民航管理部門和工業(yè)部門為保證運(yùn)輸類飛機(jī)在結(jié)冰條件下的飛行安全,發(fā)布了結(jié)冰相關(guān)的適航審定規(guī)章。適航審定要求和符合要求的驗證方法是設(shè)計型號飛機(jī)和保障飛行安全的基礎(chǔ),因此需要深入研究。本文主要工作內(nèi)容如下:(1)調(diào)研國外飛機(jī)結(jié)冰適航審定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、咨詢通告等資料,分析和歸納結(jié)冰對飛機(jī)飛行性能和操縱品質(zhì)以及防冰系統(tǒng)的審定要求;比較和分析美國和歐洲制定飛機(jī)結(jié)冰適航相關(guān)規(guī)章的不同點(diǎn);制定飛機(jī)結(jié)冰適航符合性驗證方案。(2)鑒于近年來過冷大水滴結(jié)冰條件(SLD)引發(fā)的多起墜機(jī)事故,重點(diǎn)研究了SLD條件下的適航內(nèi)容以及SLD結(jié)冰條件中各氣象參數(shù)特性。根據(jù)SLD條件下的飛機(jī)結(jié)冰機(jī)理提出未來結(jié)冰探測技術(shù)發(fā)展方向,評估目前SLD符合性方法使用的工程工具的可行性,為后續(xù)開展SLD適航取證工作提供參考。(3)由于現(xiàn)有國內(nèi)外冰風(fēng)洞設(shè)備能力和尺寸的限制,無法完成地面SLD結(jié)冰符合性驗證試驗工作,需要對結(jié)冰條件和型號飛機(jī)部件的幾何外形進(jìn)行縮比�；陲w機(jī)結(jié)冰過程和結(jié)冰機(jī)理,分析參考模型與縮比模型在結(jié)冰方面的相似性,得到一系列SLD相似無量綱參數(shù),根據(jù)SLD結(jié)冰相似準(zhǔn)則開發(fā)縮比參數(shù)計算程序。(4)為驗證SLD縮比準(zhǔn)則,選取典型SLD結(jié)冰條件試驗參數(shù),利用有限元法對SLD縮比結(jié)果進(jìn)行結(jié)冰數(shù)值計算。通過可靠性分析計算結(jié)果誤差,吻合較好。最后分析水滴尺寸、質(zhì)量以及溫度變化對縮比結(jié)果的影響,發(fā)現(xiàn)水滴尺寸較小或低溫條件下的相似性具有較大誤差。本文通過對最新飛機(jī)結(jié)冰適航審定要求和方法的研究,形成了較為完整的結(jié)冰適航審定參考指南。重點(diǎn)研究了SLD結(jié)冰條件和冰風(fēng)洞試驗縮比方法,為SLD適航取證提供技術(shù)支撐。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V221.91;V321.229
【部分圖文】：

飛機(jī)上需要防冰與除冰的主要部位如下：圖 2.2 飛機(jī)主要防除冰部位示意圖2.2.2.1 機(jī)翼和水平尾翼防冰審定要求機(jī)翼前緣對于粗糙度有很高的氣動敏感性，特別對于沒有前緣增升裝置的機(jī)翼[11]。在結(jié)冰條件下飛行時，放下后緣襟翼會減小機(jī)翼的攻角，從而加劇在機(jī)翼上表面靠后部的冰積聚，進(jìn)一步提高了機(jī)翼對于冰積聚的氣動敏感性。水平尾翼上的冰積聚會使得其下表面氣流提前發(fā)生分離，喪失俯仰和升降舵操縱性，產(chǎn)生不正常的俯仰操縱力[11]。因此FAA提出在機(jī)翼和水平尾翼在結(jié)冰條件下要符合FAR 25.629(d)(3)“結(jié)構(gòu)氣動彈性穩(wěn)定性”、25.685(a)“操縱系統(tǒng)設(shè)計”的要求，在機(jī)翼上安裝防冰設(shè)備并要求符合 FAR 25.1403“機(jī)翼探冰燈”和 25.1419“防冰”條款，規(guī)定飛機(jī)機(jī)翼結(jié)冰和在結(jié)冰條件下能夠安全飛行。機(jī)翼防冰系統(tǒng)應(yīng)該在飛機(jī)發(fā)動機(jī)單臺或雙臺工作時，確保機(jī)翼縫翼的上表面是完全蒸發(fā)式，下表面是濕蒸發(fā)式的。2.2.2.2 發(fā)動機(jī)防冰審定要求發(fā)動機(jī)某些部件表面產(chǎn)生積冰，如軸流式發(fā)動機(jī)第一級風(fēng)扇葉片和壓氣機(jī)葉片表面，會使進(jìn)氣流場發(fā)生畸變，速度場分布不均勻，從而引起壓氣機(jī)葉片振動，進(jìn)而對發(fā)動機(jī)的工作和推力產(chǎn)生不利影響；發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口、進(jìn)氣口濾網(wǎng)、以及進(jìn)氣唇口屬于臨界部位，若這些表面的冰積聚暴露在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣氣流中，有可能脫落而被發(fā)動機(jī)吸入，從而可能引起壓氣機(jī)和風(fēng)扇葉片的嚴(yán)重?fù)p傷[11]；防冰式的結(jié)冰防護(hù)系統(tǒng)（IPS）比除冰式 IPS 需要較大的能量，如果由發(fā)動機(jī)提供防冰能量時，IPS 較大的能量需求意味著飛機(jī)飛行可用推力和性能的損失；另一方面，如果沒有發(fā)動機(jī)的足夠供能，IPS 的工作效能會降低

