直升机发动机进气防护装置研究

论文摘要

直升机与固定翼飞机相比,它不需要专门的跑道,可在无准备的场地或沙漠地带执行起重、运输、营救、侦察与攻击等多项任务。正是由于这个原因,使直升机的工作常处在砂雾弥漫的污物环境之中,处在此种环境下工作的发动机的使用寿命会受到较大的影响。因此,直升机的发动机需要进气防护装置的防护。本论文在查阅了国内外大量文献资料的基础上,从概述直升机的工作环境及尘砂对发动机带来的危害出发,分别阐述了多种发动机进气防护装置的性能及其应用情况。最后,主要从气固两相流的基本方程出发,对两种不同型面的发动机进气粒子分离器(IPS)进行了数值模拟的计算分析。对于环境及尘砂对发动机带来的危害,首先从概述直升机发动机进气防护的概况及相关进气防护的基本概念出发,并对直升机工作的污物环境、尘砂对发动机各部件带来的危害等方面阐述了直升机发动机进气防护的必要性。对于阻拦式进气过滤器、单通道粒子分离器、多通道粒子分离器以及整体式惯性粒子分离器的阐述,主要侧重于其工作原理及其在直升机上的使用情况,并对各种进气防护装置的优缺点以及直升机发动机进气防护装置的研究方法与要求等进行了叙述。对于气固两相流的基本方程,主要概述了发动机进气粒子分离器中的气固两相流动的特点,着重阐述了进气防护中稀相流动的基本方程,包括控制方程、颗粒运动的轨迹方程和颗粒与固体壁面的碰撞公式,以及流体对固体颗粒的各种作用力等,并阐述了气固两相流动的数值计算模型。对粒子分离器的流场与粒子轨道进行的数值计算分析,主要是在气固两相流基本方程的基础上,进行了粒子分离器流场的数值计算,包括数值计算的几何模型、计算模型、网格划分和边界条件。对两种型面差异较大的整体式粒子分离器(IPSO1和IPS02)进行了数值模拟的计算比较。经研究表明,由于大粒径(Dp>200μm)的砂粒对发动机造成的损害远大于小粒径(Dp<30μm)的砂粒,而且相对于小粒径砂粒而言,两种进气粒子分离器的分离效率又差别无几,再加上IPS02的进气总压损失比IPSO1的小,所以在实际应用中建议选用IPS02型面。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状、发展动态
• 1.3 研究内容
• 第2章 直升机的工作环境及尘砂对发动机带来的危害
• 2.1 直升机发动机的进气防护概况
• 2.2 进气防护相关的概念
• 2.3 直升机工作的污物环境
• 2.3.1 尘砂环境
• 2.3.2 尘砂环境的取样
• 2.4 尘砂对发动机各部件带来的危害
• 2.5 本章小结
• 第3章 直升机发动机的进气防护装置
• 3.1 发动机进气防护主要方法
• 3.2 阻拦式进气过滤器
• 3.3 单通道惯性粒子分离器的原理与应用
• 3.3.1 UACL惯性粒子分离器
• 3.3.2 CH—46直升机的波音粒子分离器
• 3.3.3 莱康明（Lycoming）粒子分离器
• 3.4 多通道粒子分离器的原理与应用
• 3.5 整体式粒子分离器
• 3.5.1 整体式粒子分离器概述
• 3.5.2 整体式粒子分离器性能比较
• 3.5.3 整体式粒子分离器的应用
• 3.6 进气防护装置的研究方法与要求
• 3.7 本章小结
• 第4章 发动机进气防护两相流动基本方程
• 4.1 发动机进气防护两相流动概况
• 4.2 发动机进气防护的稀相流动基本方程
• 4.2.1 发动机进气防护的稀相流动基本方程
• 4.2.2 气固两相流动的数值模拟
• 4.3 本章小结
• 第5章 粒子分离器流场与颗粒轨迹计算分析
• 5.1 整体式粒子分离器的数值模拟
• 5.1.1 整体式粒子分离器的计算模型
• 5.1.2 整体式粒子分离器计算模型的网格划分
• 5.1.3 整体式粒子分离器计算模型的边界条件
• 5.2 不同型面粒子分离器性能的比较分析
• 5.2.1 粒子分离器流道型面对其性能的影响
• 5.2.2 两种不同型面粒子分离器的分离效率及粒子轨迹
• 5.2.3 两种不同型面粒子分离器的扫气比及总压损失
• 5.2.4 流场分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