小型无人飞机活塞式发动机进气系统结冰问题的研究

摘要

活塞式无人机发动机进气系统是发动机的动脉，为发动机提供燃烧做功所需的清洁空气和燃料，并且油气的混合也是在此完成。本课题研究的无人机发动机进气系统在飞行中会发生结冰现象，这是活塞式发动机进气系统最主要的结冰事故源，也是影响飞机性能和飞行安全的最主要因素之一。
　　 本文根据结冰的机理，提出从结冰满足的两个最主要条件出发：物质条件和温度条件。首先结合计算流体动力学中描述流体运动的理论，建立流体运动的控制方程，采用数值模拟来研究飞机结冰问题，对进气系统进行湍流模拟；在此基础上建立离散相模型，对水滴在进气系统中的运动进行模拟，得到水滴的运动轨迹和在进气系统喉管壁上被捕获的位置分布，并对进气系统实体模型进行改变，获取在不同尺寸结构中水滴的运动及在壁面沉积的规律；最后建立喷雾模型，模拟在飞行中、地面实验中、加热等不同环境下化油器对进气系统的降温影响；综合上述分析提出合理的防冰方式。对进气结冰问题的研究结果，与飞行和地面中的实验结果基本符合。说明本文建立的物理模型能够正确反映实物的情况，运用CFD数值模拟技术可以正确分析结冰问题，为今后飞机结冰问题的深入研究探索了一种研究方法。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.1.1 课题来源

1.1.2 研究目的及意义

1.2 发动机进气系统研究概述

1.3 发动机进气系统结冰概述

1.4 国内外飞机结冰研究现状

1.4.1 国外飞机结冰问题的研究

1.4.2 国内飞机结冰问题研究现状

1.5 飞机防／除冰方法简述

1.6 本文研究工作

第二章 进气系统结冰数值模拟方法研究

2.1 CFD简述

2.2 Fluent软件简介

2.3 进气管气体相的数值模拟计算方法研究

2.3.1 流动的基本方程

2.3.2 湍流模型

2.3.3 离散格式的选择

2.3.4 计算方法选择

2.4 水滴相的数值模拟计算方法研究

2.4.1 水滴运动方程

2.4.2 水滴随机轨道模型

2.4.3 FLUENT中的DPM模型

2.5 结冰温度条件概述

2.5.1 化油器喷嘴雾化机理

2.5.2 喷雾降温原理及模型选择

2.6 本章小结

第三章 进气系统内水滴运动模拟分析

3.1 计算模型与方法

3.1.1 引言

3.1.2 计算模型的几何结构

3.1.3 网格划分

3.1.4 边界条件

3.2 气相流场分析

3.2.1 结冰前流场分析

3.2.2 结冰后流场分析

3.3 水滴运动仿真及分析

3.3.1 水滴运动定性分析

3.3.2 水滴运动定量分析

3.3.3 进气口尺寸对水滴运动特性的影响

3.4 本章小结

第四章 化油器雾化降温模拟分析

4.1 计算模型与方法

4.1.1 计算方法

4.1.2 边界条件

4.2 化油器雾化降温模拟

4.3 防冰方式选择

4.4 本章小结

第五章 发动机进气系统地面实验

5.1 实验意义和内容

5.2 发动机进气实验

5.2.1 实验特点

5.2.2 实验设备

5.2.3 实验步骤

5.2.4 实验数据

5.3 实验结果分析

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读学位期间的主要研究成果

致谢