飛機(jī)空氣導(dǎo)管安全性設(shè)計(jì)與泄漏探測技術(shù)研究.pdf

1、飛機(jī)空氣導(dǎo)管系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)從發(fā)動機(jī)、APU和地面氣源引出高溫壓力氣體輸送到防冰系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等子系統(tǒng)。管系穿越機(jī)翼、發(fā)動機(jī)吊掛、機(jī)身等多個(gè)區(qū)域,管路故障不僅影響整個(gè)空氣管理系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn),也會給周圍其他系統(tǒng)帶來安全隱患,故此空氣導(dǎo)管的安全性和可靠性成為飛機(jī)安全設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。本文主要從理論推導(dǎo)、數(shù)值仿真、實(shí)驗(yàn)?zāi)M等方面對飛機(jī)空氣導(dǎo)管管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)如傳熱流動特性、應(yīng)力安全設(shè)計(jì)和評估方法及泄漏探測技術(shù)開展研究。具體工作

2、內(nèi)容如下:
　　(1)空氣導(dǎo)管管路工作機(jī)制與設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇
　　給出了ARJ21-700的空氣導(dǎo)管管路系統(tǒng)布置圖,根據(jù)管路系統(tǒng)關(guān)斷閥位置及管內(nèi)氣流屬性,將管路系統(tǒng)分為引氣系統(tǒng)、防冰系統(tǒng)、配平系統(tǒng)、空調(diào)管路系統(tǒng)和笛形管系統(tǒng),詳細(xì)介紹了各個(gè)子系統(tǒng)管路及其附件的工作機(jī)制。其次,給出了飛機(jī)空氣導(dǎo)管管路的屬性參數(shù),提出了飛機(jī)空氣導(dǎo)管采用空氣層絕熱和固體材料絕熱的多層絕熱設(shè)計(jì)思路,并推導(dǎo)了飛機(jī)空氣導(dǎo)管多層絕熱設(shè)計(jì)的計(jì)算方法。最后,結(jié)合空

3、氣導(dǎo)管的不同引氣方式、飛行加速度、導(dǎo)管的校核標(biāo)準(zhǔn)以及外界環(huán)境溫度確定了空氣導(dǎo)管的計(jì)算工況,為空氣導(dǎo)管的設(shè)計(jì)提供邊界條件。
　　(2)空氣導(dǎo)管管內(nèi)外傳熱流動特性研究
　　基于流體網(wǎng)絡(luò)算法和有限體積法開展對空氣導(dǎo)管管內(nèi)外傳熱流動特性的分析工作,獲得了管系在不同邊界條件下的溫度、壓力和流量等參數(shù)特性以及空氣導(dǎo)管管外的溫度場分布。研究結(jié)果表明:盡管小流量的管路破壞對管系本身的輸送特性影響較小,但對周圍環(huán)境溫度的影響需要引起重視。此外

4、,較好的PID控制邏輯和閥門的開關(guān)特性能改善管路的壓力脈動。最后,從導(dǎo)管的空間布置來說,導(dǎo)管向下布置以及導(dǎo)管管徑的增加均會加強(qiáng)導(dǎo)管與艙內(nèi)空氣的換熱。管道的布置主要考慮其對座艙熱載荷以及自身熱損失的影響,對于給定管徑的管道系統(tǒng),可構(gòu)建關(guān)于貨艙三角區(qū)傳遞給座艙熱負(fù)荷以及管道自身熱損失的優(yōu)化函數(shù),給出最優(yōu)的管道布置位置。
　　(3)基于有限元的管系應(yīng)力和位移安全設(shè)計(jì)方法
　　在分析飛機(jī)飛行工況和應(yīng)力安全評定準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上,提出了基于

5、空間梁單元、殼單元、實(shí)體單元的空氣導(dǎo)管應(yīng)力分析、補(bǔ)償與校核的設(shè)計(jì)方案。分析了含有直管、彎管、閥門、球形接頭、滑動接頭、法蘭、管路組件的空氣導(dǎo)管管系梁單元模型、殼單元模型,同時(shí)給出了空氣導(dǎo)管相關(guān)關(guān)鍵部位實(shí)體模型的建模方法。最后,考察了應(yīng)力校核標(biāo)準(zhǔn)、飛行加速度、管內(nèi)氣體壓力、溫度及管道附件布置位置對管道應(yīng)力補(bǔ)償?shù)挠绊憽?br>　　(4)引氣系統(tǒng)的應(yīng)力和位移安全設(shè)計(jì)
　　采用提出的管系安全設(shè)計(jì)方法對ARJ21-700飛機(jī)空氣導(dǎo)管的引氣系

6、統(tǒng)進(jìn)行管系應(yīng)力安全計(jì)算、補(bǔ)償、校核與優(yōu)化設(shè)計(jì)。在補(bǔ)償過程中,提出了承重設(shè)計(jì)優(yōu)先、位移約束及應(yīng)力釋放交替補(bǔ)償、采用管系結(jié)構(gòu)劃分進(jìn)行應(yīng)力補(bǔ)償、滑動接頭對稱布置等設(shè)計(jì)思路。同時(shí),基于球形接頭偏轉(zhuǎn)角度的大小進(jìn)行管系優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后,提出了基于Miner理論和雨流計(jì)數(shù)法分析管系的疲勞壽命的方法。
　　(5)高溫壓力管道的泄漏探測技術(shù)研究
　　在研究現(xiàn)有國外飛機(jī)空氣導(dǎo)管泄漏探測系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上,指出了現(xiàn)有探測系統(tǒng)的不足,基于熱敏材料和