发动机进气道直流喷嘴防冰系统换热特性

doi:10.7527/S1000-6893.2026.33004

航空发动机防除冰技术专栏

本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索

前一篇 |

发动机进气道直流喷嘴防冰系统换热特性

尹金鸽(), 冯丽娟, 邓阳

中国航发商用航空发动机有限责任公司，上海　200241

收稿日期:2025-10-30 修回日期:2026-01-23 接受日期:2026-03-07 出版日期:2026-03-17 发布日期:2026-03-16
通讯作者: 尹金鸽 E-mail:yinjinge@acae.com.cn
基金资助:
国家科技重大专项（J2019-Ⅲ-0010-0054）

Heat transfer characteristics of engine inlet swirl nozzle anti-icing system

Jinge YIN(), Lijuan FENG, Yang DENG

ACAE Commercial Aircraft Engine Co. ，Ltd. ，Shanghai 200241，China

Received:2025-10-30 Revised:2026-01-23 Accepted:2026-03-07 Online:2026-03-17 Published:2026-03-16
Contact: Jinge YIN E-mail:yinjinge@acae.com.cn
Supported by:
National Science and Technology Major Project of China （J2019-Ⅲ-0010-0054）

摘要/Abstract

摘要：

为研究航空发动机进气道直流喷嘴防冰系统冲击射流和环形流动换热特性，采用数值仿真方法开展进气道防冰腔内外流耦合换热分析，建立针对直流喷嘴防冰系统性能评估的无量纲特征参数，开展喷嘴射流角度（NJA）、喷嘴位置（NP）、喷口面积比（NAR）对进气道唇口表面温度分布和均匀性的影响分析，得出直流喷嘴防冰流动换热平均雷诺数和努塞尔数的规律关系式。研究结果表明：增加热气射流距离将提升直流喷嘴防冰系统性能；NJA和NP略靠近唇口内流道侧时，唇口温度均匀性越好；增大靠近进气道侧喷口的面积将提升唇口温度均匀性，但同时将增加进气道唇口过热风险。

关键词: 发动机进气道, 直流喷嘴, 防冰系统, 换热特性, 冲击射流, 环形流动

Abstract:

To investigate the heat transfer characteristics of impinging jet and annular flow in the aero-engine inlet swirl nozzle anti-icing system， a numerical simulation method is conducted to analyze the coupled internal-external flow and heat transfer within the inlet anti-icing cavity. Dimensionless characteristic parameters are established for evaluating the swirl nozzle anti-icing system performance. The influence of Nozzle Jet Angle （NJA）， Nozzle Position （NP）， and Nozzle Area Ratio （NAR） on surface temperature distribution and uniformity at the inlet lip are investigated. The regular relationship formula between the average Reynolds number and the Nusselt number was obtained for swirl nozzle anti-icing flow and heat transfer. Results show that： Increasing the hot air jet distance enhances the swirl nozzle anti-icing system performance； changing NJA and NP slightly offset toward the internal flow channel side of the inlet significantly improves temperature uniformity of the lip. Increasing the area of the orifice which is adjacent to the inlet， improves temperature uniformity of the lip but simultaneously raises the risk of overheating of the inlet lip.

Key words: engine inlet, swirl nozzle, anti-icing system, heat transfer characteristics, impinging jet, annular flow

中图分类号:

V211.48

尹金鸽, 冯丽娟, 邓阳. 发动机进气道直流喷嘴防冰系统换热特性[J]. 航空学报, 2026, 47(11): 633004.

Jinge YIN, Lijuan FENG, Yang DENG. Heat transfer characteristics of engine inlet swirl nozzle anti-icing system[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(11): 633004.

