留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

电加温热载荷对直升机风挡玻璃的影响

赵景云 颜悦 霍钟祺

赵景云, 颜悦, 霍钟祺. 电加温热载荷对直升机风挡玻璃的影响[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(7): 1143-1148. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200442
引用本文: 赵景云, 颜悦, 霍钟祺. 电加温热载荷对直升机风挡玻璃的影响[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(7): 1143-1148. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200442
ZHAO Jingyun, YAN Yue, HUO Zhongqi. Influence of Thermal Load Caused by Electric Heating on Helicopter Windshield[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(7): 1143-1148. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200442
Citation: ZHAO Jingyun, YAN Yue, HUO Zhongqi. Influence of Thermal Load Caused by Electric Heating on Helicopter Windshield[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(7): 1143-1148. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200442

电加温热载荷对直升机风挡玻璃的影响

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200442
详细信息
    作者简介:

    赵景云(1984-), 工程师,博士研究生, 研究方向为透明件设计, L4ben@163.com

  • 中图分类号: TG156

Influence of Thermal Load Caused by Electric Heating on Helicopter Windshield

  • 摘要: 研究了电加温直升机风挡在极限飞行工况条件下受电加温热载荷的影响。通过对离散气动载荷进行参数化处理,建立一种可以在风挡表面施加非均匀气动载荷的方法。基于ABAQUS软件分析直升机风挡在各个飞行姿态下的受力状态,找出较为危险的飞行工况;基于ANSYS建立风挡的电热耦合模型, 计算出低温环境下风挡玻璃电加温过程中的风挡厚度方向的温度分布。建立电加温风挡的热力耦合模型,对直升机风挡飞行工况条件下的热应力和变形进行分析。结果表明,在低温环境中电加温对降低风挡玻璃边缘的拉应力有积极的作用,而对风挡的变形影响不明显。
  • 图  1  风挡边缘截面图

    图  2  电加温风挡传热图

    图  3  不同温度下聚氨酯的应力应变曲线

    图  4  直升机俯仰角和侧滑角的示意图

    图  5  离散的气动载荷系数参数化流程图

    图  6  离散气动载荷系数和参数化后的气动载荷系数对比

    图  7  直升机风挡加温实测值

    图  8  风挡厚度方向温度分布

    图  9  玻璃边缘典型高应力位置

    图  10  典型位置的等效应力

    图  11  典型位置的第一主应力

    图  12  典型位置的第三主应力

    图  13  3种对比工况下的第一主应力水平

    图  14  3种对比工况下的风挡变形

    表  1  材料力学参数

    材料 弹性模量/MPa 泊松比 拉伸强度/MPa 挤压强度/MPa
    无机玻璃 73 000 0.23 600(弯曲) -
    聚氨酯 6.2 0.395 27 -
    涤纶钢 4 800 0.35 113 98.4
    下载: 导出CSV

    表  2  材料物理性能参数

    材料 密度/ (kg·m-3) 热导率/ (W ·(m·K)-1) 比热容/ (J·(kg·K)-1) 电阻率/ (Ω·m)
    无机玻璃 2 500 9.6 858 -
    聚氨酯 1 090 0.22 470 -
    ITO 7 172 3 362 6×10-6
    下载: 导出CSV

    表  3  材料热膨胀系数

    无机玻璃 聚氨酯 涤纶钢
    8.6×10-6 (9.65~11.1)×10-5 4.8×10-5
    下载: 导出CSV

    表  4  典型的飞行工况

    序号 飞行工况 序号 飞行工况
    1 V=38 m/s, α=0,0,β=90° 6 V=88 m/s, α=-18°,β=90°
    2 V=38 m/s, α=0,0,β=-90° 7 V=94 m/s, α=0,β=15°
    3 V=54 m/s, α=50°,0,β=0 8 V=94 m/s, α=0,β=-15°
    4 V=75 m/s, α=35°,0,β=0 9 V=95 m/s, α=21°,β=0
    5 V=80 m/s, α=-27°,0,β=0 10 V=95 m/s, α=-10°,β=0
    下载: 导出CSV
  • [1] 蒋新桐. 飞机设计手册(第19册): 直升机设计[M]. 北京: 航空工业出版社, 2005