結(jié)冰數(shù)值計算軟件為主要方法，進(jìn)行各種條件的定嚴(yán)重結(jié)冰條件。選擇飛機(jī)關(guān)鍵翼面結(jié)冰參數(shù)敏感性分析圖 2.3 確定臨界結(jié)冰條件流程圖規(guī)定結(jié)冰條件下飛機(jī)表面上形成的對當(dāng)時安全嚴(yán)重結(jié)冰條件，通過數(shù)值計算方法產(chǎn)生臨界冰和飛機(jī)各條件，開展模擬飛機(jī)結(jié)冰的結(jié)冰風(fēng)洞嚴(yán)重結(jié)冰條件和臨界冰形。在 AC20-73A 中指出機(jī)狀態(tài)產(chǎn)生的冰形極可能是臨界冰形，附錄 文件說明。、厚度的大小可以直接影響結(jié)冰部位的氣動性斷[39]。如下圖所示，冰角展開角度越大，冰角

圖 2.5 NACA23012 翼型不同表面粗糙度和臨界冰形對氣動升阻力的影響在飛機(jī)正常飛行包線之內(nèi)，由于結(jié)冰引起的附面層效應(yīng)導(dǎo)致的升力損失通常是很小的。如所示基本是沿同一條直線上升，但是當(dāng)結(jié)冰發(fā)生在飛機(jī)最大升力時，就會引起明顯的最大損失和攻角損失。而發(fā)生最大升力損失時，如果不對機(jī)動空速程序和失速保護(hù)攻角程序進(jìn)整的話，就會影響到飛機(jī)的抖振失速余度、機(jī)動空速余度和失速警告余度，而且會大大增常飛行時的阻力[6]。由于阻力的增加，在飛機(jī)達(dá)到最大升力時會使攻角（AOA）增大，容發(fā)失速。附面層效應(yīng)也會對旋翼與螺旋槳的推力效率產(chǎn)生不利影響。臨界冰形還會引起操縱面控制效率降低、鉸鏈力矩和操縱力異常、非指令性操縱面運(yùn)動，能影響到下游的操縱面壓力負(fù)載。表面壓力負(fù)載的改變和氣流分離可能會引發(fā)表面振動和。以上飛機(jī)結(jié)冰后的氣動力特性和失速特性的分析，可以通過數(shù)值計算、帶模擬冰形的風(fēng)洞、帶模擬冰形的干空氣飛行試驗和自然結(jié)冰飛行試驗的方法獲得。幾種符合性驗證方法如所示：表 2.3 飛行性能與操縱品質(zhì)的符合性方法符合性方法 備注
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 吳佩佩;朱春玲;劉文平;王正之;;過冷大水滴條件下機(jī)翼結(jié)冰數(shù)值仿真[J];計算機(jī)仿真;2014年09期

2 楊建峰;高海;陳亞輝;;軍用航空產(chǎn)品適航工作開展探索[J];航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量;2014年04期

3 張辰;孔維梁;劉洪;;大粒徑過冷水滴結(jié)冰模擬破碎模型研究[J];空氣動力學(xué)學(xué)報;2013年02期

4 劉鵬;史獻(xiàn)林;;淺析過冷大水滴規(guī)章對防冰系統(tǒng)設(shè)計的影響[J];航空工程進(jìn)展;2012年01期

5 劉友丹;;歐美大型民用飛機(jī)適航要求差異淺析[J];航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量;2010年06期

6 曹繼軍;張越梅;趙平安;;民用飛機(jī)適航符合性驗證方法探討[J];民用飛機(jī)設(shè)計與研究;2008年04期

7 曾海軍;;航空發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)冰、冰吸入及結(jié)冰保護(hù)的合格審定[J];中國民航飛行學(xué)院學(xué)報;2006年03期

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1 孟繁鑫;機(jī)翼結(jié)冰模擬中關(guān)鍵問題的研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

2 易賢;飛機(jī)積冰的數(shù)值計算與積冰試驗相似準(zhǔn)則研究[D];中國空氣動力研究與發(fā)展中心;2007年

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1 陳金瓶;二維圓柱結(jié)冰的冰風(fēng)洞試驗研究及水滴撞擊特性計算[D];南京航空航天大學(xué);2013年

2 張雪蘋;飛機(jī)結(jié)冰適航審定與冰風(fēng)洞試驗方法[D];南京航空航天大學(xué);2010年

3 蔣天俊;結(jié)冰對飛機(jī)飛行性能影響的研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

本文編號：2843133