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Study of the trajectories of ice shed by deicing system around aircraft engine

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El Sahely, Hassan (2019). Study of the trajectories of ice shed by deicing system around aircraft engine. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

The problem of ice accretion caused accidents and incidents to aircraft over the past decades. Solving the problem of ice accretion employing de-icing and anti-icing devices will remove the accumulated ice but the problem of unknown trajectories of the detached particles appears. The flown particles represent a great hazard on the aircraft which yields risk depending on the vulnerability of aircraft parts. The vulnerable aircraft parts are the wing, the rear fuselage, the stabilizers, and the rear-mounted engines. In order to mitigate the risk, a study of the trajectories of those particles is introduced. The objective of this research is to study the trajectories around a wing by changing the angle of attack and the sweepback angle. The goal is to calculate the minimal number of ice trajectories to correctly predict a footprint map at the inlet section of the engine using the Monte-Carlo method. A numerical approach is used to accomplish this study. The random trajectories of the ice particles are calculated using a 3D Panel Method (3DPM) flow field around the wing. To determine the zones behind the wing where the ice particles have the most passage probability, a Monte-Carlo method is utilized. In this research, the calculations are done through a probabilistic study of the footprints to determine their probability distribution's shape. Once the shape is known, a normality test is done on the shape of the Probability Distribution Function (PDF) called the Kolmogorov-Smirnov test. After determining the shape and the type of the PDFs, a study on the mean and variance for every PDF is done to check the minimal number of trajectories to fulfill the Monte-Carlo method. The 3DPM flow field is validated against the literature as well as the footprint distribution behind the wing. The effect of the angle of attack, as well as the sweepback angle on ice particle trajectories, is shown. The increase of the angle of attack shifts the trajectories upward while the sweepback makes the footprint map less noisy. Finally, 500 trajectories were found enough to predict a footprint map.

Titre traduit

Étude des trajectoires des particules de glace par système de dégivrage autour du moteur de l’avion

Résumé traduit

Le problème de l’accumulation de glace a causé des accidents et des incidents aux aéronefs au cours des dernières décennies. La résolution du problème de l’accumulation de glace à l’aide de dispositifs de dégivrage et d’antigivrage permettra d’éliminer la glace accumulée, mais le problème des trajectoires inconnues des particules détachées apparaît. Les particules de glace représentent un grand danger pour l’aéronef. Le risque varie en fonction de la vulnérabilité des pièces de l’aéronef. Les parties vulnérables de l’avion sont l’aile, le fuselage arrière, les stabilisateurs et les moteurs montés à l’arrière. Afin d’atténuer le risque, une étude des trajectoires des particules est introduite. L’objectif de cette recherche est d’étudier les trajectoires autour d’une aile en changeant l’angle d’attaque et l’angle de flèche. Le but est de calculer le nombre minimal de trajectoires de glace pour prédire correctement une carte d’empreinte à la section d’entrée du moteur en utilisant la méthode de Monte-Carlo. Une approche numérique est utilisée pour réaliser cette étude. Les trajectoires aléatoires des particules de glace sont calculées à l’aide d’un champ de vitesse calculé par la méthode des panneaux 3D (3DPM). Pour déterminer les zones derrière l’aile où les particules de glace ont la plus grande probabilité de passage, une méthode de Monte-Carlo est utilisée. Dans cette recherche, les calculs sont effectués au moyen d’une étude probabiliste des empreintes pour déterminer la forme de leur distribution de probabilité. Une fois la forme connue, un test de normalité est effectué sur la forme de la fonction de distribution de probabilité (PDF) appelé le test Kolmogorov-Smirnov. Après avoir déterminé la forme et le type des PDF, une étude sur la moyenne et la variance pour chaque PDF est effectuée pour vérifier le nombre minimal de trajectoires nécessaire pour la méthode de Monte-Carlo. Le champ d'écoulement de 3DPM est validé par rapport à la littérature ainsi qu’à la répartition de l’empreinte derrière l’aile. L’effet de l’angle d’attaque, ainsi que l’angle de flèche sur les trajectoires de particules de glace, est montré. L’augmentation de l’angle d’attaque déplace les trajectoires vers le haut tandis que la flèche rend la carte d’empreinte moins bruitée. Enfin, 500 trajectoires sont suffisantes pour prévoir une carte d’empreinte.

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 engineering concentration aerospace". Comprend des références bibliographiques (pages 77-79).
Mots-clés libres: accumulation de glace, PDF, carte d'empreinte, méthode de Monte-Carlo
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Morency, François
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 18 févr. 2020 20:20
Dernière modification: 18 févr. 2020 20:20
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2448

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