航空發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)部件積冰粘附機(jī)理研究.pdf

1、當(dāng)飛機(jī)在結(jié)冰氣象條件下飛行時(shí)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)一些部件表面會(huì)發(fā)生積冰現(xiàn)象。積冰會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣流場(chǎng)，降低氣動(dòng)性能；甩脫的積冰可能打壞風(fēng)扇葉片甚至壓氣機(jī)部件，影響飛行安全。積冰的粘附強(qiáng)度是影響部件表面積冰冰形和甩脫特性的重要因素，因此研究積冰在材料表面的粘附強(qiáng)度對(duì)優(yōu)化航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件設(shè)計(jì)、保障飛行安全有重要意義。
　　本文以內(nèi)聚力模型理論和擴(kuò)展有限元方法作為理論基礎(chǔ)，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)積冰粘附特性進(jìn)行研究。
　　實(shí)驗(yàn)

2、測(cè)量部分，利用水杯法在萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)上分別測(cè)量了鋁板、石墨烯涂層鋁板、鈦合金板、黃銅板表面積冰的法向和切向靜態(tài)粘附強(qiáng)度；利用自行設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)裝置測(cè)量了鈦合金板表面積冰在純法向、純切向以及混合載荷下的動(dòng)態(tài)粘附強(qiáng)度。
　　數(shù)值模擬部分，利用內(nèi)聚力模型和擴(kuò)展有限元法建立了積冰粘附強(qiáng)度的有限元預(yù)測(cè)模型，同時(shí)考慮積冰/鈦合金界面斷裂失效和積冰內(nèi)部斷裂失效，預(yù)測(cè)了粗糙度表面積冰的法向和切向粘附強(qiáng)度，分析了不同粗糙度結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)積冰粘附強(qiáng)度的影響；

3、同時(shí)預(yù)測(cè)了微納米超疏水結(jié)構(gòu)表面積冰的法向粘附強(qiáng)度，分析了不同尺寸微納米結(jié)構(gòu)對(duì)其表面積冰粘附強(qiáng)度的影響。
　　以航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片和旋轉(zhuǎn)帽罩為分析對(duì)象，對(duì)這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)部件表面積冰甩脫問題進(jìn)行數(shù)值模擬方法的應(yīng)用分析。積冰的甩脫需要滿足界面斷裂和積冰內(nèi)部斷裂兩個(gè)條件，其中利用內(nèi)聚力模型定義積冰和部件之間的接觸單元，利用擴(kuò)展有限元法高效模擬出積冰內(nèi)部裂紋路徑，最終得到風(fēng)扇葉片表面和旋轉(zhuǎn)帽罩表面積冰發(fā)生甩脫難易的位置，為實(shí)際應(yīng)用中的防除冰重點(diǎn)