|
DOI: 10.14489/vkit.2025.09.pp.014-022
Павленко О. В., Февральских А. В., Кинса С. Б., Йе Х.
ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ И ЦИФРОВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОБЛЕДЕНЕНИЯ НА АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРЫЛА В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ ЗНАЧЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
(с. 14-22)
Аннотация. Среди различных воздействий окружающей среды на летательные аппараты обледенение до сих пор представляет наибольшую опасность. Намерзание льда на поверхности крыла приводит к изменению его несущих свойств за счет изменения геометрической формы поверхности крыла, что вызывает изменение структуры аэродинамического обтекания. Обледенение самолетов чаще всего происходит при полетах в облаках, поскольку связано с наличием воды в капельножидком состоянии. Представлены результаты геометрического и цифрового моделирования процессов нарастания льда на поверхности крыла в широком диапазоне температур (0…–14 С), выполненных в программном комплексе ANSYS по результатам цифрового моделирования на основе численного решения уравнений движения водно-воздушной среды по методу контрольных объемов. Цифровое моделирование нарастания льда на поверхности крыла выполнено с использованием программы FENSAP-ICE. Сравнение расчетных и экспериментальных данных показало удовлетворительное согласование результатов. Определены геометрические характеристики формы ледяных наростов при различных значениях температур для заданных величин водности и угла атаки. Предложена математическая модель для описания геометрических характеристик поверхности крыла с учетом обледенения в зависимости от температуры. По результатам цифрового моделирования разработана математическая модель, выражающая зависимость между геометрической характеристикой ледяного нароста – его протяженностью вдоль хорды крыла – от температуры. Определен характерный вид зависимости приращения массы крыла от температуры. Показан характер влияния льда на аэродинамические характеристики – сопротивление и аэродинамическое качество крыла. Результаты работы рекомендуются для использования в цифровом моделировании аэродинамики и динамики движения летательных аппаратов в условиях обледенения.
Ключевые слова: геометрическое моделирование; цифровое моделирование; обледенение крыла.
Pavlenko O. V., Fevralskih A. V., Kinsa S. B., Ye H.
GEOMETRIC AND DIGITAL MODELING OF THE ICING EFFECT ON THE WING AERODYNAMIC CHARACTERISTICS IN A WIDE RANGE OF TEMPERATURE VALUES
(pp. 14-22)
Abstract. Icing is the most dangerous among environmental impacts on aircraft. The freezing of ice on the surface of the wing leads to a change in its bearing properties, due to a change in the geometric shape of the wing surface, which leads to a change in the structure of the aerodynamic flow. Aircraft icing most often occurs when flying in clouds mainly due to the presence of water in a droplet-like state. The results of geometric and digital modeling of ice build-up processes on the wing surface in a wide temperature range 0…–14 °C are presented. The modeling was performed in the ANSYS software package based on the results of digital modeling. Digital modeling of ice build-up on the wing surface was performed using the FENSAP-ICE program. A comparison of the calculated and experimental data showed a satisfactory agreement of the results. The geometric characteristics of the shape of ice growths at different temperatures for the specified values of water content and angle of attack were determined. A mathematical model to describe the geometric characteristics of the wing surface, taking into account icing as a function of temperature was proposed. Based on the results of digital modeling, a mathematical model that expresses the dependence between the geometric characteristic of an ice outgrowth – its length along the chord of the wing – and temperature has been developed. The characteristic type of dependence of the wing mass increment on temperature was determined. The nature of the influence of ice on the aerodynamic characteristics – drag and aerodynamic quality of the wing – was shown. The results of the work are recommended for use in digital modeling of aerodynamics and dynamics of aircraft movement in icing conditions.
Keywords: Geometric modeling; Digital modeling; Wing icing.
О. В. Павленко (Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. Жуковского, г. Жуковский, Московская обл., Россия)
А. В. Февральских (Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Москва, Россия)
С. Б. Кинса, Х. Йе (Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Долгопрудный, Московская область, Россия) E-mail:
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
O. V. Pavlenko (Central Aerohydrodynamic Institute named after Professor N. E. Zhukovsky, Zhukovsky, Russia)
A. V. Fevralskih (Moscow Aviation Institute (National Research University), Moscow, Russia)
S. B. Kinsa, H. Ye (Moscow Institute of Physics and Technology, Dolgoprudny, Russia) E-mail:
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
1. Противообледенительные системы летательных аппаратов / Р. Х. Тенишев, Б. А. Строганов, В. С. Савин и др. // М.: Машиностроение, 1967. 320 с.
2. Физика облаков / А. М. Боровиков, И. И. Гай¬воронский, Е. Г. Зак и др. // Ленинград: Гидрометеоиздат, 1961. 459 с.
3. Пчелко И. Г., Боровиков А. М. Результаты обработки микроструктурных наблюдений для облаков с обледенением и без обледенения // Труды ЦИП. № 80. М.: Гидрометеоиздат, 1959.
4. Трунов О. К. Обледенение самолетов и средства борьбы с ним. М.: Машиностроение, 1965. 247 с.
5. Abel G. C. Report of First (+Second, + Third) Year on Development of Flight Testing Techniques for Finding and Measuring Natural Icing Conditions // ARC C.P. No. 221–223. 1956–1958.