图/表 24

图 1

图 2

图 3

图 4

表1

图 5

图 6

图 7

图 8

图 9

图 10

图 11

图 12

图 13

表2

不同NJA唇口温度特征参数

序号	NJA/（°）	$T m a x'$	$T m i n'$	$T a v e'$	$C t e m d e v$
1	16	0.478 2	0.283 6	0.341 3	10.6%
2	12	0.428 9	0.279 6	0.337 8	9.61%
3	6	0.421 0	0.283 4	0.336 3	8.24%
4	0	0.429 2	0.281 4	0.333 1	8.31%
5	-2	0.435 5	0.282 9	0.334 4	8.3%
6	-6	0.445 9	0.283 0	0.334 4	8.63%
7	-12	0.476 5	0.282 6	0.335 8	9.64%
8	-16	0.498 2	0.277 6	0.335 9	11.28%

表2

图 14

图 15

图 16

表3

不同NP唇口温度特征参数

序号	NP/mm	$T m a x'$	$T m i n'$	$T a v e'$	$C t e m d e v$
1	70	0.423 2	0.281 4	0.338 3	8.96%
2	50	0.424 6	0.283 5	0.335 6	8.49%
3	30	0.431 2	0.268 8	0.334 6	8.55%
4	10	0.420 1	0.261 3	0.335 5	8.47%
5	0	0.422 8	0.262 6	0.331 8	8.87%
6	-10	0.441 3	0.257 1	0.329 9	9.12%
7	-30	0.463 1	0.250 4	0.328 0	10.84%
8	-50	0.512 6	0.238 7	0.323 1	14.05%

表3

图 17

图 18

图 19

表4

不同NAR唇口温度特征参数

序号	NAR	$T m a x'$	$T m i n'$	$T a v e'$	$C t e m d e v$
1	0.2/0.4/0.4	0.457 8	0.276 5	0.339 9	10.53%
2	0.4/0.2/0.4	0.463 3	0.281 0	0.339 1	10.16%
3	0.4/0.4/0.2	0.484 9	0.283 9	0.338 5	10.19%

