Моделирование обледенения БПЛА

Провести моделирование обледенения трехмерной модели беспилотного летательного аппарата и проанализировать воздействие обледенения на его характеристики.

Обледенение представляет серьезную угрозу безопасности полетов, особенно в условиях отрицательных температур и высокой влажности. Накопление льда на летательном аппарате (ЛА) не только увеличивает его вес, ухудшая аэродинамические характеристики, но и создает риск попадания отколовшегося льда в двигатель. Для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) эта проблема особенно актуальна, так как замерзание критически важных датчиков контроля движения может привести к полной потере управления. Кроме того, традиционные системы защиты от обледенения, используемые на больших самолетах, зачастую не применимы к малогабаритным БПЛА.

Поскольку обледенение представляет значительную опасность для безопасности и устойчивости полета, крайне важно изучать его влияние. Условия обледенения возникают при наличии в воздухе переохлажденных жидких капель воды, которые замерзают при контакте с поверхностью ЛА. Интенсивность обледенения определяется такими параметрами, как средний диаметр капель, их концентрация и температура окружающей среды, что влияет на тип льда и скорость образования наледи. Учитывая, что обледенение часто приводит к непоправимой потере БПЛА, современные средства трехмерного моделирования обледенения являются важным инструментом для оценки его влияния и подтверждения соответствия ЛА требованиям безопасности.

Рассматривается моделирование обтекания беспилотного летательного аппарата при следующих значениях параметров: скорость набегающего потока 67.5 м/c, T = -26C, водность LWC = 1 г/м3, MVD = 20 мкм, время моделирования 240 секунд. Расчет проводился с использованием OpenFOAM в симметричной постановке; визуализация течения выполнена в Paraview. На рисунке 1 показана модель БПЛА и изменение его характеристик с учетом обледенения. На рисунке 2 приведена визуализация льда и структура обтекания летательного аппарата.

a)

б)

• На примере обтекания модели БПЛА показано влияние обледенения на его характеристики. Коэффициент подъемной силы снизился на 20%. Масса увеличилась на 250 г за 4 минуты полета.
• Исследование помогло выявить области обледенения БПЛА при разных углах атаки.
• Проведенное моделирование показывает, что при проектировании и использовании БПЛА необходимо учитывать возможный эффект обледенения и закладывать это в систему стабилизации и управления.