[发明专利]冲击-热气膜复合式防冰结构设计方法

摘要

本发明公开了一种冲击‑热气膜复合式防冰结构设计方法，该设计方法和流程从设计的角度综合考虑防冰部件各个区域的流场参数，在稳态换热情况下，给出了求取使得防冰部件待防护区域的表面温度达到防冰要求所需要的部件结构及相应的供气参数的方法和流程。本发明对于冲击‑热气膜复合式热气防冰结构，其不同区域有不同的流动换热特点，各个区域的防冰方式及研究方法也不同。将部件进行区域划分并分别针对性的研究，可有效提高研究效率。

主权项

1.一种冲击‑热气膜复合式防冰结构设计方法，包括以下几个步骤：步骤一：根据适航规章和国军标确定防冰设计状态点，包括外流场主流温度T，主流速度u，液态水含量LWC，水滴直径d；步骤二：计算最大局部水收集系数β_max，水滴撞击极限S_L，根据局部水收集系数β的分布及外壁面防冰极限温度t_w0＝2℃计算驻点所需热流密度步骤三：结构设计分为初步设计和详细设计两个阶段，初步设计阶段，确定防冰方案与两种初步构型，防冰方案为冲击‑热气膜复合式防冰，两种初步构型为通缝、离散孔；详细设计阶段，首先通过二维计算进行特性研究，得到气膜加热特性及水滴撞击特性，确定防冰方案的可行性及孔形优化的方式，接着通过三维计算，确定结构的初步构型及求解方法，最后通过三维数值模拟，确定各结构参数，确定最终构型；步骤四：确定驻点区和气膜缝后区域的供气需求，即供气温度与流量关系，对于防冰结构表面上的驻点区，气膜缝后区域，给定引气流量确定需求的热气温度T_h，得出曲线；当给定引气流量时，通过曲线能够得到防冰要求所需求的最低供气温度；步骤五：获取整体需求供气参数，取驻点区和气膜缝后区域两个区域供气区间的交集，并根据材料的耐温限制T_max，及最大最小引气流量和得出供气范围；步骤六：判断供气参数能否满足实际条件，若不在实验可提供的引气流量、温度或材料耐温限制内，则返回重新进行结构设计，若满足实际条件，则继续下一步；步骤七：确定防冰结构和相应的供气参数，防冰结构包括该冲击‑热气膜复合式防冰结构的开缝方式、相对冲击距、气膜缝宽度、气膜缝位置；供气参数包括热气质量流量、热气温度、热气压力。