喷嘴孔径、靶距、射流喷嘴入射角等与除冰效果有关系的因素进行了理论研究与试验分析。经过相关的试验研究表明:装置可以有效地实施除冰作业,满足设计要求,可为后续学者开展相关研究提供有力参考。

基于微波加热的风力机叶片除冰性能数值模拟研究

针对在冬季霜冻或雾凇等极端天气下,风力机叶片出现结冰影响风电机组出力,甚至导致冰块堆积脱落等问题,提出一种基于微波加热的风力机叶片除冰方法。通过在叶片复合材料中加入炭黑及碳纤维以改善叶片的微波加热性能。结合COMSOL和MATLAB语言开展联合仿真,对叶片中填充介质的参数进行优化设计,进而针对优化后的叶片复合材料开展微波加热除冰模拟,得到微波加热功率和环境温度对除冰时间的影响规律。最后,通过研究结果表明,最佳炭黑填充浓度为3.98%,在此参数下,复合材料内的碳纤维形成了上下密集、中间稀疏的三明治结构,从而可有效提高复合材料的微波吸收率;随着微波功率的增加和环境温度的升高,除冰时间明显缩短,且微波功率对除冰时间的影响较环境温度更显著。

表面纹理对水泥吸波路面微波除冰性能的影响

为了增强水泥混凝土路面除冰效率,制备了吸波及疏水涂层,并在此基础上,构建了8种不同表面纹理,用于探究表面纹理、吸波材料对微波升温性能的影响。首先,以石墨为微波吸收剂,掺加纳米SiO_(2)制备了兼具疏水和吸波性能的水泥基涂层;通过机器学习改进铺砂法获得不同纹理的平均构造深度(mean texture depth,MTD);为了评估MTD对微波升温效率、均匀性的影响,采用课题组自行研发的微波除冰车进行微波升温试验;同时,测试了普通及涂层混凝土表面的接触角,进行了冰-混凝土冰黏附性剪切试验,用于评价本文所制备涂层的除冰效果。最后,为了保证本文设计涂层的抗滑性能,还进行了表面抗滑摆值测试。结果表明:不同程度纹理和吸波涂层两者耦合作用增强水泥路面的吸波升温效率,但纹理对升温均匀性有负面影响;当MTD从0.41 mm(未处理表面)提高至2.11mm时,吸波涂层试件的吸波升温效率提高1.42倍。同时,涂层也显著增强了试件表面的接触角,接触角从25.5°提升至104°,进而冰黏附强度降低。当设计厚度为1.5 mm时,在满足抗滑性的同时涂层仍具有较好的吸波性能。

基于Jack仿真的飞机除冰舱人机工程设计与优化

目的改善飞机除冰舱的操作环境,提高操作员的整体舒适度和工作效率。方法通过对飞机除冰舱作业流程的分析,确定操作员常见的操作姿态;使用Jack软件,对操作员可达域、可视域,以及舒适度进行仿真模拟分析。基于这些分析结果,对飞机除冰舱的外形以及左右扶手台等部件进行针对性的设计优化。结果对优化设计方案分析后发现:操作员观察飞机、喷枪的视野盲区减小,常用操作手柄与开关按钮位于双手舒适可达范围内。结论通过人机工程仿真技术可准确预判飞机除冰舱存在的人机工程设计缺陷,提高了设计合理性,为人-机-环境总体设计提供了参考。

飞机地面除冰保障过程动态预测

针对冰雪气象下除冰保障过程的精细化管理及预测精度低下的问题,提出了一种基于时空关联动态贝叶斯网络的飞机地面除冰保障过程动态预测方法。在系统性分析除冰保障过程的基础上,设计了面向离港除冰队列的时空关联节点判别方法,基于K最近邻算法简化关联节点并构建了变结构动态贝叶斯网络模型。基于核注意力机制的除冰保障节点先验概率密度估计方法,结合条件概率更新结果构建了面向不同状态的飞机地面除冰保障过程动态预测方法。实验结果表明:所提方法在考虑除冰保障演化不确定性的基础上实现了各节点的动态预测,平均绝对误差为2.34 min,整体精度相比静态贝叶斯网络方法最大提升8.66%,为地面除冰运行战术组织及决策控制提供了有效依据。

飞机除冰冲击射流多相流耦合模型研究

以飞机除冰喷洒作业为研究对象,对冲击射流与冲击壁面进行建模和数值模拟,分析了冲击壁面的速度压力分布特性。用相场函数φ解释了相场和水平集模型模拟出的射流偏转现象,探讨了冲击射流周围压强分布梯度不均匀的原因,以Realizable k-ε湍流模型为基础对比了不同多相流数值模型的模拟结果。发现冲击射流的截面沿着中心轴线呈锥状发展,在滞点处流速迅速衰减为0,压强达到最大值。壁面射流在偏离滞点0.15~0.2 m的位置逐渐获得最大流动速度。最后对比了实验常用的紊流系数与不同多相流模型的模拟结果。综合考虑模型模拟出的速度、压力分布特性及射流紊流系数得出结论:混合物模型和相传递混合模型比较适合进行飞机除冰射流以及类似的大流速、多流体微团类的流动研究。

