飞行器座舱热舒适性研究

摘要

随着航时增加和座舱内热负荷的增长，飞行器座舱的热舒适性研究广泛应用于飞机座舱环控系统设计中。本文采用雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)方法和经验公式方法，数值研究了飞机座舱外部表面附近的气动加热特性、座舱内部的气流组织特性和座舱热载荷。主要工作和研究成果如下： (1)采用RANS方法数值研究了某型号飞机座舱外部表面附近的气动加热特性。考察了一定的雷诺数和攻角(，）条件下，来流马赫数 (0.8～2.0)和飞行高度H(5～11km)对飞机气动加热的影响。通过分析飞机表面蒙皮的温度分布、表面摩擦系数、壁面法向速度梯度和热流密度等物理量，给出了座舱外部表面附近的气动热分布情况。结果表明，随着 增加，壁面法向速度梯度增大，飞机对称面上的平均温度、表面摩擦系数和热流密度随之增大，座舱附近表面中心线上的平均温度与来流马赫数、自由来流温度之间呈一定的函数关系。 (2)采用经验公式计算了座舱热载荷，分析了座舱总的热载荷和各部分热载荷所占的比例。基于对气动加热的研究，采用分块计算法计算了座舱外壁传热形成的热载荷，并计算了太阳辐射、人体散热和电子设备散热形成的热载荷。计算结果表明，在、和 km的飞行条件下，座舱外壁传热形成的热载荷和通过透明表面的太阳辐射热载荷是座舱热载荷的主要组成部分，这些热载荷在飞机座舱环控系统设计时应优先考虑。 (3)采用数值方法模拟了简化座舱模型内部的气流组织特性，包括速度和温度分布，研究的飞行条件为马赫数、飞行高度 km。基于对座舱内部的气流组织特性分析，选用军用生理学标准评估了座舱的热舒适性。在处理座舱热边界条件时，考虑了太阳辐射、座舱壁内表面之间的辐射换热、人体和电子设备等因素的影响。结果表明，人体周围空气平均温度为20℃，平均风速为0.15m/s，头-脚方向垂直温差约为2℃，水平方向温差约为1.5℃。因此，本文选用的座舱模型和送风方式符合军用生理学标准的相关条件，满足人体的热舒适性要求。在此基础上，改进了送风方案并讨论了送风速度对热舒适性的影响。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、注释表

声明

第一章 绪论

第二章 飞行器座舱热载荷计算

第三章 飞行器表面气动加热计算

第四章 飞行器座舱热舒适性

第五章 总结与展望

参考文献

致 谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文