飞行器热气防冰系统数值模拟与设计

摘要

由于飞机在飞行过程中出现的结冰现象严重影响了飞机的气动性能和飞行安全，所以研究结冰对气动特性的影响并设计出高效的防除冰系统就变得极为重要。本文采用数值模拟的方法研究了多个结冰参数对飞机气动特性的影响，并针对关键状态点设计热气防冰系统。主要工作内容包括以下几个方面：
　　首先针对某型飞机机翼翼型，分析了结冰温度、飞行速度、环境压力、水滴直径、液态含量这几个结冰参数的变化对翼型气动特性的影响的规律。然后根据CCAR25部附录C关于运输类飞机规定的结冰气象条件包线确定了一系列典型结冰计算状态点。计算每个状态点条件下的结冰冰形，并对结冰后的翼型几何进行了重构和网格划分，计算和对比结冰前后的气动特性，分析结冰对翼型气动特性的影响规律。
　　其次以设计热气防冰系统为目的，重点研究了笛形管结构参数的确定方法。本文介绍了笛形管的主要结构参数、管路流量设计方式，总结了工程设计流程，给出了笛形管等直径布孔段、变直径非布孔段的压降和温降计算方法，并根据笛形管的设计流程以及计算方法编写了适用于笛形管参数计算的程序。
　　再次基于Fluent的用户自定义函数功能，提出了一种计算内外流场热耦合的方法：根据外流场计算结果，采取欧拉法计算得到水滴撞击特性；基于水滴撞击特性计算得到的结果，采用基于Messinger模型的防冰热载荷计算方法计算蒙皮外表面的各项热流，从而确定蒙皮外表面每个控制体所需要吸收的热量；最后利用两个控制单元距离最近的插值方法，实现内外流场不一致界面的热流密度插值，从而实现内外流场的热耦合。利用结冰计算软件FENSAP-ICE对该型防冰系统进行计算，与本文数值模拟结果进行对比。验证了文中提出的数值模拟的方法的可行性，并对热气防冰系统结构进行了简单的优化。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 飞机结冰的基本概念

1.2 飞机结冰的危害及防护方法

1.3 国内外研究现状

1.4本文的研究目的及研究内容

第二章 结冰计算以及状态点的选择

2.1 确定计算状态点

2.2二维翼型表面结冰数值计算

2.3结冰计算方法验证

2.4 各参数对气动特性的影响

2.5计算结果分析

2.6翼段选择

2.7本章小结

第三章 笛形管设计

3.1 笛形管介绍

3.2热载荷计算

3.3 笛形管设计要点

3.4笛形管计算

3.5 笛形管设计流程

3.6参数计算结果

3.7 本章小结

第四章 防冰腔结构设计与数值模拟

4.1 防冰腔介绍

4.2 热气防冰系统性能计算

4.3数值模拟方法验证

4.4防冰腔内部结构的初步改进

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文主要研究内容总结

5.2 本文主要创新点

5.3 进一步展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文