Применение модифицированного метода поверхностного сеточного обёртывания для численного моделирования процессов обледенения

DOI: 10.34759/vst-2020-2-29-36

Авторы

Гулимовский И. А.^*, Гребеньков С. А.^**

Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова, ЦИАМ, Авиамоторная ул., 2, Москва, 111116, Россия

*e-mail: brotdieb@yandex.ru
**e-mail: sagrebenkov@ciam.ru

Аннотация

Одной из крайне важных задач численного исследования обледенения является динамическая и автоматическая адаптация сеточной модели под изменяющиеся геометрические размеры обтекаемого тела. При этом необходимо с помощью специальных методов поддерживать требуемый уровень качества элементов; избежать их вырождения и смещения; сохранить особенности решения, такие как макрополости в ледяной структуре и трёхмерная неоднородность по длине поверхности объекта. В настоящей работе предлагается модификация и адаптация к задачам обледенения летательных аппаратов метода поверхностного сеточного обёртывания и его использование на примере модели авиационного крыльевого профиля.

Ключевые слова:

адаптация численной поверхностной сетки, метод обёртывания фасетной модели, реструктуризация сеточной области, обледенение элементов летательного аппарата

Библиографический список

1. Ferschitz H., Wannemacher M., Bucek O., Knöbel F. et al. Development of SLD Capabilities in the RTA Icing Wind Tunnel // SAE International Journal of Aerospace. 2017. Vol. 10. No. 1. DOI: 10.4271/2017-01-9001.

2. Protat A., McFarquhar G.M., Um. J., Delanoë J. Obtaining Best Estimates for the Microphysical and Radiative Properties of Tropical Ice Clouds from TWP-ICE In Situ Microphysical Observations // Journal of Applied Meteorology and Climatology. 2011. Vol. 50. No. 4, pp. 895–915. DOI: 10.1175/2010jamc2401.1

3. Certification Specifications and Acceptable Means of Compliance for Large Aeroplanes CS-25. – European Aviation Safety Agency, Amendment 24, 10 January 2020.

4. Oliver M.J. Validation Ice Crystal Icing Engine Test in the Propulsion Systems Laboratory at NASA Glenn Research Center // 6th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference (16-20 June 2014, Atlanta, GA). AIAA 2014-2898. DOI: 10.2514/6.2014-2898

5. Goriachev A., Zhulin V., Goriachev P., Grebenkov S. Experimental Processing of Methodical Questions of Modeling the Atmospheric Cloud Containing Ice Crystals and Mixed Phase // SAE Technical Paper 2019-01-1922. DOI: 10.4271/2019-01-1922.

6. Kelly D., Habashi W.G., Quaranta G., Masarati P., Fossati M. Ice Accretion Effects on Helicopter Rotor Performance, via Multibody and CFD Approaches // Journal of Aircraft. 2018. Vol. 55. No. 3, pp. 1165–1176. DOI: 10.2514/1.c033962

7. Trontin P., Blanchard G., Kontogiannis A., Villedieu P. Description and assessment of the new ONERA 2D icing suite IGLOO2D // 9th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference (5-9 June 2017, Denver, Colorado). DOI: 10.2514/6.2017-3417

8. Pendenza A., Habashi W.G., Fossati M. A 3D mesh deformation technique for irregular in-flight ice accretion // International Journal for Numerical Methods in Fluids. 2015. Vol. 79. No. 5, pp. 215–242. DOI: 10.1002/fld.4049

9. Pendenza A. A Robust Mesh Deformation Technique for Long-term Ice Accretion Simulations. – McGill University, Montreal, Quebec Department of Mechanical Engineering, 2015. URL: http://digitool.library.mcgill.ca/thesisfile135544.pdf

10. Tong X., Thompson D., Arnoldus Q., Collins E., Luke E. Three-Dimensional Surface Evolution and Mesh Deformation for Aircraft Icing Applications // Journal of Aircraft. 2017. Vol. 54. No. 3, pp. 1047–1063. DOI: 10.2514/1.c033949

11. de Goes F., Martinez A. Mesh wrap based on affine-invariant coordinates // Conference SIGGRAPH’19. No. 4, pp. 1–2. DOI: 10.1145/3306307.3328162

12. Budninskiy M., Liu B., Tong Y., Desbrun M. Spectral Affine-Kernel Embeddings // Computer Graphics Forum «Symposium on Geometry Processing» SGP-2017. Vol. 36. No. 5, pp. 117–129. DOI: 10.1111/cgf.13250

13. Sigal I.A., Hardisty M.R., Whyne C.M. Mesh-morphing algorithms for specimen-specific finite element modeling // Journal of Biomechanics. 2008. Vol. 41. No. 7, pp. 1381–1389. DOI: 10.1016/j.jbiomech. 2008.02.019

14. Lee Y.K., Lim C.K., Ghazialam H., Vardhan H., Eklund E. Surface mesh generation for dirty geometries by the Cartesian shrink-wrapping technique // Engineering with Computers. 2009. Vol. 26. No. 4, pp. 377–390. DOI: 10.1007/s00366-009-0171-0

15. Артемьев А.Ю. Быстрое упрощение 2,5-мерной сетки треугольников с заданной точностью // Вестник Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 6. С. 204-212.

16. Vargas M., Broughton H., Sims J.J., Bleeze B., Gaines V. Local and Total Density Measurements in Ice Shapes // 43rd Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. NASA/TM–2005-213440. AIAA–2005–0657. URL: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20050160244.pdf

17. Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA Journal. 1994. Vol. 32. No. 8, pp. 1598–1605. DOI: 10.2514/3.12149

18. Myers T.G. Extension to the Messinger Model for Aircraft Icing // AIAA Journal. 2001. Vol. 39. No. 2, pp. 211–218. DOI: 10.2514/2.1312

19. Shin J. Characteristics of surface roughness associated with leading-edge ice accretion // Journal of Aircraft. 1996.Vol. 33. No. 2, pp. 316-321. DOI: 10.2514/3.46941

20. Cao Y., Ma C., Zhang Q., Sheridan J. Numerical simulation of ice accretions on an aircraft wing // Aerospace Science and Technology. 2012. Vol. 23. No. 1, pp. 296–304. DOI: 10.1016/j.ast.2011.08.004

21. Hu L., Zhu X., Chen J., Shen X., Du Z. Numerical simulation of rime ice on NREL Phase VI blade // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2018. Vol. 178, pp. 57–68. DOI: 10.1016/j.jweia.2018.05.007