Numerical simulation of in-flight icing effect on aerodynamic characteristics of airfoils

During the flight of aircraft, due to special weather and flight conditions, ice accretion is prone to occur. This problem is a major hidden danger affecting flight safety, and it is easy to cause serious accidents. Therefore, the problem of ice accretion is a hot issue for researchers. The main work of this paper includes: the research background of icing problem were discussed, the theories and numerical methods related to airfoil icing process were introduced; afterwards, ANSYS icing platform was built to solve the airfoil icing, and under specific conditions, the numerical results were compared with reference data to make validation; under different tests conditions, the ice shapes, surface pressure coefficients, lift and drag coefficients, etc. were analyzed to judge aerodynamic losses. Numerical results showed that freestream temperature mainly affects ice shape, and higher temperature is easy to produce clear ice; clouds liquid water concentration and flight speed mainly affect icing rate, the higher the water concentration, the faster the flight speed, the faster the icing rate, and the more serious the lift loss and drag growth. Median volume diameter of droplets significantly affects airfoil icing range, the larger the median volume diameter, the larger the icing range. The icing at a small angle of attack has little effect on the airfoils aerodynamic characteristics, instead the icing airfoils at a large angle of attack is prone to stall, resulting in a sharp drop in lift and a huge increase in drag.

Durante il volo dell'aereo, a causa di particolari condizioni meteorologiche e di volo, è probabile che si verifichi l'accumulo di ghiaccio. Questo problema è un grave pericolo nascosto che incide sulla sicurezza del volo ed è facile causare gravi incidenti. Pertanto, il problema dell'accrescimento del ghiaccio è una questione calda per i ricercatori. Il lavoro principale di questo documento include: sono stati discussi i retroscena della ricerca sul problema della formazione di ghiaccio, sono state introdotte le teorie ei metodi numerici relativi al processo di formazione di ghiaccio sui profili aerodinamici; successivamente, è stata costruita la piattaforma di glassa ANSYS per risolvere la formazione di ghiaccio sul profilo alare e, in condizioni specifiche, i risultati numerici sono stati confrontati con i dati di riferimento per effettuare la convalida; in diverse condizioni di prova, sono state analizzate le forme del ghiaccio, i coefficienti di pressione superficiale, i coefficienti di portanza e resistenza, ecc. per giudicare le perdite aerodinamiche. I risultati numerici hanno mostrato che la temperatura del flusso libero influisce principalmente sulla forma del ghiaccio e che una temperatura più elevata è facile da produrre ghiaccio trasparente; la concentrazione di acqua liquida delle nuvole e la velocità di volo influiscono principalmente sulla velocità di formazione di ghiaccio, maggiore è la concentrazione di acqua, maggiore è la velocità di volo, maggiore è la velocità di formazione di ghiaccio e più grave è la perdita di portanza e la crescita della resistenza. Il diametro del volume medio delle goccioline influisce in modo significativo sull'intervallo di glassa del profilo aerodinamico, maggiore è il diametro del volume mediano, maggiore è l'intervallo di glassa. La glassa con un piccolo angolo di attacco ha scarso effetto sulle caratteristiche aerodinamiche dei profili alari, invece i profili alari con ghiaccio con un ampio angolo di attacco tendono allo stallo, con conseguente forte calo della portanza e un enorme aumento della resistenza.