發(fā)動機進口靜止-旋轉(zhuǎn)部件結(jié)冰及結(jié)冰試驗的相似研究.pdf

1、飛機在特定的氣象條件下飛行，航空發(fā)動機的進口部件，如發(fā)動機支板、整流帽罩等會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。不斷聚積的冰層會改變流道形狀，減少流通面積，造成發(fā)動機性能惡化，脫落的冰層甚至會損壞發(fā)動機，對飛行安全造成難以預(yù)計的危害。
　　本文采用數(shù)值模擬與試驗研究相結(jié)合的方法對航空發(fā)動機進口靜止部件和旋轉(zhuǎn)帽罩的結(jié)冰問題進行了研究，并針對結(jié)冰試驗的設(shè)計問題，根據(jù)結(jié)冰相似理論建立了一套發(fā)動機冰風洞試驗設(shè)計方法。
　　本文的主要工作包括：
　　

2、（1）采用時間多步法建立了航空發(fā)動機進口靜止部件三維結(jié)冰計算模型，該模型考慮了液態(tài)水的溢流效應(yīng)，并開發(fā)相應(yīng)的三維結(jié)冰計算程序。
　　研究了三維結(jié)冰數(shù)值計算的基本步驟，建立了結(jié)冰數(shù)值模擬的計算流程和算法：①采用歐拉-拉格朗日法求解空氣-過冷水滴氣液兩相流場；②給出了部件表面水滴撞擊特性的求解方法和步驟，提出了一種求解水收集系數(shù)的計算方法，并開發(fā)了相應(yīng)的計算程序。通過對二維NACA0012翼型表面的水收集和三維軸對稱進氣道唇口的水收集

3、進行的計算，驗證了該方法的可靠性；③在 Messinger結(jié)冰模型的基礎(chǔ)上，提出了一種改進的三維結(jié)冰計算模型，該模型考慮了液態(tài)水的溢流效應(yīng)，并針對該模型發(fā)展了相應(yīng)的采用迭代技術(shù)的數(shù)值求解方法。④建立了適用于固體表面結(jié)冰的動網(wǎng)格模型。
　　利用本文開發(fā)的三維結(jié)冰計算程序計算了具有三維特性的翼型結(jié)冰，其中包括 MS-317翼型和 GLC-305翼型，冰形計算結(jié)果與文獻中的實驗結(jié)果吻合較好，驗證了本文計算方法和程序的可靠性。并在此基礎(chǔ)上

4、對三維靜止帽罩結(jié)冰進行了計算分析。
　?。?）建立了發(fā)動機旋轉(zhuǎn)帽罩的三維結(jié)冰數(shù)值計算模型。綜合考慮了發(fā)動機帽罩旋轉(zhuǎn)情況下，旋轉(zhuǎn)效應(yīng)對空氣流場，空氣流場對水滴運動軌跡以及離心力對水甩出的影響，提出了水收集系數(shù)以及旋轉(zhuǎn)部件三維結(jié)冰的計算方法。通過算例對比分析了不同轉(zhuǎn)速對水收集系數(shù)以及結(jié)冰的影響。對某型發(fā)動機旋轉(zhuǎn)帽罩的三維結(jié)冰進行了數(shù)值模擬和試驗研究。數(shù)值模擬與試驗結(jié)果對比表明，兩者吻合較好，進一步驗證了本文提出的旋轉(zhuǎn)部件三維結(jié)冰計算模

5、型和計算方法。在此基礎(chǔ)上，對于在一定轉(zhuǎn)速下，水滴直徑、進口速度、液態(tài)水含量和環(huán)境溫度等結(jié)冰參數(shù)對結(jié)冰的影響進行了研究。
　　（3）提出了一種旋轉(zhuǎn)帽罩結(jié)冰試驗相似準則，為旋轉(zhuǎn)帽罩冰風洞試驗的參數(shù)選擇提供了依據(jù)。根據(jù)相似理論，在考慮了旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的基礎(chǔ)上，建立了旋轉(zhuǎn)帽罩結(jié)冰相似準則。根據(jù)本文建立的旋轉(zhuǎn)帽罩結(jié)冰相似準則，提出了旋轉(zhuǎn)帽罩冰風洞試驗參數(shù)的選取方法。根據(jù)該方法，采用數(shù)值模擬的方法對原型和縮比模型在分別對應(yīng)的結(jié)冰參數(shù)條件下，進行了計