应用于飞行环境的耳部压力平衡调节技术

发布时间：2021-08-11 00:56

　　飞行时机舱气压的急剧变化会导致中耳气压伤,为减轻其伤害,提出一种仿咽鼓管的耳部压力平衡调节技术,并据此设计飞行耳塞:设计仿咽鼓管通道的耳塞管道;利用上下浮动的球阀模仿咽鼓管自启闭功能。设定鼓膜外侧气压和气速的变化作为评价耳塞效果的指标,运用软件对飞机起降时气压和气速的变化进行数值模拟,并搭建实验平台对3D打印的耳塞模型进行实验观察上述变化。仿真和实验均验证了耳塞中的球阀对气压的调节和对气速的限制上的重要性,以及耳塞模仿咽鼓管设计的正确性。 

【文章来源】：液压与气动. 2019,(12)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

鼓膜两侧气体流动的理想模型1．外耳道2．鼓膜3．咽鼓管道

重而处于耳塞管的下方，堵住与外界的通道，营造常态下咽鼓管闭合的状态;当气流突变时，球阀在管内上下浮动，营造非常态下咽鼓管开放的状态。球阀的存在不仅增大了气流的阻力损失，其上下浮动使截流面积不断发生变化，速度差也得到提高。图2飞行耳塞示意图以飞机降落过程为例。飞机降落时，机舱气压逐渐增大，而鼓膜两侧气体的增压速率较低，因此气体会在机舱对鼓膜内外侧的正压力梯度作用下，从机舱经外耳道向鼓膜外侧，以及从机舱经咽鼓管道向鼓膜内侧流动。流动过程中，固体球阀的受力分析图如图3所示。气流在机舱对鼓膜外侧的正压力梯度作用下将固体球阀托起，此时固体球阀除了受自身的重力作用G外，还受到由于机舱与鼓膜外侧的气压差导致的迎面压差阻力F1，以及来自气流的浮力F2，其中，固体球阀自身的重力G为:G=ρb·Vb·g(3)图3固体球阀受力分析图迎面压差阻力F1为:F1=Δp·A(4)浮力F2为:F2=ρ0·Vb·g(5)式中，ρb———球阀的密度ρ0———空气的密度Vb———球阀的体积Δp———球阀上下两端的气压差A———球阀的迎流面积621?????????????????????????????????????????????????

的气压不会继续增大，从而减小了耳鼓膜两侧的气压差，避免中耳气压伤的发生，如图4c所示。1．3其他设计机舱内的低频噪音强度较大，持续时间较长，为了减轻其对人体的影响，利用空气经过小孔后在球阀内部碰撞和摩擦，将一部分的声能转化为热能，使噪音减弱的原理［10］，对球阀进行开孔处理。由于球阀开孔后，气体经过球阀时除了可以从球阀与耳塞管内壁的间隙通过外，只能从球阀上的小孔通过，一方面使气体通过的阻力损失增大，有助于鼓膜两侧气压的调节，另一方面则减小耳塞对正常听声的影响，如图5所示。2飞行耳塞数值模拟设置普通直管和仿咽鼓管作为对照组，固体球阀管与开孔球阀管作为实验组，各模型的主要参数大致如图6所示。由于Fluent上的模拟是对流体通道进行模拟，因此在UG上所建立的三维模型均为不同管道耳塞的流体通道模型，如图7所示。类似地对其进行网格划分和边界条件设定［11］。将建立的三维模型导入GAMBIT软件中，针对飞机起飞和降落两种不同过程的模拟，模型边界设定如表1所示，此外，设置通过模型的实体为FLUID。采用结构化网格(TGrid)划分，易于计算和控制，选定划分网格的Intervalsize值，完成划分。图5固体球阀与开孔球阀的比较图6固体球阀管耳塞主要参数图图74种不同管道耳塞的流体通道模型将划分好的网格存储为Mesh文件输出，导入到Fluent软件中，将模型的单位调整为毫米，并进行网格质量检查;求解器默认为基于压力法的求解器(Pressure-Based)，解决以绝对速度(Absolute)处理的稳态(Steady)问题;选择标准的k-ε湍流模型，对模型的参数和边界条件以及压力出口边界的回流条件?


本文编号：3335116