Application of numerical simulation methods for reduction of aircrafts ice protection systems energy consumption

Sergey Alekseyenko, Оleg Yushkevich
2018 Tehnologìčnij Audit ta Rezervi Virobnictva  
Об'єктом дослідження є процеси гідроаеродинаміки та тепломасопереносу, що відбуваються при зледенінні літальних апаратів під час польоту в несприятливих метеорологічних умовах, а також системи захисту від зледеніння. Одним з проблемних місць в розробках систем захисту від зледеніння є мінімізація їх енергоспоживання при забезпеченні безпеки польотів. В ході дослідження було використано розроблене програмно-методичне забезпечення, яке дозволяє моделювати процеси зледеніння літальних апаратів.
more » ... альних апаратів. Для опису зовнішнього повітряно-крапельного потоку, а також випадіння вологи на обтічну поверхню застосовано підхід на основі рівнянь Нав'є-Cтокса та моделі взаємопроникних середовищ. Чисельне моделювання процесу наростання криги виконано з використанням методу поверхневих контрольних об'ємів, що базується на рівняннях нерозривності, збереження кількості руху та енергії. Результати проведених досліджень представлені на прикладі обтікання профілю крила NACA 0012 в'язким стисливим повітряно-крапельним потоком. Отримані більш точні розподіли основних параметрів потоку на межі пограничного шару, конвективного теплообміну вздовж обтічної поверхні, а також основних величин, що входять до рівнянь масових та теплових балансів. Це пов'язано з тим, що запропонований похід враховує в'язкість та стисливість потоку, а також має ряд особливостей при описі зовнішнього потоку. Зокрема використовується модифікована модель турбулентності Spalart-Allmaras, що враховує шорсткість стінки. Завдяки цьому забезпечується можливість визначення коефіцієнта конвективного теплообміну за отриманим розподілом температурного поля. У порівнянні з відомими традиційними методами, що використовують інтегральні співвідношення, такий підхід дозволяє враховувати передісторію потоку, може бути застосований у випадку досить великих швидкостей і складних крижаних форм, у задачах у тривимірній постановці. Також такий підхід дає можливість визначити аеродинамічні характеристики профілів з наростами криги з урахуванням шорсткості поверхні. Результати роботи можуть бути використані при оптимізації роботи систем захисту від зледеніння та визначення шляхів зменшення енергетичних витрат при роботі таких систем. Ключові слова: зледеніння аеродинамічних поверхонь, системи захисту від зледеніння, математичне моделювання процесу наростання криги. Alekseyenko S., Yushkevich O.
doi:10.15587/2312-8372.2018.145298 fatcat:ymyqcuvokndetfbkrlf6a6xsgq