Учет обледенения поверхности крыла из полимерных композиционных материалов при проектных расчетах

Аэродинамические характеристики авиалайнеров напрямую связаны с геометрией и профилем крыла, который в процессе полета может меняться в зависимости от образования льда, что сказывается на эффективности его работы. Учет этого явления — многодисциплинарная задача, требующая корректного решения, вследствие чего она актуальна при проектировании и соответствующих расчетах. Описан процесс получения обледенелой поверхности крыла авиалайнера на основе проведенного расчета задачи внешней аэродинамики. Исследованы форма и геометрия, а также влияние льда на аэродинамические характеристики. Рассмотрены варианты компоновки как целого авиалайнера, так и крыла в отдельности и с двигателем, установленным по классической схеме на пилоне под крылом, при нескольких режимах полета на разных высотах в облаках неодинакового фазового состава (водных и смешанных) с частицами различного диаметра. Данная работа представляет собой часть составляемой методики проектирования крыла из полимерных композиционных материалов на основе параметрического моделирования для стадии проектных расчетов.

Литература

[1] Hann R. UAV Icing: Comparison of LEWICE and FENSAP–ICE for Ice Accretion and Performance Degradation. Atmospheric and Space Environments Conference, AIAA AVIATION Forum, Atlanta, 2018, AIAA Paper no. 2018–2861, pp. 1–8.

[2] Nilamdeen S., Habashi W.G., Aube M.S., Baruzzi G.S. FENSAP–ICE: Modeling of water droplets and ice crystals. 1st AIAA Atmospheric and Space Environments Conference, San Antonio, 2009, AIAA Paper no. 2009–4128, pp. 1–11.

[3] Кашеваров А.В., Левченко В.С., Миллер А.Б., Потапов Ю.Ф., Стасенко А.Л. К гидротермодинамике обледенения профиля в воздушно-кристаллическом потоке. Журнал технической физики, 2018, т. 88, № 6, с. 808–814, doi: 10.21883/JTF.2018.06.46009.2503

[4] Кашеваров А.В., Стасенко А.Л. Обледенение профиля ЛА в воздушно-кристал¬лическом облаке. Матер. XXVIII научно-технической конференции по аэродинамике, Жуковский, 2017. 141 с.

[5] Кашеваров А.В., Моллесон Г.В., Стасенко А.Л. Численные исследования процессов, сопровождающих обледенение ЛА в воздушно-капельных и воздушно-кристал-лических переохлажденных облаках. ХХ Юбилейная Междунар. конф. по вычислительной механике и современным прикладным системам (ВМСППС’2017), 24–31 мая 2017, Алушта, Москва, Изд-во МАИ, 2017, с. 468–469.

[6] Deiler C. Aerodynamic modeling, system identification, and analysis of iced aircraft configurations. Journal of Aircraft, 2018, vol. 55, no. 1, pp. 145–161, doi: 10.2514/1.C034390

[7] McClain S.T., Vargas M., Tsao J. Characterization of Ice Roughness Variations in Scaled Glaze Icing Conditions. 8th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference, Washington, 2016, AIAA Paper no. 2016–3592, pp. 1–14.

[8] Приходько А.А., Алексеенко С.В. Обледенение аэродинамических поверхностей: моделирование воздушно-капельного потока. Авиационно-космическая техника и технология, 2013, № 4(101), c. 59–67.

[9] Kong W., Liu H. Development and theoretical analysis of an aircraft supercooled icing mo¬del. Journal of aircraft, 2014, vol. 51, no. 3, pp. 975–986, doi: 10.2514/1.C032450

[10] Ayan E., Özgen S. In-flight ice accretion simulation in mixed-phase conditions. The Aeronautical Journal, 2018, vol. 122, no. 1249, pp. 409–441, doi: 10.1017/aer.2017.127

[11] Богатырев В.В. Исследование влияния обледенения на аэродинамические характеристики самолета на режиме посадки. Ученые записки ЦАГИ, 2014, т. 45, № 4, c. 37–46.

[12] Han Y., Palacios J. Airfoil-performance-degradation prediction based on nondimensional icing parameters. AIAA Journal, 2013, vol. 51, no. 11, pp. 2570–2581, doi: 10.2514/1.J052207

[13] Приходько А.А., Алексеенко С.В. Обледенение аэродинамических поверхностей: условия возникновения и методики расчета. Авиационно-космическая техника и технология, 2012, № 6(93), c. 37–47.

