cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2023-26-4-8-20caht-2219Research ArticleТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫTRANSPORTATION SYSTEMSОпределение наиболее опасных режимов полета летательных аппаратов в условиях обледененияDetermination of the most dangerous flight modes of aircraft in icing conditionsБоковС. Р.BokovS. R.

Боков Сергей Романович, преподаватель кафедры аэродинамики, конструкции и прочности летательных аппаратов 

г. Москва

 

Sergey R. Bokov, Lecturer of the Chair of Aerodynamics, Design and Strength of Aircraft

Moscow

s.bokov@mstuca.aeroЕфимовВ. В.EfimovV. V.

Ефимов Вадим Викторович, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры аэродинамики, конструкции и прочности летательных аппаратов

г. Москва 

Vadim V. Efimov, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of the Chair of Aerodynamics, Design and Strength of Aircraft

Moscow

 

v.efimov@mstuca.aeroМосковский государственный технический университет гражданской авиацииРоссияMoscow State Technical University of Civil AviationRussian Federation202328082023264820Copyright © Боков С.Р., Ефимов В.В., 20232023Боков С.Р., Ефимов В.В.Bokov S.R., Efimov V.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/2219

В данной работе объектом исследования является обледенение поверхностей воздушных судов при полете в атмосфере. На многих легких летательных аппаратах, а также на беспилотных воздушных судах массой менее 30 кг отсутствуют бортовые противообледенительные системы. Тем не менее с данными летательными аппаратами происходят авиационные события, которые являются следствием их обледенения. Поэтому определение наиболее опасных режимов полета летательных аппаратов в условиях обледенения является актуальной задачей. Ввиду высокой стоимости проведения летных испытаний и невозможности охвата всех возможных событий из-за их потенциальной опасности, сложности создания условий полета воздушных судов в условиях обледенения на земле в настоящем исследовании был использован метод математического моделирования. Для решения поставленной задачи в рамках работы проведен анализ норм летной годности гражданских легких самолетов, самолетов транспортной категории, винтокрылых аппаратов нормальной и транспортной категории, проведено исследование влияния различных параметров на толщину нарастания льда с помощью вычислительного эксперимента, проведенного на разработанном авторами статьи программном обеспечении. На основе результатов вычислительного эксперимента были получены зависимости толщины льда от различных параметров обледенения, была разработана методика определения сочетания высот и скоростей полета воздушного судна, при которых на поверхности летательных аппаратов при прочих равных условиях образуется лед наибольшей толщины. Обладание данной информацией позволит экипажу летательного аппарата и специалистам по управлению воздушным движением избегать наиболее опасных режимов полета с точки зрения обледенения. 

In this paper, the object of research is the icing of aircraft surfaces during flight in the atmosphere. On many light aircraft, as well as on unmanned aircraft weighing less than 30 kg, there are no on-board de-icing systems. Nevertheless, aviation events occur with these aircraft, which are a consequence of their icing. Therefore, determining the most dangerous flight modes of aircraft in icing conditions is an urgent task. In view of the high cost of conducting flight tests and the impossibility of covering all possible events due to their potential danger, the complexity of creating flight conditions for aircraft in icing conditions on the ground, the mathematical modeling method was used in this study. To solve this problem, the analysis of the airworthiness standards of civil light aircraft, transport category aircraft, rotorcraft of normal and transport category was carried out within the framework of the work, the influence of various parameters on the thickness of ice build-up was investigated using a computational experiment conducted on the software developed by the authors of the article. On the basis of the results of the computational experiment, the dependences of the ice thickness on various icing parameters were obtained, a method was developed for determining the combination of heights and flight speeds of an aircraft, at which ice of the greatest thickness is formed on the surface of aircraft, other things being equal. Possession of this information will allow the aircraft crew and air traffic control specialists to avoid the most dangerous flight modes in terms of icing. 

