發(fā)動(dòng)機(jī)短艙防冰性能計(jì)算方法研究綜述

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1、第41卷第5期航空計(jì)算技術(shù)VoI41No52011年9月AeronauticalComputingTechniqueSep.2011發(fā)動(dòng)機(jī)短艙防冰性能計(jì)算方法研究綜述檀妹靜,朱春玲(南京航空航天大學(xué).江蘇南京210016)摘要:發(fā)動(dòng)機(jī)短艙中可能出現(xiàn)的結(jié)冰現(xiàn)象對(duì)飛行安全有著嚴(yán)重的影響??偨Y(jié)了已有關(guān)于短艙防冰性能計(jì)算的文獻(xiàn)資料,在明確短艙防冰性能計(jì)算的理論依據(jù)的基礎(chǔ)上,分析了其與機(jī)翼防冰性能計(jì)算的異同廈計(jì)算中可能遇到的問(wèn)題及解決方法,并對(duì)國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙防冰性能計(jì)算提出了合理化建議。關(guān)鍵詞:發(fā)動(dòng)機(jī)短艙防冰;數(shù)值模擬;計(jì)算方法中圖分類(lèi)號(hào):

2、V23394文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671—654X(2011)05—0072一04ReviewofEngineNacelleAnti-icingPerformanceNumericalApproachesTANMei-jing,ZHUChun-ling(Na叫ngUniversityofAeronauticsandAstronautics,Na彬ng210016,China)Abstract:IcingofenginenacellehassevereinfluenceonflJightsafety.Thispapersumma

3、rizedtheexistingliteraturematerialsonanti-icingperformancecalculationofenginenacelleandonthebasisofclearingthetheorticalbasisofnacelleanti—icingperformancecalculation,analysisedthesimilaritiesanddiffer-eneesofperformancecalculationbetweenthewingandtheenginenacelleandt

4、hepossibleproblemsandsolvingmethodsandputforwardrationalsuggestionsfordomesticenginenacelleanti-icingperformancecaculation.Keywords:enginenacelleanti—icing;numericalsimulation;numericalapproaches1短艙防冰性能計(jì)算方法的理論依據(jù)短艙防冰性能計(jì)算包括發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的網(wǎng)格劃分、外流場(chǎng)求解、水滴撞擊特性計(jì)算、防冰熱載荷計(jì)算、防冰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證(防冰

5、系統(tǒng)的熱力計(jì)算)。進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)短艙防冰性能計(jì)算,首先需建立發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的幾何模型,進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的網(wǎng)格劃分與流場(chǎng)求解。短艙外流場(chǎng)根據(jù)氣流的質(zhì)量、動(dòng)量及能量守恒原理,由歐拉法或由面元法進(jìn)行數(shù)值求解得到。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合水滴動(dòng)量方程及水滴連續(xù)性方程即可求得水滴撞擊特性。其次,設(shè)定防冰表面溫度。假設(shè)無(wú)冰,可根據(jù)防冰表面的質(zhì)量和能量守恒,得到防冰所需熱流,確定表面溢流區(qū);一旦結(jié)冰,可以通過(guò)更新幾何模型,進(jìn)行冰形預(yù)測(cè)。最后,根據(jù)防冰熱載荷,可以對(duì)防冰系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)及熱力計(jì)算,通過(guò)求解內(nèi)部質(zhì)量、動(dòng)量和能量方程得到內(nèi)部流場(chǎng),耦合求解內(nèi)外流場(chǎng)及同壁

6、導(dǎo)熱,即可對(duì)防冰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。2短艙防冰與機(jī)翼防冰性能計(jì)算方法的異同發(fā)動(dòng)機(jī)短艙結(jié)冰的最危險(xiǎn)部位為短艙唇口,而短艙唇口的徑向截面具有與機(jī)翼前緣近似的氣動(dòng)外形?;仡櫽嘘P(guān)文獻(xiàn)可知,國(guó)內(nèi)外采用的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的防冰方法主要為熱防冰,與機(jī)翼主要防冰方法相同,目前應(yīng)用的短艙防冰腔的結(jié)構(gòu)形式也與機(jī)翼防冰腔近似。因此,機(jī)翼防冰性能的大部分計(jì)算方法可以擴(kuò)展到發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的防冰性能計(jì)算中。但是,由于耦合了積冰、粘附、脫落和吞冰現(xiàn)象,并且沿流線結(jié)冰參數(shù)顯著變化,發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰比機(jī)翼結(jié)冰更為復(fù)雜。為了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙防冰性能進(jìn)行評(píng)估,需要綜合考慮積冰、粘附、脫

7、落和吞冰并進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰臨界點(diǎn)分析。另外,發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的幾何結(jié)構(gòu)較機(jī)翼更為復(fù)雜,幾收穡日期:2011—07—19修訂日期:201l一08一19作者簡(jiǎn)介:檀蛛靜(1988~).女.內(nèi)蒙古呼倫見(jiàn)爾人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)轱w機(jī)結(jié)冰數(shù)值模擬。2011年9月檀妹靜等:發(fā)動(dòng)機(jī)短艙防冰性能計(jì)算方法研究綜述·73·何建模和網(wǎng)格劃分難度更大;短艙外流場(chǎng)同時(shí)包括發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)和外部流動(dòng),流場(chǎng)計(jì)算的花費(fèi)更大。因此,在計(jì)算精度要求不高的情況下,可以應(yīng)用基于邊界層的面元法計(jì)算外部傳熱系數(shù),應(yīng)用拉格朗日水滴軌跡模型計(jì)算收集系數(shù)。而對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣道,可

8、以采用歐拉模型進(jìn)行水滴撞擊特性的計(jì)算。最后,機(jī)翼結(jié)冰計(jì)算呵以利用有限元法求解完整的N—S方程得到流場(chǎng)和傳熱系數(shù),每一步計(jì)算中假設(shè)流場(chǎng)和收集系數(shù)不隨冰形變化。而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道前緣,需要構(gòu)造一個(gè)控制單元體,使其上界與氣流的邊界層一致,下界正好位于冰表面

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