DOI: https://doi.org/10.30838/J.PMHTM.2413.250918.10.393

До проблеми визначення ступеня впливу зледеніння на літальний апарат

S. V. Alekseenko, O. P. Yushkevich

Анотація


Анотація. Постановка проблеми.Питання якісного та кількісного визначення ступеня негативного впливу зледеніння на літальний апарат під час польоту в заданих метеорологічних умовах, який має певні компоновку, конфігурацію і розміри, є  досить  складним  і  все  ще  залишається  далеким  від  завершення.  Для  вирішення  цієї  проблеми  в  роботі  запропоновано комплексний підхід, заснований на розроблених методиці і програмно-методичному забезпеченні, які дозволяють чисельно моделювати  процеси  зледеніння  аеродинамічних  поверхонь  літальних  апаратів.  При  описі  руху  повітряно-крапельного потоку  запропоновано  підхід,  заснований  на  розв’язанні  усереднених  за  Рейнольдсом  рівнянь  Нав'є−Стокса  з використанням  моделі  турбулентності  Спаларта−Аллмараса.  В  рамках  цього  підходу  рух  переохолоджених  крапель  води описано за допомогою моделі взаємопроникних середовищ. Чисельне моделювання процесу наростаннякриги на обтічній поверхні  виконано  з  використанням  методу  поверхневих  контрольних  обсягів,  заснованих  на  рівняннях  нерозривності, збереження  кількості  руху  і  енергії. Результати  розрахунків. Проведено  систематичні  багатопараметричні  дослідження процесів обмерзання  на  прикладі  профілю  NACA  0012  в  широкому  діапазоні  параметрів. Висновки. Проілюстрована можливість  застосування  отриманих  результатів  при  забезпеченні  безпеки  польотів,  проектуванні  систем  захисту  від зледеніння,  згідно  з  правилами,  що  містяться в  нормативній  документації.  Систематизація  результатів,  які  можуть  бути отримані для певного літального апарату, в тому числі обладнаного системою захисту від зледеніння, дозволить об'єктивно, швидко  і  точно  аналізувати  небезпеку  зледеніння  за  запланованим  маршрутом  на  всіх  етапах  польоту  в  відомих метеорологічних  умовах,  а  також  під  час  польоту,  з  використанням  поточних  даних  стану  атмосфери,  виробляти рекомендації щодо зміни плану польоту.


Ключові слова


безопасность полетов; обледенение летательных аппаратов; интенсивность обледенения; численное моделирование; осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье−Стокса.

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Jeck R.K. A History and Interpretation of Aircraft Icing Intensity Definitions and FAA Rules for Operating in Icing Conditions.Technical report, DOT/FAA/AR-01/91,November,2001,43 p.

Aeronautical Information Manual (AIM), updated annually; Federal Aviation Administration, Washington, DC 20590.

Federal Aviation Regulations, in “Code of Federal Regulations, Title 14, Aeronautics and Space” updated periodically; Federal Aviation Administration, Washington, DC 20590.

Alekseyenko S.V. and Prikhod’ko A.A. Mathematical Modeling of Ice Body Formation on the Wing Airfoil Surface :monograph.Fluid Dynamics,2014, vol. 49, no.6, pp. 715–732.

Prikhod’ko A.A. and Alekseyenko S.V. Numerical Simulation of the Processes of Icing on Airfoils with Formation of a “Barrier” Ice. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, vol. 87, iss. 3, 2014, pp. 598–607. DOI:10.1007/s10891-014-1050-0.

Alekseyenko S.V. and Prykhod’ko O.A. Numerical simulation of icing of a cylinder and an airfoil: model review and computational results.TsAGI Science Journal, vol. 44, iss. 6,2013, pp. 761–805.

Lewis W. Meteorological Aspects of Aircraft Icing.Compendium of Meteorology. American Meteorological Society, Boston, Massachusetts,1951, pp. 1197–1203.

Thompson J.K. All-Weather Flight Concern of the Pilot and Weather Forecaster : monograph. Aeronautical Engineering Review,July,1956,66 p.

Mitchell L.V. Aircraft Icing-A New Look.Aerospace Safety. Published by the U. S. Air Force,Dec.,1964, pp. 9–11.

Werner J.B. Ice Protection Investigation for Advanced Rotary-Wing Aircraft. USAAMRDL Technical Report 73–38, published by U.S. Army Air Mobility Research and Development Laboratory, Fort Eustis, Virginia, August,1973, pp. 113–124.

Rosemount Model 871FN/512AG Icing Rate System, Product Data Sheet 2517 (Rev. June 1998), B.F. Goodrich Aircraft Sensors Division, 14300 Judicial Road, Burnsville, MN 55306.

FAA Inflight Aircraft Icing Plan,April,1997,Federal Aviation Administration, 800 Independence Ave., S.W., Washington, DC 20590.

SpalartP.R. andAllmarasS.R. A one-equation turbulence model for aerodynamic flow: monograph.AIAA Paper, no.92,0439,1992,22 p.

Aupoix B. and Spalart P.R. Extensions of the Spalart-Allmaras Turbulence Model to Account for Wall Roughness.International Journal of Heat and Fluid Flow, vol. 24,2003, pp. 454–462.

