航空發(fā)動機旋轉部件積冰粘附機理研究.pdf

1、當飛機在結冰氣象條件下飛行時，航空發(fā)動機一些部件表面會發(fā)生積冰現象。積冰會影響發(fā)動機進氣流場，降低氣動性能；甩脫的積冰可能打壞風扇葉片甚至壓氣機部件，影響飛行安全。積冰的粘附強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度對優(yōu)化航空發(fā)動機部件設計、保障飛行安全有重要意義。
　　本文以內聚力模型理論和擴展有限元方法作為理論基礎，通過實驗測量和數值模擬相結合的方法對積冰粘附特性進行研究。
　　實驗

2、測量部分，利用水杯法在萬能拉伸試驗機上分別測量了鋁板、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)粘附強度；利用自行設計的旋轉裝置測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態(tài)粘附強度。
　　數值模擬部分，利用內聚力模型和擴展有限元法建立了積冰粘附強度的有限元預測模型，同時考慮積冰/鈦合金界面斷裂失效和積冰內部斷裂失效，預測了粗糙度表面積冰的法向和切向粘附強度，分析了不同粗糙度結構尺寸對積冰粘附強度的影響；

3、同時預測了微納米超疏水結構表面積冰的法向粘附強度，分析了不同尺寸微納米結構對其表面積冰粘附強度的影響。
　　以航空發(fā)動機風扇葉片和旋轉帽罩為分析對象，對這兩個旋轉部件表面積冰甩脫問題進行數值模擬方法的應用分析。積冰的甩脫需要滿足界面斷裂和積冰內部斷裂兩個條件，其中利用內聚力模型定義積冰和部件之間的接觸單元，利用擴展有限元法高效模擬出積冰內部裂紋路徑，最終得到風扇葉片表面和旋轉帽罩表面積冰發(fā)生甩脫難易的位置，為實際應用中的防除冰重點