航空内燃发动机热管换热器的应用研究

论文摘要

随着我国国民经济的发展和国防建设的需要,对轻型飞机的需求越来越大,对轻型飞机发动机的技术和性能要求也越来越高。车用发动机经过长期的发展和不断创新,其冷却系统尤其是换热器技术已经基本完善成熟,但航空发动机不同于车用发动机,其主要在高空运行,高空工况的复杂性和恶劣性是车用发动机无法比拟的。航空发动机换热器作为冷却传热的重要设备,在恶劣条件下,其散热性能的好坏直接影响发动机的散热效果及其动力性、经济性和可靠性,所以对航空发动机换热器的研究日益得到重视。目前航空发动机换热器主要有管片式和管带式两种,所采用的换热方式也是传统的风冷和水冷。在高空进行风冷换热受到气压低,换热量小的制约,水冷又会带来质量的增加。考虑到热管和热管散热技术的特点,将热管应用于航空发动机换热器进行辐射换热不失为一种有意义的探索。本文根据传热学理论,通过对热管换热器设计计算方法的归纳与总结,在增加辐射换热计算方法后,运用VB语言编制了热管辐射式换热器的设计计算程序,实现了热管辐射式换热器的程序化设计。本文针对航空发动机换热器设计要求,以及无人机的性能参数,首先分析了热管工作液体和管壳材料的选择,然后利用热管换热器设计计算程序分析了包括换热面积、肋片参数、热管间距、等效热沉温度、冷却水温度、飞行速度等在内的多种内外参数对热管式换热器性能的影响,根据飞机运行的起飞工况和续航工况以及换热肋面的换热特点,通过模拟无人机运行的极限条件,最终给出本文所探索的热管辐射式换热器在匹配发动机换热器工作要求条件下的换热面积以及不同工况下换热面积的调节策略和较为合理的肋片结构参数与布置方式。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 换热器发展现状
• 1.2.1 发动机换热器的分类
• 1.2.2 换热器的材料
• 1.2.3 换热器的技术发展
• 1.3 热管的发展及应用现状
• 1.4 热管换热器
• 1.4.1 热管的结构与工作原理
• 1.4.2 热管换热器主要特点
• 1.4.3 热管换热器的发展及应用现状
• 1.4.4 热管换热器辐射换热的发展及应用现状
• 1.4.5 热管技术在发动机中的发展及应用现状
• 1.5 研究内容
• 1.5.1 热管式换热器理论分析研究
• 1.5.2 热管式换热器计算程序设计
• 1.5.3 运用程序模拟分析
• 2 辐射换热热管换热器的设计计算
• 2.1 发动机冷却系统对换热器设计的基本要求
• 2.2 特殊工况对换热器的影响
• 2.3 辐射与对流耦合换热类型
• 2.4 热管换热器计算方法分类
• 2.5 换热器计算方法
• 2.5.1 常规设计计算
• 2.5.2 辐射设计计算
• 2.6 换热器的性能评价及分析
• 2.7 本章小结
• 3 换热器程序化设计
• 3.1 Visual Basic语言简介
• 3.2 程序化设计
• 3.2.1 选型分析
• 3.2.2 辐射热管换热器计算模型建立
• 3.2.3 计算方法分析
• 3.3 编写设计程序
• 3.3.1 程序模块
• 3.3.2 程序的主体部分
• 3.3.3 程序使用界面
• 3.4 程序可靠性验证
• 3.5 本章小结
• 4 热管辐射换热器内外参数对换热性能的影响分析
• 4.1 ROTAX Engine Type 914航空发动机换热器技术指标
• 4.2 热管式换热器物理模型
• 4.3 内部结构参数影响分析
• 4.3.1 总换热面积影响分析
• 4.3.2 热管间距影响分析
• 4.3.3 肋片厚度影响分析
• 4.4 外部参数影响分析
• 4.4.1 等效热沉温度影响分析
• 4.4.2 冷却水温度影响分析
• 4.4.3 飞行速度影响分析
• 4.5 本章小结
• 5 换热器不同工况性能分析及寻优
• 5.1 换热器不同工况性能分析
• 5.1.1 起飞工况分析
• 5.1.2 续航工况分析
• 5.1.3 高度变化分析
• 5.2 换热器换热面积调节策略
• 5.3 换热肋片结构参数最佳配置
• 5.4 本章小结
• 6 总结与今后展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 今后工作展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集