К проблеме определения степени влияния обледенения на летательный аппарат

Abstract

RU: Постановка проблемы. Вопрос качественного и количественного определения степени негативного влияния обледенения на летательный аппарат при полете в заданных метеорологических условиях, имеющий определенные компоновку, конфигурацию и размеры, является достаточно сложным и все еще остается далеким от завершения. Для решения это проблемы в работе предложен комплексный подход, основанный на разработанных методике и программно-методическом обеспечении, позволяющих численно моделировать процессы обледенения аэродинамических поверхностей летательных аппаратов. При описании воздушно-капельного потока предложен подход, основанный на решении осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье−Стокса с использованием модели турбулентности Спаларта−Аллмараса, в рамках которого движение переохлажденных капель воды описано с помощью модели взаимопроникающих сред. Численное моделирование процесса нарастания льда на обтекаемой поверхности выполнено с использованием метода поверхностных контрольных объемов, основанный на уравнениях неразрывности, сохранения количества движения и энергии. Результаты расчетов. Проведены систематические многопараметрические исследования процессов обледенения на примере профиля NACA 0012 в широком диапазоне параметров. Выводы. Проиллюстрирована возможность применения полученных результатов при обеспечении безопасности полетов, проектировании систем защиты от обледенения, согласно правилам, содержащимся в нормативной документации. Систематизация результатов, которые могут быть получены для определенного летательного аппарата, в том числе оборудованного системой защиты от обледенения, позволит объективно, быстро и точно анализировать опасность обледенения по запланированному маршруту на всех этапах полета в известных метеорологических условиях, а также во время полета, с использованием текущих данных состояния атмосферы, вырабатывать рекомендации по изменению плана полета.

UK: 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 наростання криги 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.

EN: Statement of the problem. The question of the qualitative and quantitative determination of the degree of negative influence of icing on the aircraft during the flight in adverse meteorological conditions, which has a specific layout, configuration and size, is quite complex and still remains far from completion. To solve this problem, an integrated approach based on the developed methodology and software support, which allows numerical simulation of the icing processes of the aerodynamic surfaces of aircraft has been proposed. When describing the airborne flow, an approach based on solving Reynolds-averaged Navier−Stokes equations using the Spalart−Allmaras turbulence model, in which the motion of supercooled water droplets is described using an interpenetrating media model, was proposed. Numerical simulation of the icing process on a streamlined surface was performed using the method of surface control volumes, based on the equations of continuity, conservation of momentum and energy. Calculation results. Systematic multiparameter studies of icing processes in a wide range of parameters using as an example of the NACA 0012 profile were carried out. Conclusions. The possibility of applying the obtained results in ensuring flight safety, designing deicing/antiicing protection systems, according to the regulatory documentation rules, was illustrated. Systematization of the results that can be obtained for a given aircraft, including one equipped with an ice protection system, will allow objectively, quickly and accurately analyze the danger of icing along the planned route during all phases of flight in known meteorological conditions, as well as during flight, using current data on the state of the atmosphere, to develop recommendations for changing the flight plan.