1、攀枝花学院 本科课程设计飞机瞭望窗的保温设计学生姓名：李航 学生学号：200911102028院（系）： 材料工程学院年级专业：2009 级材料科学与工程指导教师：邹建新 教授助理指导教师： 二一一年十二月攀枝花学院本科课程设计 摘 要摘 要飞机座舱呈圆柱形，由于壁厚远小于座舱半径，按平壁处理，不计接触热阻，按稳态导热来处理，并假设空气层中没有自然对流，飞机座舱的散热量系由舱内的乘客以及飞机空调系统供给热量来平衡的，为设计时安全起见，认为均由空调系统所提供。有傅里叶导热定律可知，要算复合平壁的热流密度，要知道平壁两侧温差，以及复合平壁的总热阻，q=t/R.总热阻 R 与材料导热系数和厚度有关，
2、超细玻璃棉保温层的导热系数与平均温度有关。要将散热量减少 1/3，可以改变超细玻璃棉的厚度，或者用钛合金做蒙皮，或者用 T300 碳纤维做内壁。关键词 复合平壁，傅里叶导热定律，一维稳态，隔热保温攀枝花学院本科课程设计 ABSTRACTABSTRACTThe cockpit is cylindrical, due to the wall thickness is far less than that in the cockpit radius, press flat wall processing, regardless of the contact heat resistance, acco
3、rding to the steady heat conduction to deal with, and assumed that the air layer without natural convection, the cockpit is by the heat of the cabin passengers and aircraft air conditioning system supplies heat to balance, for when the design of safety, think all by air conditioning system provided.
4、 A Fourier thermal conductive law, it is known that the compound flat is the wall heat flux, and know that flat sides wall temperature, and composite flat wall of total heat resistance, q = enables delta t/R. Total heat resistance R and material coefficient of thermal conductivity and thickness rele
5、vant, superfine glass cotton thermal insulation layer of the coefficient of thermal conductivity and the average temperature. Will decrease 1/3 of heat, can change the superfine glass cotton thickness, or use titanium alloy do rigging, or use T300 carbon fiber do wall.Key words The compound flat wal
6、l, Fourier thermal conductive law, one dimensional steady, heat insulation攀枝花学院本科课程设计 目录15目 录摘 要ABSTRACT1 绪论11.1 课题背景11.1.1 传热问题的三种形式11.1.2 飞机瞭望舱的传热方式分析2 飞机瞭望窗的热量传递分析22.1 简化传热的几个假设22.2 瞭望窗结构示意图2.3 热量传递分析23 空调的供热量计算34 隔热保温设计44.1 方案探索44.2 具体设计方案45 结论5参考文献6附录 1：几种保温、耐火材料的导热系数与温度的关系7附录 2：大气压力下干空气的热物理性质8
7、致 谢9攀枝花学院本科课程设计 飞机瞭望窗的保温设计11 绪论 1.1课题背景在我们生活着的大千世界中发生着各种各样的过程，其中与人类的生存关系最密切的物理过程之一是热能的传递：从现代楼宇的暖通空调到自然界的风霜雨雪的形成，从航天飞机重返大气层时可贴的热防护到电子器件的有效冷却，从一年四季人们穿着的变化到人类器官的冷冻储存，无不与热能的传递过程密切相关。传热学就是研究由温差引起的热能传递的科学。传热学在科学技术各个领域中都有十分广泛的应用。1.1.1 尽管各个科学技术领域中遇到的传热问题形式多样，但大致上可以归纳为三种类型的问题：（1） 强化传热。即在一定的条件下增加所传递的热量。（2） 削弱
8、传热，或称热绝缘。即在一定的温差下使热量的传递减到最小。（3） 温度控制。为使一些设备能安全经济的运行，或者为得到优质的产品，要对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制。热能的传递有三种基本方式：热传导、热对流、热辐射。11.2 飞机在高空中飞行依然存在着热量传递的过程，当夏天平流层温度比座舱温度高时，热流将有高温区像座舱内传递，造成座舱内温度升高，让乘客感觉闷热;当冬天平流层温度较座舱内温度较低时，热流将从座舱内往外传递，造成座舱内温度降低，让乘客感觉很冷。所以，减少平流层与座舱的热量传递有非常客观实在的意义。攀枝花学院本科课程设计 飞机瞭望窗的保温设计22 飞机瞭望窗的热量传递分析2.1
9、 首先为简化问题的分析做几个假设如下：1. 飞机座舱的散热量系由舱内的乘客以及飞机空调系统供给热量来平衡的，为设计时安全起见，认为均由空调系统所提供。2. 飞机座舱呈圆柱形，由于壁厚远小于座舱半径，按平壁处理。3. 不计接触热阻。4. 一维稳态导热。5. 假设空气层没有自然对流。2.2 做出飞机瞭望窗的材料组成结构图如下：座舱内q镁铝合金 R1 t1 1=160d1=1mm空气层 R2 t2 2d2=20mm超细玻璃棉 R3 t3 3 d3=10mm软铝蒙皮 R4 t4 4=160d4=2mm2.3 热量传递分析1 由于把座舱当做复合平壁处理，热量传递的方式主要考虑热传导。传递的热量有傅里叶导
10、热公式 q= t/R 总. R 总 = R1+R2+R3+R4 Ri=di/ i . 2 超细玻璃棉的导热系数是温度的函数，这里需要先假设平均温度，然后检验值，空气层的导热系数也需要先假定平均温度后在确定。 3=0.033+.00023t4 查表。3 t2指空气层的平均温度，t 3指超细玻璃棉的平均温度。攀枝花学院本科课程设计 飞机瞭望窗的保温设计33 空调的供热量计算当夏天（高空温度分别取 50、40、30、20）和冬天（高空温度分别取 10、0、-10、-20）飞行时，空调的供热或散热量是多大？试进行分析计算。A 当 t4=5o时假设 t3=45,t2=25,由于附录 4 可查出 3=0.