    JIANG X T. Aircraft design manual (No. 19): helicopter design[M]. Beijing: Aviation Industry Press, 2005 (in Chinese)
    [2] 何东升. 国产直升机电加温风挡玻璃应用进展[J]. 中国建材科技, 2020, 29(3): 116, 106 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JCKJ202003046.htm

    HE D S. Development and application of electrically heated windshield on domestic helicopter[J]. China Building Materials Science & Technology, 2020, 29(3): 116, 106 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JCKJ202003046.htm
    [3] 裘燮纲, 韩凤华. 飞机防冰系统[M]. 北京: 航空专业教材编审组, 1985

    QIU X G, HAN F H. Aircraft anti-icing system[M]. Beijing: Aviation Professing Textbook Editing Team, 1985 (in Chinese)
    [4] 冷国新, 张义武. 风挡电加温玻璃使用中常见问题分析[J]. 玻璃, 2002, 29(2): 37-38 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BLZZ200202013.htm

    LENG G X, ZHANG Y W. Analysis on frequent problems of electric heating windshield glass in application[J]. Glass, 2002, 29(2): 37-38 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BLZZ200202013.htm
    [5] 颜悦, 郭新涛, 张定国, 等. 运输机电加温层合风挡透明件技术进展[C]//大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年年会. 深圳: 中国航空学会会2007: 1-8

    YAN Y, GUO X T, ZHANG D G, et al. Technical progress of transparent laminated windshield parts for transport aircraft[C]//Shenzhen: China Aeronautical Society Annual Conference, 2007: 1-8 (in Chinese)
    [6] 门坤发, 张洪侠. 直升机风挡玻璃失效分析[J]. 失效分析与预防, 2018, 13(1): 49-53 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SXFX201801009.htm

    MEN K F, ZHANG H X. Failure analysis of helicopter windshield[J]. Failure Analysis and Prevention, 2018, 13(1): 49-53 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SXFX201801009.htm
    [7] 邸祥发, 王佳莹. 透明件强度设计应考虑材料的综合性能[J]. 飞机设计, 2002(3): 64-66 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-FJSJ200203014.htm

    DI X F, WANG J Y. The integral property of the transparency is important when selecting material for its strength design[J]. Aircraft Design, 2002(3): 64-66 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-FJSJ200203014.htm
    [8] 王振, 张超, 王银茂, 等. 飞机风挡无机玻璃在不同应变率下的力学行为[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(2): 295-301 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BZCJ201802008.htm

    WANG Z, ZHANG C, WANG Y M, et al. Mechanical behaviours of aeronautical inorganic glass at different strain rates[J]. Explosion and Shock Waves, 2018, 38(2): 295-301 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BZCJ201802008.htm
    [9] JIANG L B, WANG Y, MOHAGHEGHIAN I, et al. Subcritical crack growth and lifetime prediction of chemically strengthened aluminosilicate glass[J]. Materials & Design, 2017, 122: 128-135. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127517302599
    [10] 姚小虎, 张龙辉, 张晓晴, 等. 航空透明聚氨酯胶片动态力学性能实验研究[J]. 航空学报, 2015, 36(7): 2236-2243 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKXB201507015.htm

    YAO X H, ZHANG L H, ZHANG X Q, et al. Experimental study on dynamic mechanical behavior of aerospace-transparent polyurethane interlayer[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2015, 36(7): 2236-2243 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKXB201507015.htm
    [11] 林丽, 马庆林, 常红亮. 某型机风挡加温系统控制规律的数值模拟[J]. 航空工程进展, 2014, 5(4): 509-514 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKGC201404017.htm

