[发明专利]一种飞机水箱防冰保温设计方法

说明书

本发明涉及一种飞机水箱防冰设计方法，本发明采用多层结构，从内至外依次为水箱壁面内层、加热层、中间隔层、真空隔热层、水箱外壁面、保温层；当加热层停止工作时，计算出单位管长单位时间的平均热量损失，水箱的半径较大，将其视为平壁传热，计算出单位面积上传递的热流密度，根据公式计算出各项传热热阻，即可联立求解时得到水箱壁面保温层的厚度；而单位时间面积上所散失的热量，即为系统在稳定工作时，加热层所需的加热功率，此计算方法得到的飞机水箱，使得飞机水箱具备较佳的防冻抗冻保温效果，降低供水系统的故障概率，对实际的供水水箱的生产设计提供了较强的指导作用，适用于工业化生产使用。

技术领域

本发明涉及飞行器相关设备的技术领域，具体为一种飞机水箱防冰保温设计方法。

背景技术

飞机水箱存在于飞机的水废水系统中，为满足飞机机组人员及乘客的各种用水需求，飞机必须携带大量的清水的正常使用提供必要的水源供给，同时还需对飞机污水进行收集存储及初步处理，这都需要水箱进行存储，而由于飞机水箱处于座舱下方的非温控区域，附近温度可低至-40℃至-60℃，在地面及飞机飞行过程中，都可能发生结冰现象，这会影响到飞机水箱的正常使用，严重时会对水箱造成不可恢复的损伤和破坏，甚至威胁飞行安全，因此，我们需要对飞机水废水系统中的水箱进行防冰保温设计，从而确保水箱的正常使用，在进行防冰保温设计的过程中，由于飞机水箱中存有大量的水，且基本不流动，而水的热容很大，若对其进行加热使其温度长时间维持在一定范围内则需要很多能量，因此其热损失越小越好，故在对水箱进行防冰设计时，常采用真空隔热层及保温层一起增加传热热阻，以减少热量散热；其设计需求包含两点：1.加热层停止工作时，水箱内的水在n分钟之内保证水箱内水温不低于0℃；2.系统在稳定工作时，保证水箱内水温不低于5℃。我们提出一种飞机水箱防冰保温设计方法以满足现有飞机水废水系统的防冰设计要求，确保飞机水箱的正常使用。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明的目的是提供一种飞机水箱防冰保温设计方法用于解决飞机水废水系统中水箱的防冰防冻问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种飞机水箱防冰保温设计方法，包括飞机水箱，其特征在于，所述的飞机水箱由内至外依次是水箱壁面内层、加热层、中间隔层、真空隔热层、水箱外壁面、保温层；

当加热层停止工作时，水箱内水流静止，在n分钟之内保证水箱内水温不低于0℃，根据能量守恒，系统在该时间段内损失的热量等于水内能的降低，即可计算出单位管长单位时间的平均热量损失：

Q＝cmΔt_water＝cρπr₁²(t_water,1-t_water,2)＝Φ_lτ

式中：Q为单位管长的水从初始温度降至0℃所释放出来的潜热，J；c为水的比热容，为4200J/(kg·K)；m为单位管长水的质量，kg；ρ为水的密度，为1000kg/m³；r₁为水箱的内半径，m；t_water,1和t_water,2分别为水的初始及结冰温度，℃；Φ_l为单位时间单位管长所传递的热量，W/m；τ为时间，s；

水箱的半径较大，将其视为平壁传热，故其单位面积上传递的热流密度为：

热量从水箱内部的水透过多层壁面传递到外侧的空气中，其传热热阻主要包含：水箱内水与内壁面的对流换热热阻、水箱壁面内层导热热阻、加热层导热热阻、中间隔层导热热阻、真空隔热层辐射换热热阻、水箱壁面外层导热热阻、保温层导热热阻、水箱外空气与外壁面的对流换热热阻，各层传热热流密度的计算方法如下：

(1)水箱内水与内壁面的对流换热

q＝h_in(t_water-t₁)