电热防冰过程中复合材料机翼温度场及热应力分析

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:yaowoyiao
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机翼电加热防冰结构中一般包含复合材料层,电热防冰系统工作时防冰结构传热的各向异性特征,易造成其温度分布不均,从而导致层内、层间产生较大的热应力。因此,有必要对机翼电加热防冰结构进行瞬态温度场计算以及结构热应力分析。  本文采用欧拉法计算机翼外表面水滴撞击特性,采用边界层积分法计算机翼外表面对流换热系数,并与文献中的结果进行对比验证。分析计算流经机翼外表面各项热流,得到结构热分析的边界条件。  根据机翼蒙皮电加热结构,建立了含内热源的三维各向异性导热模型,采用控制容积积分法离散控制方程。运用MATLAB,编制了计算蒙皮结构瞬态温度场的程序,并计算得到了采用不同铺层方向的复合材料时的结构温度场。计算分析表明:机翼外表面温度处于10℃~110℃之间,符合防冰标准,温度曲线与文献中的数值和实验结果有良好的吻合。纤维朝向为s方向(θ=90o)时,利于热量在翼弦方向扩散,沿翼弦方向的温度曲线较为平滑,结构高温区域较小,最高温度较低。  基于ANSYS建立机翼贴体坐标系下的蒙皮层三维模型,将计算得到的防冰结构瞬态温度场作为温度载荷加载到热应力计算模型上,对结构进行瞬态热应力计算,得到了结构热应力分布以及形变分布。结果表明:纤维朝向为s方向(θ=90o)时,结构形变较小,内壁热应力较小。  综合对比温度及热应力分析结果:纤维朝向为s方向的复合材料对防止防冰结构温度过高、热应力过大方面更有优势。
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