发动机短舱防冰性能计算方法研究综述

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1、第41卷第5期航空计算技术VoI41No52011年9月AeronauticalComputingTechniqueSep．2011发动机短舱防冰性能计算方法研究综述檀妹静，朱春玲(南京航空航天大学．江苏南京210016)摘要：发动机短舱中可能出现的结冰现象对飞行安全有着严重的影响。总结了已有关于短舱防冰性能计算的文献资料，在明确短舱防冰性能计算的理论依据的基础上，分析了其与机翼防冰性能计算的异同厦计算中可能遇到的问题及解决方法，并对国内发动机短舱防冰性能计算提出了合理化建议。关键词：发动机短舱防冰；数值模拟；计算方法中图分类号：

2、V23394文献标识码：A文章编号：1671—654X(2011)05—0072一04ReviewofEngineNacelleAnti-icingPerformanceNumericalApproachesTANMei-jing，ZHUChun-ling(Na叫ngUniversityofAeronauticsandAstronautics，Na彬ng210016，China)Abstract：IcingofenginenacellehassevereinfluenceonflJightsafety．Thispapersumma

3、rizedtheexistingliteraturematerialsonanti-icingperformancecalculationofenginenacelleandonthebasisofclearingthetheorticalbasisofnacelleanti—icingperformancecalculation，analysisedthesimilaritiesanddiffer-eneesofperformancecalculationbetweenthewingandtheenginenacelleandt

4、hepossibleproblemsandsolvingmethodsandputforwardrationalsuggestionsfordomesticenginenacelleanti-icingperformancecaculation．Keywords：enginenacelleanti—icing；numericalsimulation；numericalapproaches1短舱防冰性能计算方法的理论依据短舱防冰性能计算包括发动机短舱的网格划分、外流场求解、水滴撞击特性计算、防冰热载荷计算、防冰系统的设计及验证(防冰

5、系统的热力计算)。进行发动机短舱防冰性能计算，首先需建立发动机短舱的几何模型，进行发动机短舱的网格划分与流场求解。短舱外流场根据气流的质量、动量及能量守恒原理，由欧拉法或由面元法进行数值求解得到。在此基础上，结合水滴动量方程及水滴连续性方程即可求得水滴撞击特性。其次，设定防冰表面温度。假设无冰，可根据防冰表面的质量和能量守恒，得到防冰所需热流，确定表面溢流区；一旦结冰，可以通过更新几何模型，进行冰形预测。最后，根据防冰热载荷，可以对防冰系统进行初步设计及热力计算，通过求解内部质量、动量和能量方程得到内部流场，耦合求解内外流场及同壁

6、导热，即可对防冰系统的设计进行优化。2短舱防冰与机翼防冰性能计算方法的异同发动机短舱结冰的最危险部位为短舱唇口，而短舱唇口的径向截面具有与机翼前缘近似的气动外形。回顾有关文献可知，国内外采用的发动机进气道的防冰方法主要为热防冰，与机翼主要防冰方法相同，目前应用的短舱防冰腔的结构形式也与机翼防冰腔近似。因此，机翼防冰性能的大部分计算方法可以扩展到发动机短舱的防冰性能计算中。但是，由于耦合了积冰、粘附、脱落和吞冰现象，并且沿流线结冰参数显著变化，发动机结冰比机翼结冰更为复杂。为了对发动机短舱防冰性能进行评估，需要综合考虑积冰、粘附、脱

7、落和吞冰并进行发动机结冰临界点分析。另外，发动机短舱的几何结构较机翼更为复杂，几收穑日期：2011—07—19修订日期：201l一08一19作者简介：檀蛛静(1988～)．女．内蒙古呼伦见尔人，硕士研究生，主要研究方向为飞机结冰数值模拟。2011年9月檀妹静等：发动机短舱防冰性能计算方法研究综述·73·何建模和网格划分难度更大；短舱外流场同时包括发动机内部流动和外部流动，流场计算的花费更大。因此，在计算精度要求不高的情况下，可以应用基于边界层的面元法计算外部传热系数，应用拉格朗日水滴轨迹模型计算收集系数。而对于复杂结构的进气道，可

8、以采用欧拉模型进行水滴撞击特性的计算。最后，机翼结冰计算呵以利用有限元法求解完整的N—S方程得到流场和传热系数，每一步计算中假设流场和收集系数不随冰形变化。而对发动机进气道前缘，需要构造一个控制单元体，使其上界与气流的边界层一致，下界正好位于冰表面