發(fā)動機復合材料導向葉片防冰性能研究.pdf

1、飛機在負溫云層中飛行時,云層中的過冷水滴撞擊到其迎風表面后會凍結而發(fā)生結冰現象。飛機結冰會破壞飛機迎風面的氣動外形和影響外置傳感器的正常工作,是導致飛行事故的主要原因之一。為提高飛機飛行的安全性,需要采取防護措施以應對飛機結冰,因此飛機的結冰機理和防/除冰方法得到了廣泛研究。復合材料具有比強度高、重量輕等特點,在現代飛機上得到了廣泛應用,由于復合材料和金屬材料的物性有較大差異,因此對復合材料部件的防/除冰性能進行研究勢在必行。本文采用數

2、值模擬和冰風洞試驗的方法對某型復合材料發(fā)動機導向葉片的防冰性能進行了研究。
　　本文工作主要有以下幾個方面:
　　1)概述了飛機結冰的原因、危害和防護方法,介紹了飛機結冰、防/除冰研究的方法和現狀,分析了復合材料在飛機上的應用及對復合材料部件進行防/除冰性能研究的必要性。
　　2)采用蒸發(fā)循環(huán)制冷機組和冷卻渦輪組聯合制冷獲得冷卻空氣,由氣/液二流體噴嘴獲得小尺寸霧化水滴,建立了研究用小型直流冰風洞系統;討論了冰風洞模擬

3、的結冰氣象條件中各參數的測量方法,結合數值模擬對冰風洞的水滴撞擊和結冰進行了運行調試。
　　3)設計制作了復合材料導向葉片的電加熱防冰結構,在小型冰風洞中進行了單區(qū)加熱狀態(tài)下的防冰試驗,根據試驗結果分析了不同來流風速、結冰氣象條件、防冰方式對電加熱防冰結構的防冰性能影響;在相同來流速度和結冰氣象條件下,對單區(qū)加熱和雙區(qū)加熱兩種加熱方式進行了防冰試驗,分析了對復合材料而言兩種電加熱方式的優(yōu)缺點;數值模擬了冰風洞試驗工況下導向葉片的防

4、冰性能,將計算結果與試驗結果進行了對比分析,驗證了數值模擬方法的可行性,為設計真實發(fā)動機工況下導向葉片的電熱防冰結構打下了基礎。
　　4)采用數值模擬方法對原發(fā)動機導向葉片熱氣防冰結構內流動與換熱以及外部水滴撞擊特性進行了分析;在此基礎上對導向葉片熱氣防冰結構進行了改進,采用前緣沖擊射流結合微小防冰通道的換熱結構提高結冰區(qū)的防冰性能,改變防冰排氣孔形式以增強排氣形成的氣膜對溢流水膜和外部過冷水滴的吹襲;對改進前后的熱氣防冰結構的防