表4

图 20

参考文献 28

[1]	任靖豪，王强，陈宁立，等. 多段翼构型结冰计算方法及结冰影响分析［J］. 航空学报， 2024， 45（14）： 129328.
	REN J H， WANG Q， CHEN N L， et al. Numerical simulation and aerodynamic performance effects of multi-element airfoil ice accretion［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2024， 45（14）： 129328 （in Chinese）.
[2]	高郭池，张波，全敬泽，等. 正常类飞机自然结冰试飞适航审定技术［J］. 航空学报， 2024， 45（1）： 128531.
	GAO G C， ZHANG B， QUAN J Z， et al. Airworthiness certification technology of normal aircraft natural icing flight test［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2024， 45（1）： 128531 （in Chinese）.
[3]	丁军亮，赵利利，杨涛，等. 自然结冰飞行试验技术综述［J］. 航空学报， 2023， 44（17）： 028270.
	DING J L， ZHAO L L， YANG T， et al. Flight test technology of natural icing［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2023， 44（17）： 028270 （in Chinese）.
[4]	李概奇，田骏丹，吴晶峰，等. 新研民用涡轴发动机结冰适航试验［J］. 航空学报， 2025， 46（12）： 131388.
	LI G Q， TIAN J D， WU J F， et al. Icing airworthiness test on a newly developed civil turbo-shaft engine［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2025， 46（12）： 131388 （in Chinese）.
[5]	杜雁霞，李明，桂业伟，等. 飞机结冰热力学行为研究综述［J］. 航空学报， 2017， 38（2）： 520717.
	DU Y X， LI M， GUI Y W， et al. Review of thermodynamic behaviors in aircraft icing process［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2017， 38（2）： 520717 （in Chinese）.
[6]	REEHORST A， BRINKER D， POLITOVICH M， et al. Progress towards the remote sensing of aircraft icing hazards［J］. Remote Sensing Applications for Aviation Weather Hazard Detection and Decision Support， 2008， 7088： 70880J.
[7]	CHEN L， XU J H， LUO X C， et al. Micro/nano manufacturing aircraft surface with anti-icing and deicing performances： An overview［J］. Nanotechnology Reviews， 2023， 12（1）： 20230105.
[8]	陈勇，孔维梁，刘洪. 飞机过冷大水滴结冰气象条件运行设计挑战［J］. 航空学报， 2023， 44（1）： 626973.
	CHEN Y， KONG W L， LIU H. Challenge of aircraft design under operational conditions of supercooled large water droplet icing［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2023， 44（1）： 626973 （in Chinese）.
[9]	HANNAT R， MORENCY F. Numerical validation of conjugate heat transfer method for anti-/de-icing piccolo system［J］. Journal of Aircraft， 2014， 51（1）： 104-116.
[10]	WANG H Z， TRAN P， HABASHI W G， et al. Anti-icing simulation in wet air of a piccolo system using FENSAP-ICE［J］. SAE Transactions， 2007， 116： 715-723.
[11]	杨倩，郑皓冉，程显达，等. 基于引气控制的热气防冰优化设计方法［J］. 航空学报， 2023， 44（S2）： 729285.
	YANG Q， ZHENG H R， CHENG X D， et al. Optimization design method for hot air anti-icing system based on bleed air control［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2023， 44（S2）： 729285 （in Chinese）.
[12]	ISMAIL M A， ABDULLAH M K. Numerical study on the effect of the nozzle diameter on the swirl anti-icing temperature uniformity for a nacelle lip-skin［J］. Journal of Scientific Research and Development， 2015， 2（2）： 83-89.
[13]	ROSENTHAL H， NELEPOVITZ D. Performance of a new nose-lip hot-air anti-icing concept［C］∥21st Joint Propulsion Conference. Reston： AIAA， 1985.
[14]	ISMAIL M A， MOHAMMAD FIRDAUS S H， SOID S N， et al. Numerical investigation on uniformity of heat distribution of swirl anti-icing system［J］. Indian Journal of Science and Technology， 2015， 8（30）： 660-668.
[15]	ISMAIL M A， WANG J. Effect of nozzle rotation angles and sizes on thermal characteristic of swirl anti-icing［J］. Journal of Mechanical Science and Technology， 2018， 32（9）： 4485-4493.
[16]	ROHR I， PATIL Y， CHILUKURI R， et al. Swirl anti-icing injector head nozzle configurations： US20210285373［P］. 2021-09-16.
[17]	王瀚升，李育隆，徐诗杰，等. 基于流热固耦合的航空发动机涡轮导叶流动换热［J］. 航空动力学报， 2025， 40（11）： 20240464.
	WANG H S， LI Y L， XU S J， et al. Flow and heat transfer of aeroengine turbine guide vanes based on fluid-thermal-solid coupling［J］. Journal of Aerospace Power， 2025， 40（11）： 20240464 （in Chinese）.
[18]	郑梅，冯丽娟，秦娜，等. 短舱防冰系统三维内外流耦合计算方法［J］. 航空学报， 2023， 44（1）： 627425.
	ZHENG M， FENG L J， QIN N， et al. 3D computational method for conjugate heat transfer between internal and external flow of nacelle anti-icing system［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2023， 44（1）： 627425 （in Chinese）.
[19]	WENG Z F， YANG J Z， LU X L. A stabilized finite element method for the convection dominated diffusion optimal control problem［J］. Applicable Analysis， 2016， 95（12）： 2807-2823.
[20]	WIDIAWATY C D， SISWANTARA A I， BUDIARSO， et al. A CFD simulation and experimental study： predicting heat transfer performance using SST k-ω turbulence model［C］∥IOP Conference Series： Materials Science and Engineering. Jinan： IOP Publishing， 2020.
[21]	TU Y， WU Y， ZENG Y. Study of flow and heat transfer in an ejector-driven swirl anti-icing chamber［J］. Fluid Dynamics & Materials Processing， 2024， 20（5）： 989-1014.
[22]	秦娜，冯丽娟，尹金鸽，等. 短舱进气道热气防冰系统传热特性研究［J］. 南京航空航天大学学报， 2023， 55（2）： 274-281.
	QIN N， FENG L J， YIN J G， et al. Heat transfer characteristic investigation of nacelle inlet hot air anti-icing system［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics， 2023， 55（2）： 274-281 （in Chinese）.
[23]	郭涛，林丽，朱程香. 基于内外传热耦合的热气防冰系统仿真计算［J］. 航空动力学报， 2016， 31（11）： 2621-2627.
	GUO T， LIN L， ZHU C X. Simulation calculation of hot air anti-icing system based on internal-external comjugate heat transfer［J］. Journal of Aerospace Power， 2016， 31（11）： 2621-2627 （in Chinese）.
[24]	SHANG Y H， LI D， WANG J Y， et al. Mass and heat transport during anti-icing and de-icing processes［J］. Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2023， 40（S1）： 66-83.
[25]	郭之强，郑梅，董威，等. 表面凸起对机翼热气防冰腔内换热强化的影响［J］. 航空学报， 2017， 38（2）： 520709.
	GUO Z Q， ZHENG M， DONG W， et al. Influence of surface convex on heat transfer enhancement of wing hot air anti-icing system［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2017， 38（2）： 520709 （in Chinese）.
[26]	杨世铭，陶文铨. 传热学［M］. 4版. 北京：高等教育出版社， 2006.
	YANG S M， TAO W Q. Heat transfer［M］. 4th ed. Beijing： Higher Education Press， 2006 （in Chinese）.
[27]	LIENHARD J H IV and LIENHARD J H V. A heat transfer textbook［M］. 3rd ed. Cambridge： Phlogiston Press， 2006.
[28]	SCHLUNDER E U. Heat exchanger design handbook［M］. New York： Hemisphere Publishing， 1983.

