客机蒙皮保温层水分含量的便捷测量

发布时间：2020-06-11 04:16

【摘要】：覆盖在客机蒙皮上的多孔材质保温层在飞机高空巡航期间容易凝结水分,聚集的水分不仅增加机体重量,降低其保温隔音性能,还可能腐蚀机体,增加掩埋在蒙皮内缆线及电子元件的故障风险。若能准确测量蒙皮保温层内的水分含量,将有助于保温层的科学保养维护。航空保温棉作为一种低密度疏水性多孔材料,其水分含量的测量相较于高密度亲水材料更具困难和挑战性。基于热脉冲原理的水分测量方法,可根据被测材料吸水前后的体积热容(密度与比热容的乘积)变化,由温度响应解算出相应的水分含量,具有简单可靠的优势,但要求被测介质的几何域为无限大。目前,仍然缺乏一种针对有限厚度客机蒙皮保温层内水分含量便捷测试的方法,以及简单实用的测试设备。本文采用计算流体力学(CFD)模拟的方法,分析有限厚度被测区域及其边界散热对水分含量测量结果的影响,并提出有效的测量偏差修正方法。将客机蒙皮覆盖的保温层近似成嵌于两块平行平板间的多孔保温材料,一侧平板的厚度与热物性与客机蒙皮一致,另一侧与货舱衬板一致,多孔保温材料具有不同的厚度,且考虑平板两侧对环境的散热。然后将有限厚度及边界散热导致的水分测量高估量拟合成经验公式,再把实际操作过程中由于有限厚度造成的水分测量高估量扣除修正。最后将修正后的水分含量测量结果与天平称重结果相比对,以此校验上述方法的准确性。为便于水分的快速测量,本研究还设计建造了一体化的便携式测量设备,包括设备主机与一个双平行针探头,由主机给探头的发热针供电发热,并由另一平行针上的热电偶采集温升数据,再把采集到的温升数据解析出对应的水分含量,最后输出到设备的显示屏上。其中水分含量的解算采用了基于温度响应数据库的快速查找算法,根据温度响应与发热针热流之间的线性关系,先获得探针任意发热量下的温度数据,再把与测试温升最接近的两组体积热容值按温升接近程度加权平均,然后再求解出该体积热容所对应的水分含量。研究结果表明,对于厚度小于45 mm的保温层,若忽略其有限厚度及边界散热,将造成水分含量的高估,且厚度愈小,水分的高估量愈大。而采用CFD模拟修正以后,多次多测点重复测量的水分含量平均值与天平称重结果的一致性较好,大部分工况下测量偏差在1.0 kg H_2O/m~3以内,可以满足工程使用需求。但是,对于同一被测试样,采用本文提出的修正方法多次多测点重复测量结果一致性较差,特别是在高水分含量(约25 kg H_2O/m~3)时,测量标准差一般高达5.0 kg H_2O/m~3。此外,本研究设计建造的便携水分测量设备单次测量时间为100 s,水分求解时间在0.5 s以内,可以满足客机保温层内水分的快速便捷测试需求。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V250.2

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本文编号：2707357