【摘要】：民航飛機(jī)總量的持續(xù)增長(zhǎng),使得冰雪天氣下飛機(jī)除冰運(yùn)行保障任務(wù)日趨繁重,如何面向機(jī)場(chǎng)除冰運(yùn)行對(duì)飛機(jī)除冰參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高飛機(jī)除冰效率與除冰資源利用率、最大限度降低冰雪天氣帶來(lái)的不利影響,成為亟待解決的問(wèn)題,本課題就此問(wèn)題展開(kāi)研究。首先,基于流體動(dòng)力學(xué)與傳熱學(xué)理論建立了考慮射流效應(yīng)、多除冰參數(shù)耦合控制的飛機(jī)除冰效率模型。實(shí)現(xiàn)了除冰液參數(shù)、射流參數(shù)、環(huán)境參數(shù)對(duì)單體設(shè)備除冰效率耦合控制規(guī)律的仿真分析,設(shè)計(jì)了室外除冰實(shí)驗(yàn),對(duì)除冰效率模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。研究成果為飛機(jī)除冰運(yùn)行過(guò)程的建模分析奠定基礎(chǔ)。其次,針對(duì)飛機(jī)除冰排隊(duì)系統(tǒng)參數(shù)動(dòng)態(tài)變化的特征,提出了除冰飛機(jī)到達(dá)率的Markov描述以及除冰服務(wù)率的多項(xiàng)式描述方法,建立了隨機(jī)環(huán)境下的飛機(jī)除冰排隊(duì)延誤模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)冰雪天氣下航班離港高峰期及離港高峰各時(shí)段除冰延誤狀況的分析,解決了傳統(tǒng)定常參數(shù)排隊(duì)模型脫離除冰運(yùn)行實(shí)際的問(wèn)題。兩類典型機(jī)場(chǎng)的算例分析表明,除冰延誤參數(shù)仿真值與實(shí)際值有較高契合度,最大誤差在10%以內(nèi),本文模型對(duì)于系統(tǒng)參數(shù)動(dòng)態(tài)變化的排隊(duì)問(wèn)題分析具有普遍適用性。最后,在除冰效率模型及除冰排隊(duì)延誤模型的基礎(chǔ)上,建立了面向機(jī)場(chǎng)除冰運(yùn)行的飛機(jī)除冰參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化配置模型,提出了基于自適應(yīng)網(wǎng)格多目標(biāo)粒子群算法及多屬性決策技術(shù)的模型求解、優(yōu)化方案選取方法。除冰參數(shù)優(yōu)化配置后除冰液消耗量、除冰車需求量、除冰延誤架次相較于優(yōu)化前分別降低了13.9%、12.8%、19.3%,驗(yàn)證了本文優(yōu)化模型及算法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)民航大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V244.15
【圖文】：

高的飛行密度，使得冰雪天氣下飛機(jī)遭遇結(jié)冰條件的概率大幅上升，航班過(guò)站期間的全天候除冰保障需求旺盛。如果飛機(jī)外表面存在冰層，將會(huì)改變飛機(jī)的氣動(dòng)外形和質(zhì)量分布，引起機(jī)外測(cè)量元件數(shù)據(jù)誤差，飛行過(guò)程中脫落的積冰吸入發(fā)動(dòng)機(jī)甚至?xí)䦟?dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車，嚴(yán)重威脅飛行安全。根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）最新數(shù)據(jù)顯示，每年大約有 8 起因結(jié)冰導(dǎo)致的飛行事故[1]，其中，因飛機(jī)起飛前未除冰或除冰不當(dāng)導(dǎo)致的飛行事故在國(guó)內(nèi)外均有發(fā)生。2004 年 11 月 21 日，我國(guó)東方航空一架 CRJ-200 飛機(jī)，過(guò)夜期間結(jié)冰，起飛前未除冰，起飛后一分鐘后墜毀，導(dǎo)致55人死亡。2004年11月28日，一架Bombardier Challenger飛機(jī)，因除冰不正確，導(dǎo)致起飛過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)吞入冰塊，在美國(guó) Colorado 墜毀，機(jī)上 3人死亡。2012 年 4 月 2 日，俄 UTair 航空的一架 ATR 72-212 飛機(jī)，因除冰不當(dāng)在 Tyumen墜毀，導(dǎo)致 31 人死亡 12 人重傷，事故現(xiàn)場(chǎng)如圖 1-1（a）。2018 年 2 月 11 日，俄 SaratovAirlines 航空的一架 AN-148 飛機(jī)，在大雪環(huán)境中起飛不久，因空速管結(jié)冰飛行員錯(cuò)誤應(yīng)對(duì)在 Moscow 墜毀，事故現(xiàn)場(chǎng)如圖 1-1（b）。

冰雪天氣下離港飛機(jī)除冰作業(yè)過(guò)程涉及多個(gè)除冰參數(shù)，除冰效率與除冰液參數(shù)、參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、除冰裝備參數(shù)等除冰參數(shù)密切相關(guān)，形成復(fù)雜耦合控制問(wèn)題，本此問(wèn)題開(kāi)展研究。通過(guò)對(duì)飛機(jī)除冰熱力學(xué)機(jī)理分析，運(yùn)用流體動(dòng)力學(xué)及傳熱學(xué)理論空氣段與機(jī)翼表面除冰液的流動(dòng)與傳熱特性進(jìn)行分析，依據(jù)能量守恒定律建立考慮效應(yīng)的飛機(jī)除冰效率模型，采用數(shù)值模擬仿真與除冰實(shí)驗(yàn)相結(jié)合方式驗(yàn)證除冰效率的準(zhǔn)確性。.1 飛機(jī)除冰熱力學(xué)機(jī)理分析飛機(jī)除冰指使用物理或者化學(xué)方法除去飛機(jī)機(jī)身、垂直尾翼、水平尾翼、機(jī)翼前面積冰的過(guò)程[48]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外普遍采用除冰液除冰方式，通過(guò)除冰車將加熱到一定的除冰液噴灑到機(jī)體，除冰液在機(jī)體表面迅速擴(kuò)展形成一層除冰液膜，利用高溫除的內(nèi)能將積冰融化，結(jié)冰機(jī)翼及除冰車除冰場(chǎng)景如圖 2-1 所示。

圖 2-2 除冰傳熱模型綜上，對(duì)除冰液與積冰熱力學(xué)系統(tǒng)，由能量守恒定律可得各部分能量滿足式（2incrshlhQ Q Q Q(由于積冰融化的顯熱與潛熱來(lái)源于除冰液與積冰之間通過(guò)黏性層流底層傳導(dǎo)的 Qfc，有式（2.2）。fc sh lhQ Q Q(.2 飛機(jī)除冰效率建模除冰作業(yè)過(guò)程中，除冰液噴射到機(jī)翼表面之前的空氣段為湍流自由射流，在機(jī)翼轉(zhuǎn)化為沖擊壁面流。積冰融化消耗的能量來(lái)源于機(jī)翼表面高溫除冰液包含的能量，高溫除冰液與周圍環(huán)境存在對(duì)流與輻射熱量損失。除冰參數(shù)的不同會(huì)對(duì)除冰液的空

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2 代e

本文編號(hào)：2802575