Численное моделирование работы электротепловой противообледенительной системы беспилотной авиационной системы

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Калюлин С. Л.*, Бабушкина А. В.**, Серегина М. А.***

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, ПНИПУ, Комсомольский проспект, 29, Пермь, 614990, Россия

*e-mail: ksl@pstu.ru
**e-mail: annvikoz@mail.ru
***e-mail: sereginarita@gmail.com

Аннотация

В статье описана методика численного расчета обледенения с электротепловой противообледенительной системой для крыла беспилотной авиационной системы, которую можно применять для трехмерных расчетов обледенения для различных типов БАС: мультироторного, вертолетного, самолетного типов, автожир, VTOL, гибрид и др. Исследовано влияние работы электротепловой ПОС при обогреве передней кромки крыла, состоящего из обшивки, тепло-электроизоляции и нагревательной сетки. Определено, что при повышении нагрева может образовываться барьерный лед на стыке обогреваемой и необогреваемой зон. Показано, что обогрев тепловым потоком 400 Вт/м2 передней кромки крыла на скорости 140 м/с и при температуре –10°C позволяет повысить температуру наружной обшивки до 5 °C и предотвратить образование льда. 

Ключевые слова:

беспилотные авиационные системы, электротепловая противообледенительная система, численное моделирование обледенения и таяния льда, толщина льда на поверхностях крыла, барьерный лед, методика сопряженного теплообмена при обледенении, трёхмерное моделирование обледенения в ANSYS

Список источников

  1.  Белоусов И.Ю., Корнушенко А.В., Кудрявцев О.В. и др. Влияние воздушного винта на аэродинамические характеристики и шарнирные моменты отклоненной механизации крыла в условиях обледенения // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 4. С. 7-21. DOI: 10.34759/vst-2022-4-7-21
  2.  Гулимовский И.А., Гребеньков С.А. Применение модифицированного метода поверхностного сеточного обёртывания для численного моделирования процессов обледенения // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 2. С. 29-36. DOI: 10.34759/vst-2020-2-29-36
  3.  Павленко О.В., Пигусов Е.А. Особенности применения тангенциального выдува струи на поверхность крыла летательного аппарата в условиях обледенения // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 2. С. 7-15. DOI: 10.34759/vst-2020-2-7-15
  4.  Эзрохи Ю.А., Каджардузов П.А. Математическое моделирование рабочего процесса авиационного газотурбореактивного двигателя в условиях обледенения элементов его проточной части // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 4. С. 123-133. DOI: 10.34759/vst-2019-4-123-133
  5.  Модорский В.Я., Калюлин С.Л., Саженков Н.А. Экспериментальная установка для оценки влияния обледенения и разрушения льда на вибрационное состояние модельного вентилятора малогабаритного летательного аппарата // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 4. С. 19-26. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=177603
  6.  Жигулин И.Е., Емельяненко К.А., Сатаева Н.Е. Применение супергидрофобных покрытий для борьбы с обледенением аэродинамических поверхностей самолёта // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 1. С. 200-212. DOI: 10.34759/vst-2021-1-200-212
  7.  Кошелев К.Б., Мельникова В.Г., Стрижак С.В. Разработка решателя iceFoam для моделирования процесса обледенения // Труды Института системного программирования РАН. 2020. Т. 32. № 4. С. 217–234. DOI: 10.15514/ISPRAS-2020-32(4)-16
  8.  Алексеенко С.В., Приходько А.А. Численное моделирование обледенения цилиндра и профиля. Обзор моделей и результаты расчетов // Ученые записки ЦАГИ. 2013. Т. XLIV. № 6. С. 25–57.
  9.  Hannat R., Morency F. Numerical validation of CHT3D/CFX in anti-/de-icing piccolo system // 4th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference (25-28 June 2012; New Orleans, Louisiana). DOI: 10.2514/6.2012-2678
  10.  Villalpando F., Reggio M., Ilinca A. Prediction of ice accretion and anti-icing heating power on wind turbine blades using standard commercial software // Energy. 2016. Vol. 114, pp. 1041–1052. DOI: 10.1016/j.energy.2016.08.047
  11.  Dong W., Zhu J., Zheng M., et al. Experimental study on icing and anti-icing characteristics of engine inlet guide vanes // Journal of Propulsion and Power. 2015. Vol. 31. No. 5, pp. 1330-1337. DOI: 10.2514/1.B35679
  12.  Богатырев В.В. Исследование влияния обледенения на аэродинамические характеристики самолета на режиме посадки // Ученые записки ЦАГИ. 2014. Т. 45. № 4. С. 37-46.
  13.  Миляев К.Е., Семенов С.В., Балакирев А.А. Обзор способов борьбы с обледенением в авиационных двигателях // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2019. № 59. С. 5–18. DOI: 10.15593/2224-9982/2019.59.01
  14.  Саразов А.В., Жучков Р.Н. Разработка методики моделирования процесса образования инея в пакете программ ЛОГОС // Супервычисления и математическое моделирование: сборник трудов XVII Международной конференции (15–19 октября 2018; Саров). Саров: Изд-во РФЯЦ – ВНИИЭФ, 2019. С. 480–489. DOI: 10.53403/9785951504418_480
  15.  Калюлин С.Л., Саженков Н.А., Модорский В.Я. и др. Численное моделирование газодинамических и прочностных характеристик вентилятора для экспериментальной установки по исследованию разрушения льда на вращающихся рабочих лопатках // Вестник ПНИПУ. Механика. 2023. №1. C. 134-141. DOI: 10.15593/perm.mech/2023.1.13 
  16.  Караджузов П.А., Эзрохи Ю.А. Влияние обледенения на характеристики двухконтурных ГТД в условиях ледяных кристаллов, Авиационные двигатели. 2019. № 1(2). С. 75-81.
  17.  Рогожин В.Б. Лезова А.А., Лезов А.А. и др. Методы борьбы с обледенением беспилотных летательных аппаратов // Аэрокосмическое приборостроение и эксплуатационные технологии: Сборник докладов IV Международной научной конференции (04–21 апреля 2023; Санкт-Петербург). СПб.: Изд-во СПб ГУАП, 2023. С. 97-101. DOI: 10.31799/978-5-8088-1820-0-2023-4-2-97-101
  18.  Зинченко В.П., Зинченко Н.П., Шиков М.В. и др. Актуальные вопросы создания современных систем контроля обледенения самолета // Адаптивні системи автоматичного управління. 2011. Т. 18. № 38. С. 129-139.
  19. Чепусов П.А., Малая Е.В. Применение беспилотной авиации в исследованиях Арктики // Научный Лидер. 2021. № 14(16). С. 41-47. URL: https://scilead.ru/article/341-primenenie-bespilotnoj-aviatsii-v-issledovaniy
  20.  Калюлин С.Л. Расчетно-экспериментальное моделирование процессов обледенения элементов авиационных двигателей при вибрациях: Дисс. ... канд. техн. наук. Пермь, 2023. 121 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2025