обледенение воздушных судовматематическая модельвычислительный экспериментлетная эксплуатацияicingmathematical modelcomputational experimentflight operationReferencesCao Y., Tan W., Wu Z. Aircraft icing: An ongoing threat to aviation safety // Aerospace Science and Technology. 2018. Vol. 75. Pp. 353–385. DOI: 10.1016/j.ast.2017.12.028Cao, Y., Tan, W., Wu, Z. (2018). Aircraft icing: An ongoing threat to aviation safety. Aerospace Science and Technology, vol. 75, pp. 353–385. DOI: 10.1016/j.ast.2017.12.028Bragg M.B., Perkins W.R., Sarter N.B. и др. An interdisciplinary approach to inflight aircraft icing safety // 36th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, NV, U.S.A., 12–15 January 1998. Pp. 12–15. DOI: 10.2514/6.1998-95Bragg, M.B., Perkins, W.R., Sarter, N.B. et al. (1998). An interdisciplinary approach to inflight aircraft icing safety. In: 36th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, NV, U.S.A., pp. 12–15. DOI: 10.2514/6.1998-95Leckman P.R. Qualification of light aircraft for flight in icing conditions // SAE Transaction. 1971. Vol. 80, Section 3: Papers 710368–710618. Pp. 1503–1525.Leckman, P.R. (1971). Qualification of light aircraft for flight in icing conditions. SAE Transaction, vol. 80, Section 3: Papers 710368– 710618, pp. 1503–1525.Ratvasky T.P., Ranaudo R.J. Icing effects on aircraft stability and control determined from flight data, preliminary results [Электронный ресурс] // 31st Aerospace Sciences Meeting. Reno, NV, USA, 11–14 January 1993. DOI: 10.2514/6.1993-398 (дата обращения: 03.11.2022).Ratvasky, T.P., Ranaudo, R.J. (1993). Icing effects on aircraft stability and control determined from flight data, preliminary results. In: 31st Aerospace Sciences Meeting. Reno, NV, USA. DOI: 10.2514/6.1993-398 (accessed: 03.11.2022).Ide R. The measurement of aircraft performance and stability and control after flight through natural icing conditions / R. Ide, A. Reehorst, R. Ranaudo, K. Mikkelsen, R. Mcknight [Электронный ресурс] // 3rd Flight Testing Conference and Technical Display. Las Vegas, NV, U.S.A., 02–04 April 1986. DOI: 10.2514/6.1986-9758 (дата обращения: 03.11.2022).Ide, R., Reehorst, A., Ranaudo, R., Mikkelsen, K., Mcknight, R. (1986). The measurement of aircraft performance and stability and control after flight through natural icing conditions. In: 3rd Flight Testing Conference and Technical Display. Las Vegas, NV, U.S.A. DOI: 10.2514/6.1986-9758 (accessed: 03.11.2022).Cole J., Sand W. Statistical study of aircraft icing accidents [Электронный ресурс] // 29th AIAA, Aerospace Sciences Meeting. Reno, NV, USA, 07–10 January 1991. DOI: 10.2514/6.1991-558 (дата обращения: 03.11.2022).Cole, J., Sand, W. (1991). Statistical study of aircraft icing accidents. In: 29th AIAA, Aerospace Sciences Meeting, Reno, NV, USA. DOI: 10.2514/6.1991-558 (accessed: 03.11.2022).Czernkovich N. Understanding in-flight icing // Transport Canada Aviation Safety Seminar, 17 November 2004. Pp. 1–21.Czernkovich, N. (2004). Understanding in-flight icing. In: Transport Canada Aviation Safety Seminar, pp. 1–21.Vukits T. Overview and risk assessment of icing for transport category aircraft and components [Электронный ресурс] // 40th AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit. Reno, NV, USA, 14–17 January 2002. P. 811. DOI: 10.2514/6.2002-811 (дата обращения: 03.11.2022).Vukits, T. (2002). Overview and risk assessment of icing for transport category aircraft and components. In: 40th AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit. Reno, NV, USA, p. 811. DOI: 10.2514/6.2002-811 (accessed: 03.11.2022).Кощеев А.Б., Платонов А.А., Хабров А.В. Аэродинамика самолетов Ту-204/214. Москва: Туполев: Полигон-Пресс, 2009. 