Определение наиболее опасных режимов полета летательных аппаратов в условиях обледенения

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. 

1. Cao 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.2017.12.028

2. Bragg 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: 10.2514/6.1998-95

3. Leckman P.R. Qualification of light aircraft for flight in icing conditions // SAE Transaction. 1971. Vol. 80, Section 3: Papers 710368–710618. Pp. 1503–1525.

4. 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).

5. 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).

6. 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).

7. Czernkovich N. Understanding in-flight icing // Transport Canada Aviation Safety Seminar, 17 November 2004. Pp. 1–21.

8. 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).

9. Кощеев А.Б., Платонов А.А., Хабров А.В. Аэродинамика самолетов Ту-204/214. Москва: Туполев: Полигон-Пресс, 2009. 304 с.

10. 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.2413.261218.16.560

11. 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.

12. 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.

13. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 753 с.

14. Матвеев Л.Т., Смирнов П.И. Основы авиационной метеорологии. М.: Воениздат, 1955. 336 с.

15. 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.

16. 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.

17. Шевяков В.И. К вопросу обеспечения безопасности полетов в условиях обледенения // Научный Вестник МГТУ ГА. 2011. № 172. С. 148–152.

18. 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).

19. Myers T.G. Extension to the Messinger model for aircraft icing // Aeronautics I Astronautics Journal. 2001. Vol. 39, no. 2. Pp. 211–218. DOI: 10.2514/2.1312