架空地线电磁脉冲除冰装置参数优化

输电线路覆冰严重影响电网的安全运行。2008年南方大面积冰灾之后,我国针对输电线路除冰开展广泛研究。由于地线电气参数和接地性质,无法对其实施短路融冰,因此地线除冰是输电线路覆冰中的一个难题。针对架空地线覆冰问题,该文设计并研制电磁脉冲除冰装置和电磁脉冲力冲量测量装置,绕制同心单层饼式结构线圈,分析各种参数变化对脉冲效应的影响,并计算除冰装置的能耗。研究结果表明:在合理的脉冲线圈匝数下,可以通过增加除冰目标物的厚度、提高脉冲电容器组电压、减小除冰目标物与脉冲线圈之间的间隙等方法,使电磁脉冲力冲量增加;随着电磁脉冲效应的增强,能够有效去除目标物的覆冰从而降低功耗。

风力发电机叶片除冰技术及相关材料研究进展

风力发电机叶片在低温环境下极易结冰,会严重影响风电机组发电效率。针对风电叶片的除冰,分析风电叶片表面覆冰的原因及类型,综述目前国内外主要的风电叶片除冰技术,包括涂层除冰、机械除冰、气热除冰及电热除冰,其中电热除冰技术具有可观的发展前景。传统电热除冰技术能耗高,寻找新型的低能耗、高效率电热除冰技术已成为目前重点研发之一。石墨烯具有优异的力学性能和导电升温性能,在电热除冰领域具有发展潜力。

突发冻结环境下OPGW超临界直流动态除冰效果研究

光纤复合架空地线(OPGW)作为智能输电技术研究热点,其冰冻条件与电网稳定运行效果息息相关,直流除冰技术为重要突破口。针对突发冻结环境,设计了一种超临界直流动态除冰模型,获取OPGW超临界直流融冰影响因素,建立动态温度评估体系,并通过仿真实验对热交换效果予以评估。结果表明:突发冻结环境下冰层中段热交换系数对破冻效果影响巨大,除冰效果与温度、空气流速、冰层温差等因素相关,另外,影响OPGW融冰电流因素同上述因素,电流大小会随着温差扩大、空气流速呈现增加态势,但冰层厚度对融冰电流影响因素较低。因此,实践中应根据上述因素动态调整融冰电流。

“破冰神器”上场 湖北组织专业机器展开花式除冰大作战

受强冷空气影响,2月19—25日,湖北遭遇新一轮寒潮大风和低温雨雪冰冻天气。为了应对本轮低温雨雪冰冻天气,除了进行传统的除雪保畅外,全省各地还积极运用除雪融冰“黑科技”,组织破冰神器展开花式除冰大作战,让人眼花缭乱的诸多“破冰神器”在除雪保畅工作中各展其能。

严寒地区道路除冰技术对比及抗凝冰剂路面在大庆油田中的应用

严寒地区冬季道路积雪结冰,严重影响道路正常通行和油田生产,传统清冰办法需要消耗大量人力物力。通过介绍多种道路除冰技术,并对各类方法的原理和优缺点进行阐述,得出结论:含有抗凝剂的低冰点路面,是目前较理想的油田道路除冰途径。

架空输电线路智能除冰技术的研究与应用

架空输电线路如频繁出现覆冰现象,将不利于电网的稳定运行,极易引发重大的停电事故,需加深智能除冰技术的研究力度,降低覆冰问题带来的影响。本文以保障电网安全运行为研究目标,根据架空输电线路覆冰的基本情况以及所产生的影响,深层次研究并应用智能除冰技术,指出技术应用要点,并简单论述了常见覆冰在线监测技术与除冰技术等内容。

风力发电机组叶片覆冰成因及防冻除冰技术分析

在不同地域环境下风能呈现出明显的不平衡分布特点,大量风场主要集中在我国北方和中南部山区,但这些地区又容易受到冰雪天气影响,导致风力发电机组叶片覆冰问题出现。本文分析了风力发电机组叶片覆冰成因,及叶片覆冰对风力发电机组的不良影响,着重研究了风力发电机组叶片防冻除冰技术。

超薄导电磨耗层道路融雪除冰技术分析

超薄导电磨耗层除冰技术是一种道路融雪除冰的新方法,对保障冬季冰雪路面行车安全具有重要意义。文中采用有限元方法对包含超薄导电磨耗层路面进行建模分析,研究路面结构在行车载荷和温度载荷下的力学响应。计算结果表明在温度和行车载荷耦合作用下,路面层内应力比两者单独作用略微增加,而应变相比于车载单独作用反而降低;随着环境温度的下降,路面结构层中应力及应变都会有所增加。

机场飞行区航空器与除冰车协同优化调度方法

针对现行“先到先服务”的机场除冰车调度方式效率不高的问题。以最小化除冰车行驶总距离和航空器等待总时间为目标函数,构建机位除冰车辆和航空器协同调度模型,并提出一种改进的遗传算法对模型进行求解。采用西安机场某天142条航班数据进行仿真实验,并与随机调度算法和贪心算法进行比较。结果表明,改进的遗传算法相较于随机调度算法和贪心算法分别节约15.23%和7.81%的行驶总距离,且航空器等待除冰时间大幅度减少。证明了所提算法在指导除冰车作业方面的优越性。