航空发动机中冰片运动轨迹的数值模拟研究

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1、中图分类号：V231.3论文编号：102870215-S088学科分类号：082502硕士学位论文航空发动机中冰片运动轨迹的数值模拟研究研究生姓名陈来荣学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向叶轮机气体动力学指导教师吴铁鹰副教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringNumericalSimulationabouttheTrajectoryoftheSheddingIcein

2、theAero-EngineAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyChenLairongAdvisedbyAssociateProf.WuTieyingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航

3、天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要在特定的飞行条件下，如低温、高空等飞行条件下。由于环境温度过低云中的过冷水滴就会在飞机的机头、机翼、机身、航空发动机的进气道唇口、进气锥、整流支板等会出现结冰与积冰现象。当飞机和发动机的除冰装置开启时或者环境温度升高、气动力以及机械振动的作用下这些部件表面上的结冰或者积冰就会从这些部件表面脱落，从而会向下游飞去，例

4、如从航空发动机的进气道唇口、整流锥、整流支板表面上脱落的冰片就会向航空发动机的核心机飞去就有可能打到航空发动机的叶片，造成叶片断裂，从而影响航空发动机的正常工作。因此，研究积冰从飞机或航空发动机部件表面脱落后的运行轨迹一直是飞机制造商所关注的主要课题。为了研究冰片脱落轨迹以预防对叶片造成的伤害，作者归纳了两种可实现的模拟方法，一种是采用CFD中的动网格方法，另一种是采用稳态数据库的方法。由于CFD中的动网格算法对计算机的硬件要求高以及计算时间长等缺点，本文拟采用稳态数据库的方法，稳态数据库算法的优点主要表现在计算时间短并且对计算机的硬件要求也低。稳态数据库方法由四个模块构成，

5、三个数据输入模块分别为：一、脱落冰的质量和转动惯量输入模块，二、带进气锥的航空涡扇发动机气流通道的流场数据，三、脱落冰在流场中受的气动力和气动力矩。还有一个核心模块是冰片轨迹仿真模型，这个模块通过VC++编程实现的。对于这四个模块难点是冰片在流场中受到的气动力和气动力矩获取，由于没有现成数据可用，本文拟采用CFD方法来解决，就是根据不同来流和攻角计算大量的冰片受到气动力的数据，放入数据库中，当计算时通过插值获取。得出了以下结论：冰片受到的气动力和气动力矩与动压成正比并且与来流迎角有关，最后得到了不同初始位置和姿态下冰片的飞行轨迹。关键词：积冰脱落，数据库应用，动网格，冰片，轨

6、迹，刚体运动i航空发动机中冰片运动轨迹数值模拟研究ABSTRACTUndercertainflightconditions,suchasunderlow-temperature,high-altitudeandotherflightconditions.Becausetheambienttemperatureistoolowcloudofsupercooledwaterdropletswillbeintheaircraft'snose,wings,fuselage,aircraftengineinletlip,intakecone,rectificationsupportpa

7、nelswillappearfrozeniniceaccretionphenomenon.Whentheaircraftandengine’sde-iceronorambienttemperatureishigh,undertheinfluenceofaerodynamicandmechanicalvibrations.Theseiceoriceaccumulatedonthesurfaceofthepartborneolwillfallofffromthesurfaceofthepart.Theywi