资源描述：
《发动机进气道前缘热气防冰器性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、1999年4月北京航空航天大学学报April1999第25卷第2期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVol.25No.2飞机发动机进气道前缘热气防冰器性能分析常士楠韩凤华(北京航空航天大学飞行器设计与应用力学系)摘要飞机发动机防冰对飞行安全具有十分重要的意义,对于热气防冰系统,前缘防冰器的结构型式对防冰的效果影响很大.本文针对常见的周向及双蒙皮波纹板型弦向飞机发动机进气道热气防冰器进行了热分析,在此基础上对其传热性能及防冰表面温度场进行了比较,结果表明双蒙皮弦向防冰器的防冰效率较高;在通常情况下,周
2、向防冰器也可达到防冰的目的,并且结构简单,因而更为实用.关键词发动机进气道;防冰系统;性能;热平衡分类号V244.15发动机进气道结冰是飞机结冰中最危险的用双层平板间的流动代替文献[2]中使用的管内情况,它不仅直接导致进气道气动外型的破坏,降流动更合适.本文提出了另一种适合用管内流来低发动机推力,增大飞行负载,而且当进气道内冰处理的双层壁结构,其内部横截面的结构示意见层脱落时将随气流进入发动机内部,打伤具有很图2.大转速的叶片,造成压气机的机械损伤,甚至整台发动机的破坏,直接引发飞行事故.因此,为了保证飞行安全,发动机防冰十分重要.目前,发动机防冰的热源多采用发动机压气机
3、引出的热空气,热空气进入前缘的防冰器后,在沿通道的流动过程中,把热量传给蒙皮,使防冰表面的温度达到保a周向防冰器证表面不结冰的数值.不同结构的防冰器,其性能及防冰效果有所不同,因此,研究各种防冰器的传热特性有助于选择更有效的结构,提高防冰效果.12种热气防冰器结构发动机进气道前缘内部结构通常为防冰器的b双层壁的波纹板型弦向防冰器结构,它是供防冰热气流动的空间,其结构型式对图12种防冰器内的热气流动情况防冰效果影响很大.文献[1]中列举了几种型式.本文对其中最常见的2种型式进行分析比较.热气在其中的流动情况如图1所示.图1a为周向防冰器,热气在腔体中沿周向即发动机进气道迎风
4、面周向流动,具有结构简单,制造方便的优点.图2双层壁弦向防冰器横截面结构图1b为双层壁的波纹板型弦向防冰器,热气2传热性能分析在腔体内流动,方向与进气道外部气流流动方向对于不同的发动机,其迎风面形状有所不同,一致,其结构相对复杂,由于波纹通道横截面积多为圆形和椭圆形,也有方形的.为研究方便,本小,通道内热气流速提高,换热效果会有所提高.文假设发动机迎风面为圆形,发动机进气道前缘文献[2]中也提出了一种双蒙皮防冰器结构,横截面的形状是长短轴之比为2∶1的半椭圆,椭其内蒙皮并非波纹板型,由于热气通道在迎风面圆半短轴长为B.方向的尺寸远大于双层壁之间的厚度,作者认为根据2种防冰
5、器结构,防冰器内为强迫对流收稿日期:1998-06-16第一作者女30岁讲师100083北京202北京航空航天大学学报1999年换热,可采用光滑圆管内一维紊流传热理论进行根据经验,可忽略蒙皮沿发动机短舱气流方向的[1]研究.由于2种系统采用相同的传热方程式,因此导热;3)防冰器墙体内壁为绝热层,即忽略热对其传热性能可做直接比较.直径为D的圆管内气向防冰器后部的传热.对于双层壁的波纹板型的换热方程的基本形式为弦向防冰器,除做与上述周向防冰器相同的简化0.80.4(1)外,还可假设:蒙皮沿周向无导热,这是因为沿周Nu=0.023ReDPr对于所建立的周向防冰器模型,(1)式中
6、圆管向每个热气通道两侧都有相同的加热通道.的直径D用水力直径Dz代替.防冰表面温度应满足防冰表面不结冰的要4Az求,而此温度是由防冰器内热气热量的减少来保Dz=(2)Pz证的.沿防冰热气流动方向,将通道分为n段,讨其中Az为横截面积,Pz为湿润周长,分别为论任意第i段的热平衡.Az=π(2B)·B=πB2(3)在第i段,应有2Qni(Tbi)·Si=G·Cp·(Ti,out-Ti,in)(12)(2B)22+BPz=2π≈7B(4)其中Qni(Tbi)为外表面防冰所需比热流,它是2防冰表面的温度Tbi的函数,文献[1,3,4]分别给4则Dz=πB(5)出了它的推导和求解公
7、式,本文采用文献[1]的方7对于双层壁的波纹板型弦向防冰器,有法;Si为第i段的表面积,对2种防冰器有不同的Asz=nbh(6)计算方法.Psz=2n(b+h)(7)Siz=S·Liz(13)其中n为热气通道的个数;d为发动机迎风面Sisz=n·b·Lisz(14)的直径;a、b和h如图2所示为双层壁的结构尺其中S为周向防冰器上、下表面加热区沿弦向寸.最大长度之和;Li为第i段沿热气流动方向的长2bh度.则Dsz=(8)b+h联合(12)式~(14)式,从第1段开始,用首先由Re=ρVD,Nu=αD及(1)式,得到2种防冰器假
