直升机机身表面温度场建模与数值分析

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252011VoI．32No．2249—256ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．CR文章编号：1000—6893(2011)02—0249—08直升机机身表面温度场建模与数值分析潘丞雄，张靖周*，单勇南京航空航天大学能源与动力学院，南京210016摘要：为了解得合理的直升机整机温度分布，在直升机机身表面温度场建模中综合考虑了机身蒙皮、排气系统、旋翼下洗和太阳辐射等方面的影响，并进行了数值

2、模拟和排气系统一后机身一体化局部缩比模型的实验验证。研究结果表明：①由于辐射换热的影响，后机身内部混合管附近的表面温度升高了15K左右；②单层蒙皮的表面温度受内部高温部件的热辐射影响较为显著．带遮挡板的双层壁结构蒙皮温度接近环境温度；③考虑太阳辐射时，受照侧机身表面温度呈现明显升高，最大温升约18K。关键词：红外辐射；温度分布，旋翼下洗；太阳辐射；直升机中图分类号：V231文献标识码：A随着红外探测和制导技术的发展，武装直升机在未来战场环境中受到的威胁日益严重。其红外辐射源主要包括两个方面：其一，发动机排气系统的外露壁面和燃气尾焰是3～5且m波段的主要红外辐

3、射源，可以使用红外抑制器，利用排气的动量引射环境空气来实施混合降温；其二，直升机蒙皮表面在太阳辐射和内部热源作用下温度升高，主要形成8～14弘m波段的红外辐射，必须采取低发射率涂层、隔热结构和强迫冷却等技术途径加以抑制【lqJ。直升机表面的温度分布受到太阳辐射、表面发射率、发动机舱散热、排气喷流和旋翼下洗气流等因素的影响，直升机表面的温度分布特性直接影响到直升机机身蒙皮的红外辐射特征，因此为了解得合理的直升机整机红外辐射特征，必须对以上因素加以综合分析。文献[2]～文献[5]进行了考虑旋翼下洗的直升机排气系统温度场和引射能力测试，但均未考虑机身的影响，且采用

4、均匀的旋翼下洗，并未考虑下洗速度沿叶片径向和切向的分布影响；文献[6]采用热源法计算了直升机整机的温度分布，得到了合理的结果，但并未考虑太阳辐射。文献[7]和文献[8]采用各向同性天空散射模型分别计算了城市建筑墙面和坦克装甲在太阳辐射下的温度变化，均得到了合理的结果。文献[93和文献[10]分别对包括各向同性天空散射模型在内的几种不同太阳辐射模型进行了计算与实测的对比，并对不同模型的特点进行了详细分析。本文针对一个假想的直升机缩比尺寸模型，对其表面的温度场进行建模和数值分析，在分析中考虑了太阳辐射、蒙皮辐射换热和排气喷流加热，并且在模拟旋翼下洗时考虑了其速度

5、矢量在径向和切向的分布。收稿13期：2010．05．10；退修日期：2010—05—31；录用日期：2010．08—06；网络出版时问：2010-11-1109：14网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20101111，0914．027．htmID纠：CNKI：1t-1929／V．20101111．0914．027*通讯作者．Tel．：025·84895909E-mail：zhangjz@nuaa．edu．∞季}用褡武I潘丞雄。张靖周．单秀．i井机机身表面温度场建模与数值分析CJ-．航空学报．2011．32(2

6、)t249-256，PanChengxiong．ZhangJingzhou。ShanYong，ModelingandanalysisofhelicopWrsk#ltemperaturedistribution￡山．ActaAeronauticaetAstronau-ticaSinica．2011．32(2)：249-256．#i学报物理模型计算所乐川I的物理模型如斟】所不．甚奉垂数：丰旋翼A径为l610mm挑身长为5275m肌机身宽为850⋯．机高为1105⋯机身重为558妇，旋翼崔装角设为10。．旋翼旋转轴与，轴成4。兜角。A升机采川积发动机．机身州侧并有

7、一垂排7C引射系统，该排气系统与机身采JIJ一体化设计，波瓣喷管进口面积为2834n耐．利州俳气动量抽吸环境冷空气与热排气混合．掺泥后的混合气体排^混合管．混合管出￡l为狭长矩形．面积为18220m一，宽商比为24。排气系统L耐荣皮开口，辑旋翼下冼气流导引入后机身内部对排‘t混合管盈混合排气进行玲却。后机身两侧蒙皮设计了两种结构：一种为带遮热板的双层结构．J{j以遮挡内部高温辐射潭：另一种为不带遮热板的单层荣皮结构。其n体结构如图2所示。I．nerl⋯wall罔2直升机排气系统i意吲Fig2Detailsofhelicoptere曲auslsvsIem2数学

8、模型影响直升机表面温度场的凶索}f分复杂．由于发动机