發(fā)布時間：2020-05-25 09:28

【摘要】：電加熱除冰系統是目前使用最為廣泛的飛機結冰防護系統,但傳統電加熱系統的電熱元件為金屬材料彎曲度有限,因此存在加熱不均和易斷裂等缺陷。本文主要的研究內容為基于石墨烯加熱薄膜的電加熱除冰系統,旨在探究石墨烯應用在飛機防除冰系統中時的性能,期望改進電加熱除冰系統的性能。本文主要從數值模擬和實驗手段兩個方面研究石墨烯電加熱除冰系統的工作特性,主要內容分為以下幾個部分:(1)根據石墨烯資料分析得出適合在實驗室制備石墨烯微片的方法,對制備得到的樣品進行表征,利用石墨烯微片制備石墨烯電加熱膜并在常溫下對其進行性能測試,根據除冰實驗所需條件改進電加熱膜性能并制備相應尺寸的石墨烯電加熱膜。(2)研究石墨烯電加熱除冰系統的除冰特性,為此建立了石墨烯電加熱系統的模型,采用固液相變理論和有限容積法系統地分析了飛機的電熱除冰過程,著重于為后期結冰風洞實驗提供加熱功率設置的基準數據。(3)將石墨烯電加熱除冰系統與傳統電加熱除冰系統同時置于結冰風洞中進行除冰實驗,分別觀測二者在相同結冰條件下的除冰工作情況,通過在結冰風洞中的實驗對石墨烯電加熱系統的可行性進行驗證。(4)針對數值模擬和實驗的結果對電加熱除冰系統進行優(yōu)化,主要包括功率分布優(yōu)化、加熱模式優(yōu)化及周期性加熱冷卻時間的優(yōu)化。
【圖文】：

相同的結冰氣象條件下電加熱系統因此比熱氣系統節(jié)省 33%的能耗即可達到(2)電加熱除冰系統的結構相對而言比較簡單，且因分區(qū)設置了加熱墊其維護化；(3)由于電能轉換成熱能的效率更高所以飛機結冰防護所需能耗更低，此少了引氣造成的噪音污染。熱除冰系統除冰系統由電源系統、控制系統、熱源系統三大部分組成。電源系統主要作般由電源及電線構成；控制系統主要作用是溫度控制，，主要有溫度檢測、氣等；熱源系統的主要作用是產生熱量，主要加熱元件及各熱傳導結構[9]。如圖除冰系統示意圖，系統主要由加熱元件(1)（可采用金屬類電阻絲及導電薄膜(2、3)、轉換器(4)、選擇開關(5)及電源等部分構成。其中，過熱保護裝置的度加熱燒壞零部件：表面溫度過高時，溫度傳感頭將信號傳給轉換器，接通熱電路。選擇開關有“手動”和“自動”兩檔，當選擇“自動”模式時，電被自動化程序控制從而間歇性的接通電源進行加熱除冰。轉換器(4)可以選擇置，并且對各個加熱區(qū)域的通斷電時間進行調控。

石墨烯電加熱除冰系統研究層與外表面之間的粘附力由于冰層底部的融化而減小時，氣動力/離心力將冰除去。電熱除冰的最優(yōu)模式為在除冰初期采用持續(xù)性，工作一段時式相。在機翼的防除冰區(qū)域設置上，電熱除冰系統通常在其水滴撞擊最防護，如圖 1.2 所示，將結冰防護表面按照機翼的展向和弦向劃分成若加熱的“熱刀”，每個區(qū)域可以根據結冰情況通過控制系統采用合適的加冰，這樣一來相較于整體加熱系統所耗的能量更少，也更容易對外表面耳效應發(fā)熱的金屬加熱元件若面積較大則中心處易產生熱點，而分區(qū)加現象的產生，又有利于局部溫度控制的實現。通常來說，根據除冰熱載冰區(qū)域可減少所需加熱功率，不過分區(qū)數量不宜盲目增加，因為每增加對飛機的負重有影響，同時分區(qū)越多控制系統就越復雜不易維護和修理分布設置和周期性通斷電源問題較為復雜，需通過計算分析和反復測試
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V244.15

【參考文獻】

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本文編號：2679942