Alekseyenko S., SinapiusM., SchulzM. and PrykhodkoO.Interaction of Supercooled Large Droplets with Aerodynamic Profile.SAE Technical Paper,2015–01–2118, 2015,12 р.

Alekseyenko S.V., Mendig C., Schulz M., Sinapius M. and Prikhod’ko A.A. An Experimental Study of Freezing of a Supercooled Water Droplet on a Solid Surface. Technical Physics Letters, 2016, vol. 42, no. 5, pp. 524–527. DOI:10.1134/S1063785016050187.

Roe P.L. Annual review of fluid mechanics,1986, vol. 18, pp. 337–365.

Advisory Circular of Federal Aviation Administration 20-73А. Aircraft ice protection, August16, 2006,233 р.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Jeck  R. K.  A  History  and  Interpretation  of  Aircraft  Icing  Intensity  Definitions  and  FAA  Rules  for  Operating  in  Icing Conditions / R. K. Jeck // Technical report, DOT/FAA/AR-01/91. –November,2001. –43 p.

2. Aeronautical Information Manual (AIM), updated annually; Federal Aviation Administration, Washington, DC 20590.

3. Federal Aviation Regulations, in “Code of Federal Regulations, Title 14, Aeronautics and Space” updated periodically; Federal Aviation Administration, Washington, DC 20590.

4.  Mathematical  Modeling  of  Ice  Body  Formation  on  the  Wing  Airfoil  Surface  :  monograph  /  [S.  V.  Alekseyenko, A. A. Prikhod’ko]. // Fluid Dynamics,2014. –Vol. 49. – №6. – Р. 715–732.

5.  Prikhod’ko A.  A.  Numerical  Simulation  of  the  Processes  of  Icing  on  Airfoils  with  Formation  of  a  “Barrier”  Ice  / A. A. Prikhod’ko, S. V. Alekseyenko // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. –Vol. 87, iss.3. – 2014 – Рp. 598–607. DOI:10.1007/s10891-014-1050-0.

6. Alekseyenko  S. V.  Numerical  simulation  of  icing  of  a  cylinder  and  an  airfoil:  model  review  and  computational  results  / S. V. Alekseyenko, O. A. Prykhod’ko // TsAGI Science Journal. –Vol. 44, iss. 6. –2013. –Pp. 761–805.

7. Lewis  W.  Meteorological  Aspects of  Aircraft  Icing /  W.  Lewis //  Compendium of Meteorology. American  Meteorological Society, Boston, Massachusetts. –1951. –Pp. 1197–1203.

8.  Thompson  J.  K.  All-Weather  Flight  Concern  of  the  Pilot  and  Weather Forecaster :  monograph /  J.  K.  Thompson  // Aeronautical Engineering Review. –July,1956. –66 p.

9. Mitchell L. V. Aircraft Icing-A New Look / L. V. Mitchell // Aerospace Safety. Published by the U. S. Air Force. –Dec.,1964. –Pp. 9–11.

10. Werner  J.  B. Ice  Protection  Investigation  for  Advanced  Rotary-Wing  Aircraft  /  J.  B.  Werner  //  USAAMRDL  Technical Report 73–38. Published by U.S. Army Air Mobility Research and Development Laboratory, Fort Eustis, Virginia. –August,1973. –Pp. 113–124.

11. RosemountModel 871FN/512AG Icing Rate System, Product Data Sheet 2517 (Rev. June 1998), B. F. Goodrich Aircraft Sensors Division, 14300 Judicial Road, Burnsville, MN 55306.

12. FAA  Inflight  Aircraft  Icing  Plan. – April, 1997. – Federal  Aviation  Administration,  800 Independence  Ave.,  S.  W., Washington, DC 20590.

13. A one-equation turbulence model for aerodynamic flow: monograph/ [P. R. Spalart, S. R. Allmaras]// AIAA Paper. – №92.–0439. –1992. –22 p.

14. Aupoix B. Extensions of the Spalart-Allmaras Turbulence Model to Account for Wall Roughness / B. Aupoix, P. R. Spalart // International Journal of Heat and Fluid Flow. –Vol. 24. –2003. –Pp. 454–462.

15. Alekseyenko  S.  Interaction  of  Supercooled  Large  Droplets  with  Aerodynamic  Profile  /  S.  Alekseyenko,  M.  Sinapius, M. Schulz, O. Prykhodko // SAE Technical Paper 2015–01–2118, 2015. –12 р.

16.  Alekseyenko  S.  V.  An  Experimental  Study  of  Freezing  of  a  Supercooled  Water  Droplet  on  a  Solid  Surface  / S. V. Alekseyenko, C. Mendig, M. Schulz, M. Sinapius, A.A. Prikhod’ko // Technical Physics Letters. –2016. –Vol. 42. – №5. –Рp. 524–527. DOI:10.1134/S1063785016050187.

17. Roe P. L. Annual review of fluid mechanics/ P. L. Roe. –1986. –Vol. 18. –Pp. 337–365.

18. Advisory Circular of Federal Aviation Administration 20-73А. Aircraft ice protection. – August16, 2006. –233 р.