2D ice trajectory in the flow field of Joukowski airfoil

Kamousi Alamdari, Mahdi (2018). 2D ice trajectory in the flow field of Joukowski airfoil. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Inflight icing and ice shedding as an important problem in the aviation industry have been studying in recent decades both experimentally and numerically. In recent years, the numerical approach has been privileged to simulate ice accretion and ice piece trajectory due to its cost and time efficiency. This study aims to investigate the influence of the different characters of the ice piece and airfoil on the probability of ice ingestion by an aft-mounted engine. In this order, the flow field of the Joukowski airfoil and 2D trajectory of a square plate ice piece in this flow field will be simulated.

Velocity field of Joukowski airfoil is simulated and used to compute aerodynamic forces on the square plate ice piece. Trajectories for square plate ice particles in uniform flow fields are compared with the literature to validate the developed code. As the ice shedding is associated with uncertainties regarding its initial conditions, Monte-Carlo method is used to have a statistical study on this phenomenon. Ice pass probability map around the airfoil is generated to investigate the influence of airfoils’ parameters such as thickness, camber and angle of attack as well as the influence of ice’s shape and mass on the trajectory of the ice piece. Ice shedding is investigated separately for upside and downside of the leading edge.

Initial condition of ice shedding is found to be an important factor in ice trajectories. Results show that ice ingestion probability by engine changes for different set of parameters of airfoil and ice piece. Thicker and more curved airfoils impose less ice ingestion risk. Airfoil’s angle of attack has different influence on the probability map depending on the location of the ice shedding. Rectangular and sphere ice particles are more likely than square ice pieces to pass through the engine. Also it is shown that Magnus effect has an important influence on the ice trajectories which cannot be ignored in ice trajectory simulations.

Titre traduit

Trajectoire 2D de la glace dans un écoulement autour d'un profil de Joukowski

Résumé traduit

Le givrage en vol et le dégivrage sont des problèmes important dans l'industrie de l'aviation et ont été étudié ces dernières décennies expérimentalement et numériquement. Au cours des dernières années, l'approche numérique a été privilégiée pour simuler la création de la glace et la trajectoire des pièces de glace en raison de son coût et de son efficacité temporelle. Cette étude vise à étudier l'influence des différents paramètres de la pièce de glace et du profil aérodynamique sur la probabilité d'ingestion de glace par un moteur monté à l'arrière d’un avion. Pour y parvenir, le profil d'écoulement de Joukowski et la trajectoire 2D d'une pièce de glace carrée dans ce champ d'écoulement seront étudiés.

Le champ de vitesse autour d’un profil de Joukowski est simulé et sera utilisé pour calculer les forces aérodynamiques sur la pièce de glace carrée. Les trajectoires des particules de glace en forme de plaques carrées dans des champs d'écoulement uniformes sont comparées à la littérature pour valider l’approche numérique. Comme le dégivrage est associé à des incertitudes sur les conditions initiales, la méthode de Monte-Carlo est utilisée pour faire une étude statistique sur le phénomène étudié. La probabilité de collision de glace autour du profil aérodynamique est calculée pour étudier l'influence des paramètres aérodynamiques tels que l'épaisseur, la courbure et l'angle d'attaque ainsi que l'influence de la forme et de la masse de la glace sur la trajectoire de la glace. Le dégivrage est étudié séparément pour l’intrados et l’extrados du bord d'attaque.

Les conditions initiales du dégivrage sont un facteur important dans les trajectoires de glace. Les résultats montrent que la probabilité d'ingestion de glace varie en fonction des paramètres de l'aile et de la pièce de glace. Les profils plus épais et plus incurvés imposent moins de risqué d'ingestion de glace. L'angle d'attaque du profil aérodynamique a une influence différente sur la probabilité d’ingestion en fonction de l'emplacement du dégivrage. Les particules de glace rectangulaires et sphériques sont plus susceptibles de frapper le moteur que les morceaux de glace carrés. En outre, il est démontré que l'effet Magnus a une influence importante sur les trajectoires de la glace qui ne peut être ignorée dans les simulations.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master's degree with thesis in mechanical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 115-117).
Mots-clés libres:	CFD, trajectoire de la glace, profil de Joukowski, ingestion de glace, givrage en vol, dégivrage.
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Morency, François
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	01 nov. 2018 15:41
Dernière modification:	01 nov. 2018 15:41
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2106

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