飛行時機艙氣壓的急劇變化會導致中耳氣壓傷,為減輕其傷害,提出一種仿咽鼓管的耳部壓力平衡調節(jié)技術,并據此設計飛行耳塞:設計仿咽鼓管通道的耳塞管道;利用上下浮動的球閥模仿咽鼓管自啟閉功能。設定鼓膜外側氣壓和氣速的變化作為評價耳塞效果的指標,運用軟件對飛機起降時氣壓和氣速的變化進行數值模擬,并搭建實驗平臺對3D打印的耳塞模型進行實驗觀察上述變化。仿真和實驗均驗證了耳塞中的球閥對氣壓的調節(jié)和對氣速的限制上的重要性,以及耳塞模仿咽鼓管設計的正確性。 

【文章來源】：液壓與氣動. 2019,(12)北大核心

【文章頁數】：7 頁

【部分圖文】：

鼓膜兩側氣體流動的理想模型1．外耳道2．鼓膜3．咽鼓管道

重而處于耳塞管的下方，堵住與外界的通道，營造常態(tài)下咽鼓管閉合的狀態(tài);當氣流突變時，球閥在管內上下浮動，營造非常態(tài)下咽鼓管開放的狀態(tài)。球閥的存在不僅增大了氣流的阻力損失，其上下浮動使截流面積不斷發(fā)生變化，速度差也得到提高。圖2飛行耳塞示意圖以飛機降落過程為例。飛機降落時，機艙氣壓逐漸增大，而鼓膜兩側氣體的增壓速率較低，因此氣體會在機艙對鼓膜內外側的正壓力梯度作用下，從機艙經外耳道向鼓膜外側，以及從機艙經咽鼓管道向鼓膜內側流動。流動過程中，固體球閥的受力分析圖如圖3所示。氣流在機艙對鼓膜外側的正壓力梯度作用下將固體球閥托起，此時固體球閥除了受自身的重力作用G外，還受到由于機艙與鼓膜外側的氣壓差導致的迎面壓差阻力F1，以及來自氣流的浮力F2，其中，固體球閥自身的重力G為:G=ρb·Vb·g(3)圖3固體球閥受力分析圖迎面壓差阻力F1為:F1=Δp·A(4)浮力F2為:F2=ρ0·Vb·g(5)式中，ρb———球閥的密度ρ0———空氣的密度Vb———球閥的體積Δp———球閥上下兩端的氣壓差A———球閥的迎流面積621?????????????????????????????????????????????????

的氣壓不會繼續(xù)增大，從而減小了耳鼓膜兩側的氣壓差，避免中耳氣壓傷的發(fā)生，如圖4c所示。1．3其他設計機艙內的低頻噪音強度較大，持續(xù)時間較長，為了減輕其對人體的影響，利用空氣經過小孔后在球閥內部碰撞和摩擦，將一部分的聲能轉化為熱能，使噪音減弱的原理［10］，對球閥進行開孔處理。由于球閥開孔后，氣體經過球閥時除了可以從球閥與耳塞管內壁的間隙通過外，只能從球閥上的小孔通過，一方面使氣體通過的阻力損失增大，有助于鼓膜兩側氣壓的調節(jié)，另一方面則減小耳塞對正常聽聲的影響，如圖5所示。2飛行耳塞數值模擬設置普通直管和仿咽鼓管作為對照組，固體球閥管與開孔球閥管作為實驗組，各模型的主要參數大致如圖6所示。由于Fluent上的模擬是對流體通道進行模擬，因此在UG上所建立的三維模型均為不同管道耳塞的流體通道模型，如圖7所示。類似地對其進行網格劃分和邊界條件設定［11］。將建立的三維模型導入GAMBIT軟件中，針對飛機起飛和降落兩種不同過程的模擬，模型邊界設定如表1所示，此外，設置通過模型的實體為FLUID。采用結構化網格(TGrid)劃分，易于計算和控制，選定劃分網格的Intervalsize值，完成劃分。圖5固體球閥與開孔球閥的比較圖6固體球閥管耳塞主要參數圖圖74種不同管道耳塞的流體通道模型將劃分好的網格存儲為Mesh文件輸出，導入到Fluent軟件中，將模型的單位調整為毫米，并進行網格質量檢查;求解器默認為基于壓力法的求解器(Pressure-Based)，解決以絕對速度(Absolute)處理的穩(wěn)態(tài)(Steady)問題;選擇標準的k-ε湍流模型，對模型的參數和邊界條件以及壓力出口邊界的回流條件?


本文編號：3335116