文章导读

直升机工作环境日益复杂，特定飞行环境下地面的冰雪以及空中的冰雹/冰片等异物可能会由进气道吸入发动机，给发动机的寿命、工作可靠性以及工作效率等带来不利的影响。

来自南京航空航天大学吴祯龙教授团队的周戈博士及其团队在 Aerospace 期刊发表了文章，介绍了直升机/进气道一体化条件下涡轴发动机进气道内冰类异物的排除特性，该项研究为直升机在结冰环境飞行时进气道的异物排除特性提供了理论依据和技术支撑。

直升机/进气道一体化模型

直升机/进气道一体化计算网格

研究过程与结果

作者在文中利用重叠网格联合六自由度 (6-DOF) 的数值模拟方法对冰雹和冰片在进气道内的运动轨迹进行仿真分析，系统探究了不同参数对一体化条件下涡轴进气道内冰雹与冰片排除特性的影响规律。

首先开展了在1000 m高度、飞行速度60 m/s、进气道主流出口马赫数0.45 Ma工作条件下进气道内冰雹和冰片的排除特性研究，发现冰雹进入进气道后最终撞击在下壁面破碎，对进气道的气动性能影响较小，反之上唇口结冰对进气道性能影响较大，使进气道总压恢复系数降低，冰片脱落后在分叉段与外壁面碰撞破碎从清除流道排除。

随后，详细分析了不同结冰位置、结冰角度和主流道出口马赫数对进气道内冰片排除特性的影响。研究发现：(1) 上下唇口的冰片脱落后都在分叉段与外部碰撞碎裂从清除流道排除，内外侧唇口冰片脱落后最终与中心体碰撞破碎，对主流道结构及气动性能造成威胁，内壁结冰时进气道总压畸变指数高达0.09，使进气道内部气流周向畸变增大；(2) 150°的冰片最终在分叉段碰撞破碎，会导致大量冰片碎屑进入主流道，对后方的发动机性能和结构造成威胁，而30°冰片脱落后，在分叉段会阻挡进入主流道的气流，使主流道总压恢复系数降低；(3) 随着主流道出口马赫数增大，冰片脱落后在进气道内部运动时，对高主流出口马赫数的气流畸变影响最大，即对高速流动的进气道内部气流扰动程度增大，气流周向脉动增大。

冰雹在进气道内的运动过程

不同结冰角度对进气道AIP面气动性能的影响

研究总结

本文利用重叠网格联合六自由度 (6-DOF) 的数值模拟方法，分析了涡轴发动机冰类异物吸入过程的运动轨迹和特性，评估了冰类异物对直升机/进气道一体化条件下进气道性能的影响和发动机的潜在危害。

研究发现进气道吸入冰雹使总压畸变减小约20%，总压恢复系数基本不变；上唇口结冰使进气道总压畸变指数降低约22%，总压恢复系数减小0.6%。内外侧冰片脱落后与中心体碰撞破碎，会对主流进气道造成损伤；与唇口夹角为150°的冰片脱落破碎后，会导致大量冰片碎屑进入主流道，对后方的发动机性能和结构造成威胁。

这些数值模拟结果揭示了直升机/进气道一体化条件下冰雹与冰片的运动特征，为涡轴发动机新型进气道的设计和适航研究提供了重要参考。

原文出自 Aerospace 期刊：https://www.mdpi.com/2818936

Aerospace 期刊介绍

主编：Konstantinos Kontis, University of Glasgow, UK

期刊致力于发表航空航天科学、工程和技术相关的创新研究，涵盖飞行器设计、推进系统、飞行控制、先进材料、空间科学、航空电子、无人机系统 (UAS)、城市空中交通 (UAM)、可持续航空、航空安全以及前沿技术等。鼓励跨学科研究，推动航空航天科技发展，欢迎实验、仿真与理论研究的原创成果及综述。

2024 Impact Factor：2.2

2024 CiteScore：4.0

Time to First Decision：20.9 Days

Acceptance to Publication：2.5 Days