Решение задачи дозвукового обтекания аэродинамической поверхности двухфазным вязким сжимаемым потоком с учетом взаимодействия фаз

Обеспечение безопасности полетов и экономической эффективности летательных аппаратов ставит перед разработчиками и производителями авиационной техники задачи улучшения аэродинамических характеристик самолетов путем организации оптимального обтекания фюзеляжа и несущих поверхностей для всех возможных составов компонентов набегающего потока. Согласно статистическим данным, число летных происшествий, возникающих вследствие опасных воздействий внешней среды, в общем балансе аварийности в авиации весьма значительное. Как правило, такие происшествия происходят из-за образования льда на аэродинамических поверхностях летательных аппаратов. Поэтому изучение влияния обледенения на аэродинамические характеристики летательного аппарата и создание математических моделей, позволяющих определить формы образования льда даже на этапе проектирования воздушного судна, являются такими задачами, решение которых в значительной степени увеличит безопасность полетов. Исследована математическая модель процессов обледенения аэродинамических поверхностей летательных аппаратов в трехмерной постановке, основанная на решении системы уравнений Навье — Стокса с учетом анализа траекторий движения переохлажденных капель. Математическая модель реализована с использованием программного комплекса ANSYS FENSAP-ICE. Приведены результаты расчета обледенения профиля NACA 0012 для различных вариантов обтекания. Выполнено сравнение результатов расчета с данными других авторов.

Литература

[1] Мещерякова Т.П. Проектирование систем защиты самолетов и вертолетов. Москва, Машиностроение, 1977. 232 с.

[2] Aircraft icing handbook. 2000. 97 p.

[3] Стасенко А.Л., Толстых А.И., Широбоков Д.А. К моделированию оледенения самолета: динамика капель и поверхность смачивания. Математическое моделирование, 2001, т. 13, № 6, с. 81–86.

[4] User Manual for NASA Glenn Ice Accretion Code LEWICE. National Aeronautics and Space Administration, Createspace Independent Publishing Platform, 2002. 425 p.

[5] Алексеенко С.В., Приходько А.А. Численное моделирование обледенения цилиндра и профиля. Обзор моделей и результатов расчетов. Ученые записки ЦАГИ, 2013, № 6, с. 25–57.

[6] Приходько А.А., Алексеенко С.В. Обледенение аэродинамических поверхностей: моделирование воздушно-капельного потока. Авиационно-космическая техника и технология, 2013, № 4(101), с. 59.

[7] Ali M., Kara K., Mohiudeen A. Determination of Water Droplet Collection Efficiency: An Empirical Model. Conference Paper of AIAA Atmospheric Flight Conference, January 2017, doi: 10.2514/6.2017-1869

[8] Spalart P.R., Allmaras S.R. A one-equation turbulence model for aerodynamic flows. Recherche Aerospatiale, 1994, is. 1, pp. 5–21.

[9] Bourgault Y., Beaugendre E., Habashi W.G., Lepage C.Y., Croce G. FENSAP-ICE: A New Equilibrium Model for Ice Accretion, including Film Runback and Conjugate Heat Transfer. Proceedings of the Fourth European Computational Fluid Dynamics Conference, Athens, September 1998, vol. 1, pt. 2, pp. 723–728.

[10] Bourgault Y., Habashi W.G., Dompierre J., Baruzzi G.S. A finite element method study of Eulerian droplets impingement models. International Journal of Numerical Methods in Fluids, 1999, vol. 29, is. 4, pp. 429–449, doi: https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0363(19990228)29:4<429::AID-FLD795>3.0.CO;2-F

[11] Kim J.W., Garza Dennis P., Sankar L.N., Kreeger R.E. Ice accretion modeling using an Eulerian approach for droplet impingement. 51st AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2013, Grapevine, TX, United States, 7–10 January 2013, code 98224.

[12] Wright W.B. LEWICE 2.2 Capabilities and Thermal Validation. 40th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 2002, Reno, NV, United States, 14–17 January 2002, code 102855.

[13] Kinzel M.P., Sarofeen C.M., Noack R.W., Kreeger R.E. A finite-volume approach to modeling ice accretion. 28th AIAA Applied Aerodynamics Conference, Chicago, IL, United States, 28 June–1 July 2010, code 82594.

[14] Wright W.B., Rutkowski A. Validation results for LEWICE 2.0. NASA Contractor Report, 1999-208690, 1999.

[15] Silva G.A.L., Silvares O.M., Zerbini E.J.G.J. Ice Accretion and Wing Anti-Icing System Simulation. First Workshop on Aviation Safety (WAS), June 1st–2nd 2012, Rio de Janeiro, RJ, Brazil, 2012.