[14] Hasatizadeh K., Lauretideau E., Paraschivoiu I. Quasi-steady convergence of multistep Navier–Stokes icing simulations. Journal of aircraft, 2013, vol. 50, no. 4, pp. 1261–1274, doi: 10.2514/1.C032197

[15] Алексеенко С.В., Приходько А.А. Численное моделирование обледенения цилиндра и профиля. Обзор моделей и результаты расчетов. Ученые записки ЦАГИ, 2013, т. 44, № 6, с. 25–57.

[16] Dong W., Zhu J., Zheng M., Lei G. L., Zhou Z.X. Experimental study on icing and anti-icing characteristics of engine inlet guide vanes. Journal of propulsion and power, 2015, vol. 31, no. 5, pp. 1330–1337, doi: 10.2514/1.B35679

[17] Борисова Н.А., Горячев Д.В., Кощеев А.Б. Оценка аэродинамических характеристик летательного аппарата при полете в условиях обледенения. Ученые записки ЦАГИ, 2014, т. 45, № 6, с. 43–49.

[18] Богатырев В.В., Левченко В.С. Расчетные исследования влияния формы профилей на их чувствительность к обледенению. Матер. XXIV научно-техн. конф. по аэродинамике, Жуковский, 28 февраля–01 марта 2013, Жуковский, Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского, 2013, с. 60–61.

[19] Ершов А.А. Влияние формы профиля на подъемную силу при обледенении его передней кромки. Матер. XXVII научно-технической конференции по аэродинамике, Жуковский, 21–22 апреля 2016, Жуковский, Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского, 2016, с. 115–116.

[20] Богатырев В.В., Левченко В.С. Расчетные исследования по разработке профилей, аэродинамически устойчивых к условиям обледенения, для перспективных самолетов с прямым крылом. Матер. XXV научно-технической конференции по аэродинамике, Жуковский, 27–28 февраля 2014, Жуковский, Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского, 2014, с. 63–64.

[21] Иванова А.Р. Обледенение двигателей самолетов в ледяных кристаллах: пути решения проблемы. Гидрометеорологические исследования и прогнозы, 2018, № 2(368), с. 95–109.

[22] Norde E., Van Der Weide E.T.A., Hoeijmakers H.W.M. Eulerian method for ice crystalicing. AIAA Journal, 2018, vol. 56, no. 1, pp. 222–234, doi: 10.2514/1.J056184

[23] Клеменков Г.П., Приходько Ю.М., Пузырев Л.Н., Харитонов А.М. Моделирование процессов обледенения летательных аппаратов в аэроклиматических трубах. Теплофизика и аэромеханика, 2008, т. 15, № 4, с. 563–572.

[24] Шакина Н.П., Горлач И.А., Скриптунова Е.Н., Комасько Н.И. Обледенение двигателей самолета в кристаллических облаках: анализ случая. Метеорология и гидрология, 2014, № 2, с. 85–91.

[25] Rios Pabon M.A. Ice crystal ingestion by turbofans. Doctor’s thesis. Philadelphia, Drexel University, 2012. 197 p.

[26] Любченко О.И., Вишнев А.В. Акзигитов Р.А. Cпособы устранения обледенения и выполнения противообледенения воздушного судна. Актуальные проблемы авиации и космонавтики, 2014, т. 1, № 10, с. 201–203.

[27] Nagappan N.M. Numerical modeling of anti–icing using an array of heated synthetic jets. Doctor’s thesis. Daytona Beach, Embry-Riddle Aeronautical University, 2013. 96 p.

[28] Beeram P., Waldman R., Hu H. Ice adhesion measurements of ice mitigation coatings pertinent to aircraft icing. 9th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference, Denver, 2017, AIAA Paper no. 2017–3928, pp. 1–15.

[29] Кривопалова Е.В., Пименова Т.А. Методика изготовления и возможность использования супергидрофобных покрытий в борьбе с обледенением самолета. Матер. XXVIII Научно-технической конференции по аэродинамике, Жуковский, 20–21 апреля 2017, Жуковский, Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского, 2017. 156 с.

[30] Михайловский К.В., Барановски С.В. Определение аэродинамических нагрузок на крыло с учетом основных элементов авиалайнера при параметрическом моделировании. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2018, № 5(122), с. 15−28, doi: 10.18698/0236-3941-2018-5-15-28