热气腔结构的优化设计与数值模拟

论文摘要

当飞机以亚音速穿越3000～8000米的云层时,在一些气动敏感区往往会发生结冰的现象,飞机一旦在飞行时结冰经常会导致严重的后果,所以在结冰状态下必须要设计防/冰系统。热气防冰系统目前在商用飞机中是使用最为广泛的,针对当前飞机核心发动机性能限制以及引气防冰系统热力利用量过大、利用率过低的问题,本文采用数值模拟的方法优化热气腔结构,分析各参数对防护表面温度分布、防冰效率的影响,旨在优化防冰腔结构,提高热气利用率。针对防冰腔的结构,本文主要是对以下方面进行研究:①根据外场计算出的机翼载荷分布曲线设计笛形管结构,分析射流孔出口各参数变化情况;②除笛形管外防冰腔其它部分的结构设计,以及安装笛形管之后随着各热力学参数与几何参数的变化,防冰腔外蒙皮上防冰温度的变化和防冰系统热效率的变化情况;③根据上述两章研究内容,重新优化后的防冰腔采用Fluent内外流场耦合计算,最后分析结果。本文完全采用数值模拟的方法,总是存在一定的误差,只能对防冰系统设计有一个定性的判断,缺乏与实验的结果对比。但是对后续的防冰工作奠定了一定的研究基础,有很大的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表清单
• 注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 飞机结冰的危害
• 1.1.3 飞机防/除冰方法
• 1.2 防冰腔结构与笛形管
• 1.2.1 防冰腔结构与性能
• 1.2.2 笛形管的结构
• 1.3 研究方法
• 1.3.1 冰风洞实验
• 1.3.2 数值模拟
• 1.3.3 Fluent 基本介绍
• 1.3.4 热气防冰系统中数值模拟的发展
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 笛形管的设计
• 2.1 笛形管简介
• 2.2 笛形管设计流程
• 2.3 笛形管沿程损失与孔口各参数计算
• 2.3.1 笛形管布孔段压降和温降
• 2.3.2 笛形管变径段压降和温降
• 2.3.3 射流孔出口参数理论分析
• 2.4 笛形管工程计算举例
• 第三章 防冰腔设计
• 3.1 热力参数对防冰腔性能的影响
• 3.1.1 物理模型和数值计算方法
• 3.1.2 计算结果分析与讨论
• 3.1.3 防冰效率
• 3.1.4 防冰腔各热力参数对性能影响总结
• 3.2 防冰腔几何参数对防冰性能的影响
• 3.2.1 数值计算中的物理模型
• 3.2.2 笛形管中心坐标（x ,y）对表面温度分布的影响
• 3.2.3 射流孔角度θjet 对表面温度分布的影响
• jet 与（x ,y）结合对表面温度分布的影响'>3.2.4 θ_jet 与（x ,y）结合对表面温度分布的影响
• 3.2.5 后挡板到前缘距离L 对表面温度分布的影响
• 3.3 壁面Nu 数的计算方法
• 第四章 防冰腔结构优化与耦合计算
• 4.1 防冰腔优化结构
• 4.2 内外场耦合计算
• 4.2.1 数值方法
• 4.2.2 防冰腔性能分析
• 4.3 防冰腔参数调整
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文