题目：发动机整流罩热管防冰系统研究

 

飞机在结冰气象条件下飞行时，发动机整流罩可能发生结冰现象。在离心力和表面振动的作用下，整流罩表面的冰层一旦脱落，将随气流进入发动机内部，造成发动机叶片的机械损伤，引发严重的飞行事故，因此对发动机整流罩配备防冰系统非常必要。

考虑发动机主轴的高速旋转特性，本文提出一种基于旋转热管的发动机整流罩防冰的系统。该系统采用旋转热管实现发动机主轴的综合热管理，将发动机产生的热量收集并通过热管传输至整流罩，通过对其进行加热从而实现防冰。同传统的热气防冰系统相比，该系统无需从发动机压气机引气，进而造成发动机性能的下降；同时由于去除了复杂的气体传输管路，能够减轻防冰系统重量。

旋转热管防冰系统研究的前提是热管能够传递足够的热量用于加热整流罩，以实现其防冰的目的。本文研究思路是搭建试验台研究不同工况下的旋转热管传热特性，并将试验结果与间断最大结冰条件下的防冰热载荷进行比较，从而完成旋转热管用于整流罩防冰系统的可行性研究。

本文工作包括数值仿真和试验研究两部分，具体如下：

（1）    整流罩三维防冰热载荷数值计算。采用欧拉方法进行水滴撞击特性计算，基于Messinger模型，采用Fluent结合二次开发工具UDF计算整流罩防冰热载荷。通过比较国外热管传热极限调研结果与整流罩防冰热载荷数值计算结果，初步验证旋转热管防冰系统可行性。

（2）    热管试验件设计及加工。依据管壳和工质相容性，选择黄铜作为管壳材料，水作为工质。考虑连接强度和同心性，设计法兰结构端盖。冷凝段采用环形翅片结构，并且翅片和管壳整体加工。并且根据旋转热管的结构以及工况进行旋转热管热阻的估算

（3）    热管传热特性试验台设计以及试验研究。采用导电滑环解决了旋转热管表面温度的测量，设计可重复充液的热管抽真空充液系统。进行预实验，对自制铜-康铜热电偶进行了标定。制定试验内容，以两种不同结构热管为研究对象，研究热管的启动特性，分析不同的旋转速度、加热功率、充液量以及真空度对热管传热特性的影响，并对一些工况下热管的传热极限进行测试研究，进一步验证了旋转热管用于发动机整流罩防冰系统的可行性。

试验结果表明旋转热管在飞机发动机工作转速条件下具有很好启动特性和传热能力。与防冰热载荷数值计算结果比较，旋转热管的传热量能够满足防冰热载荷的需求，很有力的证实了旋转热管应用于整流罩防冰系统的可行性。因发动机整流罩热管系统不需要从发动机引气，并且能够将发动机产生的废热再利用，所以开展发动机整流罩热管防冰系统研究有很好的前景和实际意义。