飛機(jī)蒙皮溫度場及局部結(jié)冰過程數(shù)值仿真.pdf

1、隨著高速飛機(jī)及紅外特性的發(fā)展需求，飛機(jī)蒙皮表面溫度場的計算越來越受到重視，通常的蒙皮表面溫度場的計算往往僅考慮外部氣動環(huán)境，這與實際蒙皮整體熱環(huán)境不太相符，因此需要建立合理的熱分析模型與計算方法對蒙皮的溫度場及影響因素進(jìn)行分析。此外，當(dāng)飛機(jī)表面溫度較低或者出現(xiàn)氣動冷卻時，在某些迎風(fēng)表面處可能會產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象，進(jìn)而危害飛行安全。因此在進(jìn)行飛機(jī)整體熱環(huán)境分析時，了解飛機(jī)蒙皮溫度場的影響機(jī)制，也是飛機(jī)結(jié)冰預(yù)測的前提條件之一。
　　本文針對

2、大型飛機(jī)的熱分析與防結(jié)冰技術(shù)的需求，通過將外部熱環(huán)境視為第三類浮動的熱邊界條件，實現(xiàn)內(nèi)、外熱環(huán)境耦合，并建立了防冰條件下部件表面流動換熱的計算模型，開展了結(jié)冰冰型的數(shù)值預(yù)測研究。通過熱分析研究，對影響蒙皮溫度場的機(jī)制特性進(jìn)行分析，獲得了太陽輻照、外部對流換熱、內(nèi)部熱源大小及布置方式影響的量化數(shù)據(jù)；通過防結(jié)冰研究，對飛機(jī)機(jī)翼及發(fā)動機(jī)唇口的局部結(jié)冰現(xiàn)象進(jìn)行了預(yù)測分析?；诖耍疚膰@該背景主要完成了以下工作：
　　通過對大型復(fù)雜飛機(jī)表

3、面溫度場耦合傳熱的機(jī)制分析，建立了結(jié)構(gòu)與流場耦合換熱的數(shù)理模型，將外部的氣動對流換熱視作浮動第三類熱邊界以實現(xiàn)流固耦合換熱的間接解耦計算，基于CFX平臺軟件完成外部熱環(huán)境計算，并結(jié)合Sinda/Fluint軟件平臺，采用熱網(wǎng)絡(luò)法聯(lián)合蒙特卡洛法，開展不同復(fù)雜熱邊界條件外耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)間的耦合傳熱研究。最后以某型飛機(jī)為例通過數(shù)值模擬對該方法驗證其可靠性與準(zhǔn)確性，并在此基礎(chǔ)上考察分析了影響內(nèi)外耦合換熱的各種綜合因素，包括太陽輻照、內(nèi)部熱源功率及

4、設(shè)備結(jié)構(gòu)布置等對蒙皮表面溫度場的影響。
　　基于CFX的Continuous/Particle流體模型求解水滴的運(yùn)動方程，跟蹤水滴軌跡，編制程序提取相關(guān)軌跡信息，實現(xiàn)了水滴撞擊特性的拉格朗日法計算。并基于上述方法對二維翼型的局部水滴收集系數(shù)進(jìn)行算例驗證，然后在此基礎(chǔ)上完成對部件結(jié)冰的數(shù)值研究。由準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的熱、質(zhì)守恒關(guān)系建立了結(jié)冰部件表面的熱力學(xué)模型，通過編制相關(guān)程序?qū)崿F(xiàn)對提取的CFX流場結(jié)果進(jìn)行后處理得到預(yù)測冰型，并對典型翼型算例進(jìn)