E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

关于我们

期刊社服务

专业学科

封面文章

友情链接

主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

类型	参数	数值
飞行状态	H/m	6 000
	Ma	0.427
	T_∞/K	263.55
引气	P_tot/Pa	350 000
	T_tot/K	645
	m_nozzle/（kg·s^-1）	0.5

发动机进气道直流喷嘴防冰系统换热特性

Heat transfer characteristics of engine inlet swirl nozzle anti-icing system

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 24

参考文献 28

相关文章 11

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	汪翔宇, 陈显赟, 刘梦琪, 丰镇平. 机动载荷下振动对涡轮叶尖气热特性影响[J]. 航空学报, 2026, 47(8): 132710-132710.
[2]	唐海洋, 任哲钒, 陈宁立, 易贤, 陈志勇. 基于PLE网络的电加热防冰功率分布优化设计[J]. 航空学报, 2026, 47(2): 132179-132179.
[3]	高郭池, 张波, 全敬泽, 尹崇, 丁丽, 姜裕标. 正常类飞机自然结冰试飞适航审定技术[J]. 航空学报, 2024, 45(1): 128531-128531.
[4]	杨秋明, 朱永峰, 陈华伟, 刘晓林. 镂空图案化电加热组件防冰性能试验研究[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729334-729334.
[5]	齐龙舟, 赵鲲, 冯和英, 张俊龙, 覃晨. 不同冲击距离下斜板开槽对超声速射流冲击噪声的影响[J]. 航空学报, 2022, 43(8): 125712-125712.
[6]	丁水汀, 邓长春, 邱天. 中心进气旋转盘腔换热特性对无量纲参数的敏感性分析[J]. 航空学报, 2019, 40(12): 123017-123017.
[7]	郭之强, 郑梅, 董威, 朱剑鋆. 表面凸起对机翼热气防冰腔内换热强化的影响[J]. 航空学报, 2017, 38(2): 520709-520718.
[8]	谭蕾, 谭晓茗, 张靖周. 压电风扇激励非定常流动和换热特性数值研究[J]. 航空学报, 2013, 34(6): 1277-1284.
[9]	胡剑平, 刘振侠, 张丽芬. 发动机整流支板大尺寸过冷水滴撞击特性[J]. 航空学报, 2011, 32(10): 1778-1785.
[10]	岑继文;徐进良. 一种微推力测量的简化处理方法[J]. 航空学报, 2008, 29(2): 297-303.
[11]	郁新华;全栋梁;刘松龄;许都纯;胡主根. 层板结构内部换热特性的研究[J]. 航空学报, 2003, 24(5): 405-410.