304 с.Koshcheev, A.B., Platonov, A.A., Khabrov, A.V. (2009). Aerodynamics of TU-204/214 aircraft. Moscow: Tupolev: Poligon-Press, 304 p. (in Russian)Алексеенко С.В., Юшкевич О.П. Обледенение аэродинамических поверхностей: моделирование форм крупных ледяных наростов // Металознавство та термічна обробка металів. 2018. № 4 (83). С. 16–24. DOI: 10.30838/J.PMHTM.2413.261218.16.560Alekseenko, S.V., Yushkevich, O.P. (2018). Icing of aerodynamic surfaces: modelling the shape of large ice growths. Physical Metallurgy and Heat Treatment of Metals, no. 4 (83), pp. 16–24. DOI: 10.30838/J.PMHTM.2413.261218.16.560 (in Russian)Алексеенко С.В., Приходько А.А. Численное моделирование обледенения цилиндра и профиля. Обзор моделей и результаты расчетов // Ученые записки ЦАГИ. 2013. Т. 44, № 6. С. 25–57.Alekseenko, S.V., Prikhodko, A.A. (2013). Cylinder and profile numerical simulation icing. Models and calculation results overview. Uchenye zapiski TsAGI, vol. 44, no. 6, pp. 25–57. (in Russian)Гусев П.П., Антонов Н.В. Влияние обледенения на полеты вертолетов // Актуальные проблемы гуманитарных и социально-экономических наук. 2016. Т. 10, № S1. С. 90–92.Gusev, P.P., Antonov, N.V. (2016). Icing effect on helicopter flights. Aktualnyye problemy gumanitarnykh i sotsialno-ekonomicheskikh nauk, vol. 10, no. S1, pp. 90–92. (in Russian)Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 753 с.Matveev, L.T. (1984). General meteorology course. Atmosphere physics. Leningrad: Gidrometeoizdat, 753 p. (in Russian)Матвеев Л.Т., Смирнов П.И. Основы авиационной метеорологии. М.: Воениздат, 1955. 336 с.Matveev, L.T., Smirnov, P.I. (1955). Aviation meteorology fundamentals. Moscow: Voenizdat, 336 p. (in Russian)Тенишев Р.Х., Строганов Б.А., Савин В.С. и др. Противообледенительные системы летательных аппаратов. Основы проектирования и методы испытаний. М.: Машиностроение, 1967. 320 с.Tenishev, R.Kh., Stroganov, B.A., Savin, V.S. et al. (1967). Aircraft anti-icing systems. Design Fundamentals and Test Methods. Moscow: Mashinostroyeniye, 320 p. (in Russian)Тимофеева М.В., Титов Д.Е. Развитие моделей оценки ледяных отложений на проводах воздушных линий электропередачи // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2017. Т. 13, № 4. С. 37–45.Timofeeva, M.V., Titov, D.E. (2017). Development of models for estimating ice deposits on power lines. Elektrotekhnicheskiye i informatsionnyye kompleksy i sistemy, vol. 13, no, 4, pp. 37–45. (in Russian)Шевяков В.И. К вопросу обеспечения безопасности полетов в условиях обледенения // Научный Вестник МГТУ ГА. 2011. № 172. С. 148–152.Shevyakov, V.I. (2011). Relating to flight safety in ice conditions. Civil Aviation High Technologies, no. 172, pp. 148–152. (in Russian)Calvo-Schwarzwälder M., Myers T.G., Hennessy M.G. The one-dimensional Stefan problem with non-Fourier heat conduction [Электронный ресурс] // International Journal of Thermal Sciences. 2020. Vol. 150. ID: 106210. DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2019.106210 (дата обращения: 03.11.2022).Calvo-Schwarzwälder, M., Myers, T.G., Hennessy, M.G. (2020). The one-dimensional Stefan problem with non-Fourier heat conduction. International Journal of Thermal Sciences. 2020, vol. 150, ID: 106210. DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2019.106210 (accessed: 03.11.2022).Myers T.G. Extension to the Messinger model for aircraft icing // Aeronautics I Astronautics Journal. 2001. Vol. 39, no. 2. Pp. 211–218. DOI: 10.2514/2.1312Myers, T.G. (2001). Extension to the Messinger model for aircraft icing. Aeronautics I Astronautics Journal, vol. 39, no. 2, pp. 211–218. DOI: 10.2514/2.1312

The authors declare that there are no conflicts of interest present.