民机客舱热载荷的数值计算

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1、第３２卷第６期世界科技研究与发展Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．６２０１０年１２月７９４－７９７页ＷＯＲＬＤＳＣＩＴＥＣＨＲ＆ＤＤｅｃ．２０１０ｐｐ．７９４－７９７民机客舱热载荷的数值计算１，３，１１１１１蔡宇宏蒋彦龙蔡玉飞王瑜夏文庆朱春玲２２２２李楠南国鹏李革萍辛旭东（１．南京航空航天大学航空宇航学院，南京２１００１６；２．中国商用飞机有限公司上海飞机设计研究院，上海２００２３２；３．兰州物理研究所，真空低温技术与物理国家级重点实验室，兰州７３００００）摘要：以某型客机为例，将客舱复杂围护结构划分为三部分。据此建立各区域单元结构的三维数值计算模型，并

2、对不同外界环境下客舱的热流密度及传热量进行了数值仿真。结果与传统计算方法吻合良好，研究工作对于我国大型飞机热载荷的计算具有参考价值。关键词：民机；热载荷；数值计算中图分类号：ＴＫ１２文献标识码：ＡＮｕｍｅｒｉｃａｌＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＨｅａｔＬｏａｄｆｏｒＣｉｖｉｌＡｉｒｃｒａｆｔＣａｂｉｎＣＡＩＹｕｈｏｎｇ１，３ＪＩＡＮＧＹａｎｌｏｎｇ，１ＣＡＩＹｕｆｅｉ１ＷＡＮＧＹｕ１ＸＩＡＷｅｎｑｉｎｇ１，ＺＨＵＣｈｕｎｌｉｎｇ１２２２２ＬＩＮａｎＮＡＮＧｕｏｐｅｎｇＬＩＧｅｐｉｎｇＸＩＮＸｕｄｏｎｇ（１．ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏ

3、ｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６；２．ＳｈａｎｇｈａｉＡｉｒｃｒａｆｔＤｅｓｉｇｎ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｏｍｍｅｒｃｉａｌＡｉｒｃｒａｆｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３２；３．ＬａｎｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂ．ｏｆＶａｃｕｕｍ＆ＣｒｙｏｇｅｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００００）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇａｍｏｄｅｌａｉｒｐｌａｎｅａｓａ

4、ｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｃａｂｉｎｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｒｅｅｐａｒｔｓ．Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｂｕｉｌｔ；ａｎｄｃａｂｉｎｈｅａｔｌｏａｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｘｔｅｒｎａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｇｒｅｅｗｅｌｌｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｉｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｃｏｕｌｄｂｅｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｃｉｖｉｌａｉｒｃｒａｆｔｄｅｓｉｇｎ．Ｋｅ

5、ｙｗｏｒｄｓ：ｃｉｖｉｌａｉｒｃｒａｆｔｃａｂｉｎ；ｈｅａｔｌｏａｄｓ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ结构和飞行条件，本文作了如下的简化：１）不考虑辐射对传１引言热的影响；２）不计算通过客舱侧壁上面的观察窗形成的热载飞机环境控制系统一直是飞机设计关注的重点，在现代荷；３）假设桁条及隔框均匀布置。在此前提下对客舱围护结航空技术的发展中占据日益重要的位置。为了增加飞机设构的区域划分如图１所示，区域（１）为客舱行李箱以下不包备工作的可靠性、节约能耗并满足乘客舒适性的要求，需要括观察窗的侧壁部分；区域（２）为客舱两座行李箱部分的围在飞机的

6、研制阶段就对环境控制系统进行合理设计。而准护结构；区域（３）为客舱三座行李箱部分的围护结构；区域确分析和计算座舱热载荷，研究座舱热载荷与舱内外温度的（４）客舱天花板部分的围护结构。变化规律是环境控制系统设计的前提。由于使用了较多的桁条、隔框及绝热层，飞机的总体布局和结构材料布置十分复杂。本文通过对客舱围护结构的区域划分，建立了各区域相应的单元数值计算模型。基于该模型，计算了不同外界环境温度下通过客舱围护结构传入／传出客舱的热量及形成的热流密度等，并与传统计算方法进行了对比。此研究工作对于我国大型客机环境控制系统方案的确定、系统优化及控制规图１

7、客舱围护结构的区域划分图律的研究具有参考价值。Ｆｉｇ．１ＤｉｖｉｓｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆＣａｂｉｎｅｎｖｅｌｏｐｅ２模型的建立和求解图２是围护结构的垂直示意简图，在蒙皮上面纵横交错２．１模型的建立排列着桁条和隔框。建立计算模型时截取图中所示的一个典型的客舱围护由蒙皮、隔框、桁条、绝热层以及内装饰小单元，所截取部分的三维示意图如图３所示。根据某型飞板或天花板组成，客舱防护层不同部分因部件和结构配置的机的具体结构，单元的长４７５ｍｍ，宽２００ｍｍ，其它尺寸见表不同，在布局上存在一定的差异。因此，在进行热载荷计算１。时，要根据座舱布局的不同对客舱

8、围护结构进行合理的区域将此三维模型作为耦合传热单元计算模型，既能较好地划分，并对飞机的实际热载荷做必要的假设。根据某型飞机反映计算域参数的特点，又能够节约计算机资源