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用于飞机防/除冰装置的金属电热元件研究

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第一章 绪论

1.1 飞机防/除冰研究的意义

1.2 电热防/除冰系统简介

1.3 飞机电热防/除冰研究现状

1.4 波音787新型防/除冰系统

1.5 本文主要研究内容

第二章 金属电热元件原理样件的材料选择与制备

2.1 金属电热元件构想

2.2 金属电热膜设计及制备

2.3 碳纤维复合材料支撑层

2.4 金属电热元件整体成型

2.5 本章小结

第三章 金属电热元件室温条件下实验及仿真分析

3.1导热微分方程

3.2 对流换热系数

3.3 平板形金属电热元件实验及仿真分析

3.4 圆弧形金属电热元件实验及仿真分析

3.5 本章小结

第四章 金属电热元件的冰风洞实验与分析

4.1 结冰风洞实验技术

4.2 圆弧形金属电热元件冰风洞防/除冰试验

4.3 翼型模型前缘金属电热元件冰风洞防/除冰实验

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 主要工作与结论

5.2 本文主要创新及贡献

5.3 存在问题及展望

参考文献

致谢

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摘要

飞机在穿越云层时,过冷水滴容易在机体表面凝结成冰,严重影响飞机性能。为了保证飞行安全,需要相应的飞机防/除冰系统。电热防/除冰技术是一种新型、节能、易控的飞机防/除冰技术。本文在现有电热防/除冰资料的基础上,设计新型的复合材料电热防/除冰金属电热元件并通过冰风洞试验验证了其性能。本文具体研究内容主要有以下几个方面:
  1)根据现有电热防/除冰资料,总结出整个电加热元件的组成。通过蚀刻工艺制备出镍铬合金金属电热膜,将之与碳纤维环氧树脂支撑层和聚酰亚胺绝缘层、绝热层通过热烘箱整体成型。制备出平板形、圆弧形、翼型模型前缘金属电加热元件。
  2)在一维平板形和圆筒的稳态传热模型基础上,引入了基于 ANSYS软件的瞬态传热计算模型。通过 ANSYS软件分别对平板形和圆弧形金属电热元件在室温和强迫对流的高空环境下的工作状态进行了数值模拟,分别得出电热元件在不同加热功率、不同工作环境中的温度分布云图。
  3)通过实验室环境下加热实验直接测定不同功率、不同加热时间下平板形和圆弧形金属加热元件的温度分布。通过冰风洞试验直接验证了圆弧形和翼型模型前缘金属电热元件在结冰环境中的防/除冰效果。根据冰风洞参数设计实验工况,进行了防冰和除冰实验。在特定的工况下,标定出了能够防冰时的最低加热功率,分别记录了在不同条件下试验件的除冰时间。
  通过数值计算和实验方法验证了金属电热元件在室温条件下的发热效果并总结了发热规律。以此为参考,进行了圆弧形和翼型模型前缘金属电热元件的冰风洞实验,分别验证了不同工况下防/除冰效果。

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