    LIN L, MA Q L, CHANG H L. Numerical simulation of control law of an aircraft windshield heating system[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering, 2014, 5(4): 509-514 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKGC201404017.htm
    [12] 韩王超, 常红亮. 飞机电加温风挡加温控制规律仿真与分析[C]//2015第二届中国航空科学技术大会. 北京: 中国航空学会, 2015: 384-388

    HAN W C, CHANG H L. Aircraft electro-thermal windshield heating mode simulation[C]//2015 China Aviation Science and Technology Conference. Beijing: Chinese Society of Aeronautics and Astronautics, 2015: 384-388 (in Chinese)
    [13] HEDAYATI R, ZIAEI-RAD S, EYVAZIAN A, et al. Bird Strike analysis on a typical helicopter windshield with different lay-ups[J]. Journal of Mechanical Science and Technology, 2014, 28(4): 1381-1392 http://forest.ckcest.cn/d/hxwx/AVkJuUoh49MUqoKBN3g2.html
    [14] 田中强, 树德军, 常成, 等. 直升机风挡及附属结构抗鸟撞性能分析[J]. 直升机技术, 2009(4): 31-35 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZSEN200904010.htm

    TIAN Z Q, SHU D J, CHANG C, et al. The bird strike analysis of helicopter windshield and accessory structure[J]. Helicopter Technique, 2009(4): 31-35 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZSEN200904010.htm
    [15] 赵景云, 颜悦, 霍钟祺, 等. 一种离散的飞机气动载荷参数化的方法: 中国, 109325279A[P]. 2019-02-12

    ZHAO J Y, YAN Y, HUO Z Q, et al. A method for parameterization of discrete aerodynamic loads: CN, 109325279A[P]. 2019-02-12 (in Chinese)
    [16] 徐佳佳, 史献林, 王向转. 民用飞机风挡表面对流换热系数的校核[J]. 民用飞机设计与研究, 2015(1): 87-90, 108 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MYFJ201501021.htm

    XU J J, SHI X L, WANG X Z. Modification method of windshield HTC for civil aircraft[J]. Civil Aircraft Design & Research, 2015(1): 87-90, 108 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MYFJ201501021.htm
    [17] 朱剑鋆, 董葳. 防冰部件表面流动换热与温度计算分析[J]. 燃气涡轮试验与研究, 2011, 24(1): 15-18, 24 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-RQWL201101004.htm

    ZHU J Y, DONG W. Heat transfer analysis and temperature prediction of the anti-icing airfoil surface[J]. Gas Turbine Experiment and Research, 2011, 24(1): 15-18, 24 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-RQWL201101004.htm
    [18] 国防科学技术工业委员会. GJB 1193-91飞机环境控制系统通用规范[S]. 北京: 航空航天部603所, 1991

    Commission of Science, Technology and Industry for National Defense. GJB 1193-91 General specification for environmental control system of aircraft[S]. Beijing: Department of Aerospace 603, 1991 (in Chinese)
    [19] 李维特, 黄保海, 毕仲波. 热应力理论分析及应用[M]. 北京: 中国电力出版社, 2004

    LI W T, HUANG B H, BI Z B. Analysis and application of thermal stress theory[J]. Beijing: China Electric Power Press, 2004 (in Chinese)
    [20] 郑军超, 顾致平, 刘永寿. 某型飞机风挡热应力有限元分析[J]. 西安工业大学学报, 2007, 27(4): 385-388 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XAGY200704021.htm

    ZHENG J C, GU Z P, LIU Y S. Thermal stress analysis of an aircraft windshield[J]. Journal of Xi'an Technological University, 2007, 27(4): 385-388 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XAGY200704021.htm
  • 加载中
图(14) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  119
  • HTML全文浏览量:  85
  • PDF下载量:  24
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-29
  • 刊出日期:  2021-07-01

目录

    /

    返回文章
    返回