飞机电热除冰的研究进展与展望

 飞机在结冰气象条件下容易发生结冰现象,冰的存在会破坏飞机气动特性,影响飞行安全,严重结冰可导致机毁人亡,故必须及时将冰移除。电热除冰是目前最常考虑的除冰方式之一,本文系统介绍了电热除冰装置及其工作原理。首先,主要围绕除冰过程的传热特性、冰层力学特性和冰脊的形成,详细阐述了国内外电热除冰研究的发展。然后,针对国内外研究存在的一些问题,提出了几点对电热除冰研究的粗略想法,电热除冰数值计算方法和模拟技术研究、热力耦合特性对冰层融化和力学特性的影响研究、冰脱落准则和运动规律研究是未来研究需要重视的方向。     

电脉冲除冰系统线圈的设计及优化

对电脉冲除冰系统线圈和铝板之间产生冲击力进行研究。从能量传递的角度对系统放电过程进行数值计算,在计算峰值电流和峰值时间时考虑线圈感抗、电容容抗和导线电阻等因素。峰值电流计算结果导入二维有限元模型,通过改变线圈与铝板的参数对冲击力进行分析。搭建电脉冲除冰系统力学实验台,进行冲击力实验,分析影响冲击力峰值的因素。对所得冲击力进行分析并与仿真结果进行对比。得出一种有效的平板线圈设计优化方法。     

环境温度对道路微波除冰效率的影响

为了实现冬季道路微波快速除冰,对微波除冰过程中的路面材料、环境温度、冰厚、冰层杂质含量(质量分数)、微波加热模式和波导口距路面高度等因素对微波除冰效率产生的影响进行了分析;并对关键影响因素之一的环境温度进行了仿真和试验研究。研究结果表明:相同情况下,环境温度越低,除冰效率就越低;微波加热停止最佳时刻应在路面与冰层结合处温度升至0℃后、结合处冰层开始融化前,具体时刻要靠实际路况确定。     

飞机电脉冲除冰系统峰值电流测量

电脉冲除冰通过高压电容器瞬间向脉冲线圈迅速放电,在金属蒙皮内引起涡流,产生一类似锤击的脉冲力使冰破裂、脱离蒙皮并弹走。其显著优点是低能耗、高可靠性,且几乎不需要维护。通过提出电脉冲除冰系统理想放电模型,得到峰值电流随回路电阻、线圈电感的变化曲线。进行峰值电流理论计算数据与试验数据对比,为人工结冰状态下进行除冰试验提供参考依据。     

电网中激光除冰技术分析

激光除冰技术是一种非接触式除去电气设备覆冰的新技术。为了考察激光对冰块的作用情况,并为选取激光除冰的最佳参数提供理论依据,该文结合实际激光除冰情况,利用有限元分析软件建立了激光与冰块的作用模型,对冰块中瞬态温度场与应力场进行了仿真,得到了温度场与应力场分布的变化过程图、不同初始温度冰块的融穿时间曲线以及不同激光功率、不同光束直径时冰块融穿时间变化曲线。通过仿真分析,给出了激光除冰设备参数选择的具体要求,对实际除冰具有重要指导意义。     

机翼防/除冰技术研究进展

 在复杂的气象条件下飞机机翼容易出现结冰现象,结冰会导致机翼的气动布局改变,恶化飞机的气动特性与飞行性能,影响飞行安全,因此开展飞机机翼的防/除冰技术研究意义重大。介绍了机翼结冰的主要部位、典型冰形及其危害,采用FLUENT软件计算分析了2 种典型翼型NACA23012 和NACA0012 结冰前后的气动特性变化,总结了机翼结冰对飞机气动特性的影响规律,阐述了机翼防/除冰技术的原理、优缺点及近年的研究进展,分析了机翼防/除冰技术未来的发展方向。     

基于金属热喷涂的防/除冰复合材料功能单元设计及试验研究

将金属热喷涂技术嵌入到复合材料层合板当中,使飞机机体结构承载特性和防/除冰功能集成一体,设计并测试了一种可用于飞机前缘防/除冰的复合材料功能单元结构,并对其在防/除冰功能工作时和不工作时的电阻性能及力学性能进行试验研究,试验结果表明：相对于不工作情况,防/除冰复合材料功能单元在工作时的电阻性能随着拉伸载荷增大而增大,直到拉伸极限时电阻值增大了40%,面内弯曲和层间载荷作用下电阻性能基本没有影响;防/除冰复合材料功能单元在工作时的面内拉伸极限强度基本不变,面内弯曲极限强度下降10%,层间极限强度影响下降36%;采用金属热喷涂技术设计的复合材料功能单元在发生拉伸、弯曲及层间等强度破坏前,功能单元均具有防/除冰功能。     

风力发电机叶片覆冰状况及防冰除冰措施

适用于寒冷气候条件的风力发电机研究已成为可再生能源领域广为重视的方向。针对环境因素、翼型、风机型号和运行状态等多因素协同作用下的叶片覆冰特性,依据能量分配理论和叶片表面温升特性,论述了主动防冰除冰技术的结构、热载荷分布以及能量传递方式。被动防冰除冰技术中,具有水滴自去除效应的涂层优势显著,依据涂层的防冰机理、导热导电性和化学稳定性等方面,论证其应用在风力发电机叶片上的可行性。最后,防冰涂层与电加热结合构成的复合防冰除冰结构,能够有效降低能耗、减少回流水结冰,但在涂层表面润湿性转变、导热率和耐久性等方面的研究尚存在一定的争议,将是未来主要的研究方向。     

飞机电脉冲除冰系统的建模与仿真

介绍了飞机电脉冲除冰系统中利用电磁力除去飞机机翼前端和发动机进气口处的冰层的原理和过程,利用ANSYS有限元仿真软件对飞机电脉冲除冰系统装置进行了建模,对飞机表面上的铝盘的电磁力进行了仿真,并且观测气隙间距对系统的影响以及铝盘内涡流的分布情况,从而指导系统参数的选择,为实际应用提供了有效的分析和设计手段。     

主被动耦合防/除冰技术及能耗控制研究进展

随着航空工业的不断发展,对于飞机表面防/除冰技术提出了更高效、更低能耗、更大面积的需求。从现有主动防/除冰技术和被动防/除冰技术出发,主要具体介绍了电热除冰、压电除冰、超疏水表面和低界面韧性涂层等技术。简要介绍了不同技术的除冰机理,总结了各项技术的研究现状,并对比分析了各类防/除冰技术的优势与不足。虽然各项技术均有良好的防/除冰效果,但仍然受到能耗高、效率低、除冰不彻底等问题的限制。而主被动耦合除冰技术能有效地综合各自的技术优势,同时补足各自的劣势,表现出更加优异的除冰效果,近年来相关研究受到广泛关注,其中重点介绍了超疏水表面耦合电热除冰技术。面对飞机大面积、高效、快速、低能的表面防除冰需求,考虑到压电除冰的低能耗和低界面韧性涂层在大面积积冰条件下的优势,提出低界面韧性涂层耦合压电材料除冰技术具有重要的研究意义。