11、033+.00023t3=0.04335,查附录 5 可知 2=0.0263，R3=0.01/0.04335=0.23，R 2=0.02/0.0263=0.76,R1=0.001/160=0.00000625，R 4=0.0000125. 总 =R1+R2+R3+R4=0.99 q1= t/R 总 =(t4-t1)/0.99=30/0.99=30.3现在反求出 t2=23,t3=43.两个温度与假设值很接近，计算有效。B 当 t4=40 时假设 t3=37，t 2=35，同理可得 q2=20.5,反求出的 t2=38，t 3=33,两个温度与假设值很接近，计算有效。C 当 t4=30 时假设
12、t3=28,t2=26,同理可得 q3=10.1,反求出 t2=t3=27.4,两个温度与假设值很接近，计算有效。D 当 t4=20 时由于飞机座舱内外不存在温度差，所以 q4=0E 当 t4=10 时假设 t3=13，t 2=18，同理可得 q5=9.4,反求出 t3=t2=13，两个温度与假设值很接近，计算有效。F 当 t4=0 时假设 t3=8，t 2=4，同理可得 q6=-18.2，反求出 t2=t3=5，两个温度与假设值很接近，计算有效。G 当 t4=-10 时假设 t3=-4，t 2=4，同理可得 q7=-26.7,反求出 t2=t3=-1.6，两个温度与假设值很接近，计算有效。H
13、 当 t4=-20 时假设 t3=-15，t 2=-9，R 2=0.845,R3=0.3384 同理可得 q8=-33.8,反求出t2=t3=-8.6，两个温度与假设值很接近，计算有效。综上：由上面的 9 中情况来看，温差越大，热流密度也越大。攀枝花学院本科课程设计 飞机瞭望窗的保温设计44 隔热保温设计如果要将供热量或散热量减少 1/3，可分别采用什么方法，比如内壁、外壁、空气夹层、玻璃棉的厚度如何变化，材质如何改变，等等，试通过详细计算分析，提出一个或几个设计方案，供飞机制造公司参考。4.1 方案探索1 改变厚度a 由于内层镁铝合金、外层蒙皮的导热系数很大，改变其厚度对其热阻的影响很小，所
14、以一般不该改变其厚度。 b 单从导热系数来看，空气层的值比超细玻璃棉还小，但是要进一步减小散热损失，不能用加厚空气夹层的方法，因为这会导致夹层空气的自然对流，使散热量增加。 综上分析：应该改变超细玻璃棉的厚度。2 改变材质a 用钛合金做蒙皮由于钛合金 Ti-3Al 导热系数和软铝低很多，其导热系数 =10.47，而且钛合金有因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点，满足高空飞行的机械强度方面的要求。b 用 T300 碳纤维做内壁由于 T300 碳纤维的导热系数比镁铝合金低得多，其导热系数=6.5，而且碳 纤 维 的 轴 向 强 度 和 模 量 高 ， 无 蠕 变 ， 耐 疲 劳 性 好 ， 比
15、热 及 导 电性 介 于 非 金 属 和 金 属 之 间 ， 热 膨 胀 系 数 小 ， 耐 腐 蚀 性 好 ， 纤 维 的 密 度 低 ， X射 线 透 过 性 好 ， 能 满 足 高 空 飞 行 的 需 要 。4.2 具 体 方 案1.改变超细玻璃棉的厚度以散热量最大的情况来设计，要使散热量减小 1/3,q9=2/3q8=22.5.使散热量减少 1/3 各层的平均温度会有所改变，近似的仍用上述数据进行估算，则可得：d3/ 3=t/q 9-R1-R2-R4d3/0.0295=40/22.5-0.001/160-0.845-0.002/160d3=27.5mm攀枝花学院本科课程设计 飞机瞭望窗的保温设计5 结论要使散热量减少 1/3,可以使超细玻璃棉保温层的厚度由原来的 20mm 增加到27.5mm，同时也可以用钛合金 Ti-3Al 做蒙皮，用 T300 碳纤维做内壁。攀枝花学院本科课程设计 飞机瞭望窗的保温设计6参考文献 1杨世铭 陶文铨.传热学第四版.高等教育出版社. 第 83 页攀枝花学院本科课程设计 飞机瞭望窗的保温设计7攀枝花学院本科课程设计 飞机瞭望窗的保温设计8攀枝花学院本科毕业设计（论文） 致谢9 致 谢非常感谢邹建新老师在这次课程设计中给我的指导，让我在课程设计的过程中去除了很多盲目，对知识的理解和应用也更加深刻。我在此由心的对邹建新老师的帮助表示感谢！