6. Messinger B. L. Equilibrium Temperature of an Unheated icing Surface as a Function of Air Speed // Journal of the Aeronautical Sciences. 1953. V. 20(1). P. 29–42.
7. Pueyo A., Brette C., Sherry Sh., Iyad Akel I. A Comparison Exercise of Ice Accretion Simulations with 2D and 3D Solvers // SAE Aircraft & Engine Icing International Conference. September 24–27, 2018. Seville, Spain, 2018.
8. Численное исследование влияния обдува воздушными винтами на концах крыла большого удлинения на образование льда / И. А. Амелюшкин, О. В. Павленко, А. В. Февральских и др. // Ученые записки ЦАГИ. 2023. Т. 54, № 3. С. 10–21.
9. A New k-e Eddy-Viscosity Model for High Reynolds Number Turbulent Flows – Model Development and Validation / T. H. Shih, W. W. Liou, A. Shabbir et al. // Computers Fluids. V. 24(3). 1995. P. 227–238.
10. Wolfshtein M. The Velocity and Temperature Distribution in One-Dimensional Flow with Turbulence Augmentation and Pressure Gradient // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1969. V. 12(3). P. 301– 318.
11. Evdeev S., Akay H., Ozgen S. Rime Ice Shape Predictions Using OPENFOAM // 9th Ankara International Conference. 20–22 September 2017. Ankara, Turkey.
12. Агульник А. Б., Индрулентайте Я. А. Опыт применения программного комплекса FENSAP-ICE для моделирования обледенения крыла самолета // Полярная механика. 2016. № 3. С. 236–246.
13. Beaugendre H., Morency F., Habashi W. FENSAP-ICE’s Three-Dimensional In-Flight Ice Accretion Module: ICE3D // Journal of Aircraft. 2003. V. 40(2). P. 239–247.
14. FENSAP-ICE: A fully – 3D In-Flight Icing Simulation System for Aircraft, Rotocraft and UAVS / W. Habashi, M. Aubé, G. Baruzzi et al. // 24TH International Congress of the Aeronavtical Sciences. 9 August – 3 September, 2004. Yokohama, Japan, 2004.
1. Tenishev, R. Kh., Stroganov, B. A., Savin, V. S., et al. (1967). Aircraft anti-icing systems. Mashinostroenie. [in Russian language]
2. Borovikov, A. M., Gaivoronsky, I. I., Zak, E. G., et al. (1961). Cloud physics. Gidrometeoizdat. [in Russian language]
3. Pchelko, I. G., & Borovikov, A. M. (1959). Results of processing microstructural observations for clouds with and without icing. Trudy TsIP, 80. Gidrometeoizdat. [in Russian language]
4. Trunov, O. K. (1965). Aircraft icing and means to combat it. Mashinostroenie. [in Russian language]
5. Abel, G. C. (1956-1958). Report of first (+second, + third) year on development of flight testing techniques for finding and measuring natural icing conditions (ARC C.P. No. 221-223).
6. Messinger, B. L. (1953). Equilibrium temperature of an unheated icing surface as a function of air speed. Journal of the Aeronautical Sciences, 20(1), 29–42.
7. Pueyo, A., Brette, C., Sherry, S., & Akel, I. I. (2018, September 24-27). A comparison exercise of ice accretion simulations with 2D and 3D solvers [Conference presentation]. SAE Aircraft & Engine Icing International Conference, Seville, Spain.
8. Amelyushkin, I. A., Pavlenko, O. V., Fevralskikh, A. V., et al. (2023). Numerical study of the influence of propeller airflow on the wingtips of high aspect ratio wings on ice formation. Uchenye Zapiski TsAGI, 54(3), 10–21. [in Russian language]
9. Shih, T. H., Liou, W. W., Shabbir, A., et al. (1995). A new k-e eddy-viscosity model for high Reynolds number turbulent flows – Model development and validation. Computers Fluids, 24(3), 227–238.
10. Wolfshtein, M. (1969). The velocity and temperature distribution in one-dimensional flow with turbulence augmentation and pressure gradient. International Journal of Heat and Mass Transfer, 12(3), 301–318.
11. Evdeev, S., Akay, H., & Ozgen, S. (2017, September 20-22). Rime ice shape predictions using OPENFOAM [Conference presentation]. 9th Ankara International Conference, Ankara, Turkey.
12. Agulnik, A. B., & Indrulenaite, Ya. A. (2016). Experience of using FENSAP-ICE software complex for modeling aircraft wing icing. Polyarnaya Mekhanika, (3), 236–246. [in Russian language]
13. Beaugendre, H., Morency, F., & Habashi, W. (2003). FENSAP-ICE's three-dimensional in-flight ice accretion module: ICE3D. Journal of Aircraft, 40(2), 239–247.
14. Habashi, W., Aubé, M., Baruzzi, G., et al. (2004, August 29-September 3). FENSAP-ICE: A fully 3D in-flight icing simulation system for aircraft, rotorcraft and UAVs [Conference presentation]. 24th International Congress of the Aeronautical Sciences, Yokohama, Japan.
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 700 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/vkit.2025.09.pp.014-022
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 700 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/vkit.2025.09.pp.014-022
and fill out the form
.
|
Текущий номер
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»