Сертификация самолётов транспортной категории для эксплуатации в условиях обледенения в России ранее проводилась в рамках требований Приложения «С» к «Авиационным правилам» АП-25. Во введённом в действие с 2023 года, взамен АП-25, документе «Нормы лётной годности» (НЛГ-25) добавлено и Приложение «О».
Отличительной особенностью Приложения «О» является необходимость проведения расчетов в условиях большой водности и с крупными каплями воды (500 мкм и более). При таких параметрах дисперсного потока определяющими становятся такие физические процессы, как срыв и разбрызгивание плёнки воды при попадании в неё крупных капель. Поток дисперсной среды в таких условиях является существенно полидисперсным. В данной работе описываются модификации методики расчета обледенения самолетов IceVision, реализованной на базе программного комплекса FlowVision, необходимые для проведения расчётов обледенения самолётов в рамках Приложения «О».
Главное отличие методики IceVision от известных подходов заключается в использовании технологии Volume Of Fluid (VOF – объем жидкости в ячейке) для отслеживания изменения формы льда. Внешнее обтекание самолёта рассчитывается одновременно с нарастанием льда и его прогревом. Лёд присутствует в расчётной области явно, в нем решается уравнение теплопереноса. В отличие от лагранжевых подходов, в IceVision эйлерова расчётная сетка не перестраивается полностью. Изменение объема льда сопровождается только модификацией ячеек сетки, через которые проходит контактная поверхность.
В версии IceVision 2.0 реализованы учет срыва водяной плёнки, а также отскока и разбрызгивания падающих капель на поверхности самолета и льда. Диаметр вторичных капель рассчитывается с использованием известных эмпирических корреляций. Скорость течения пленки воды по поверхности определяется с учетом действия аэродинамических сил, силы тяжести, градиента гидростатического давления и силы поверхностного натяжения. Результатом учета поверхностного натяжения является эффект поперечного стягивания плёнки, приводящий к образованию потоков воды в форме ручейков и ледяных отложений в виде гребнеобразных наростов. На поверхности льда выполняется балансовое соотношение, учитывающее энергию падающих капель, теплообмен между льдом и воздухом, теплоту кристаллизации, испарения, сублимации и конденсации. В работе приводятся результаты решения тестовых и модельных расчетных задач, демонстрирующие эффективность методики IceVision и достоверность полученных результатов.
Статья "Методика расчета обледенения воздушных судов в широком диапазоне климатических и скоростных параметров. Применение в рамках норм лётной годности НЛГ-25" опубликована в журнале Компьютерные исследования и моделирование, 2023, т. 15, № 4, с. 957-978
Авторы: К. Э. Сорокин (1), А. А. Аксёнов (2), С. В. Жлуктов (2), А. А. Бабулин (3), В. И. Шевяков (3)
1. ООО "ТЕСИС", Москва, Россия
2. Объединённый институт высоких температур РАН, Москва, Россия,
3. ПАО «Корпорация «Иркут» Филиал «Региональные самолёты», Москва, Россия
Скачать PDF 2896КБ
Журнал "Компьютерные исследования и моделирование": ссылка
Статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Unported License.