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2014_0925_Aircraft icing in flight- effects of impact of supercooled large droplets

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AIRCRAFTICINGINFLIGHT:EFFECTSOFIMPACTOF

SUPERCOOLEDLARGEDROPLETS

EllenNorde∗,JaccoM.Hospers∗,EdwinvanderWeide∗,HarryW.M.Hoeijmakers∗

∗UniversityofTwente,Enschede,TheNetherlands

Keywords:Icing,Multi-Phase,Splashing,SLD,Eulerian

Abstract

Inthisstudyacomputationalmethodispresented

whichsimulatesthepresenceofaliquidlayer

onanairfoilanditseffectonsplashingofSu-

percooledLargeDroplets(SLD).Thethinliquid

filmisexpectedtohaveasignificantinfluence

ontheimpactbehaviourofSLD.Itwillarise

whentheimpactingdropletsfreezeonlypartially

andleavebehindalayerofrunbackwateron

topoftheicelayer.Theliquidfilmismodelled

usingthewallshearstressandbyassuminga

linearvelocityprofilewithinthewaterlayer.The

shearstressiscalculatedbycouplinganinte-

gralboundary-layermethodtoapotentialflow

method.

TheSLDsplashingmodelisextendedwitha

depositionmodelthataccountsforimpactona

liquidfilmandincludesthesolidificationtimeof

thedroplets.Thissolidificationtimeisobtained

usingmultipleapproacheswhicharebasedonei-

therplanarsolidificationordendriticsolidifica-

tion.Planarsolidificationiscontrolledbydif-

fusionandbasedontheStefanproblemforheat

conduction.Dendriticsolidificationismorerapid

andmostlygovernedbykinetics.

Thecomparisonofthecatchingefficiency

withexperimentalresultsforaNACA-23012air-

foilshowsasignificantimprovementemploying

thenewdepositionmodel.Also,goodagreement

isfoundwiththeexperimentalresultsfortheice

accretiononaNACA-0012airfoil.1Introduction

SupercooledLargeDroplets(SLD)arewater

dropletswithadiameterlargerthan40microns.

Incloudstheycanformthroughmeltingofsnow

orcoalescenceofsmallerdropletsunderinflu-

enceofwindshear.Afterthefatalcrashof

anATR-72commuteraircraftnearRoselawn,

Indianain1994[1]SLDwererecognizedasex-

tremelyhazardous.Thistypeoficingcanoc-

curatdifferentlocationsontheaircraftandis

fasterandmoreunpredictablecomparedtoicing

bysmallerdroplets.ThisyeartheFAAwill

presentthefinalregulationsforSLDicingcon-

ditionsspecifiedinappendixOof14CFRpart

25[2].

Inthepastyearsmuchresearchhasbeen

carriedoutconsideringin-flightSLDicing.

TheEuropeanUnionsponsoredprojectEXTICE

(EXTremeICingEnvironment)[3],thatranfrom

2008until2012,includeddropletimpactexperi-

ments,icingexperimentsandnumericalsimula-

tionswithimprovedSLD-specificmodels.Inthis

frameworktheUniversityofTwentedevelopeda

computationalmethodcapableofpredictingice

accretionduetomulti-dispersedropletdistribu-

tionsofsplashingandreboundingSLDbasedon

anEuleriantrajectorymodel.

Inthepresentpaperthecomputationofa

thinliquidfilmanditseffectonsplashingSLD

viaanimproveddepositionmodelwillbede-

scribedwithwhichtheexistingcomputational

methodhasbeenexpanded.Thenewdeposition

modelhasbeenproposedbyLietal.[4]from

DarmstadtUniversityofTechnologyandtakes

thesolidificationtimeoftheliquidlayerintoac-

1

E.NORDE,J.M.HOSPERS,E.VANDERWEIDE,H.W.M.HOEIJMAKERS

count.Numericalresultsarecomparedwithdata

fromexperimentsbyPapadakisetal.[5]fora

NACA-23012airfoilandwithdataobtainedby

DGAAero-engineTestingfromexperimentsfor

aNACA-0012airfoil.BothDarmstadtUniver-

sityofTechnologyandDGAAero-engineTest-

ingwerepartnersintheEXTICEproject.

2SLDPhysics

BecauseoftherelativelylargesizeofSLD,their

impactbehaviourneedstobetakenintoaccount

inordertomodelthephysicsofSLDaccurately.

Thephenomenaoccurringmayinclude:splash-

ing,rebound,breakup,deformationoracombi-

nationofthese.Incaseofsplashingthedroplets

willbreakupintosmallersecondaryparticles,as

isshowninFig.1,whilethedropletwillbounce

fromthesurfacecompletelyincaseofarebound

event.BeforeSLDhitthesurfacetheycanei-

therdeformorbreakupintosmallerdroplets.In

thecurrentmethodonlysplashingandrebound

areimplementedandpre-impactbreakupandde-

formationareignored.FortheSLDsplashing

modelamass-losscoefficientbyHonseketal.[6]

isused,whilethenumberofsecondarydroplets

andtheirvelocitydistributionhavebeenobtained

fromTrujilloetal.[7].Thereboundmodelis

basedonworkfromBaiandGosman[8].

Thecomputationalmethodsolvesthedroplet

distributionsequentially,thatisfromthebinwith

thelargestdropletstothebinwiththesmallest

droplets.Thisimpliesthatcoalescenceisig-

nored.Thesecondarydropletsthatarecreated

afterasplashingorreboundeventareadded

tothebinwithdropletsthathaveadiameter

correspondingtothediameterofthesecondary

droplets.Ifsplashingorreboundoccurs,inele-

mentsnexttothesurfaceoftheairfoil,thelocal

s󰀄ud󰀄ndds󰀄ud,s

Fig.1:Splashingvariables.re-injectedmassandmomentumareimposedvia

boundaryconditions.

3NumericalMethod

Thenumericalmethodthatformsthestarting

pointforthisresearchhasbeendevelopedby

J.M.Hospers[9,10].ThismethodusesanEu-

leriandroplettrackingapproachincombination

withaFiniteVolumeMethodforunstructured

grids.Adropletsizedistributiondividedintoa

numberofbinswithacertainrangeofdroplet

sizeandatwo-dimensionalpotentialflowfield

solutionwillbeprovidedasinputforthecalcu-

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四种飞机积冰预报方法的比较与分析

四种飞机积冰预报方法的比较与分析

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四种飞机积冰预报方法的比较与分析

作者：葛思源

来源：《价值工程》2017年第14期

摘要： 飞机积冰是对航空飞行安全危害最严重的气象要素之一。本文利用2013年无锡等地的飞机积冰报告资料，对目前常用的四种飞机积冰诊断预报方法进行检验，比较这四种方法对飞机积冰个例预报的准确性。结果表明，仅考虑温湿条件的霜点法对云中过冷水滴含量的影响估计不足，预报效果差，漏报率偏高。修正霜点法对飞机积冰的预报效果明显改善，预报准确率达70.0%以上。假霜点判别法和积冰指数法对飞机积冰有无预报效果均较好，准确率达88%，漏报率也较低。但积冰指数法对积冰强度预报明显偏强，空报率也略偏高。

Abstract： The aircraft icing is one of the most serious meteorological factors to aviation safety.

By using the aircraft icing reports of Wuxi etc. in 2013， this papaer takes an inspection of the four

commonly used methods of aircraft icing diagnosing and forecasting， and the accuracy of the four

methods are compared for the case of aircraft icing prediction. The results show that the frost point

method， which only considers the temperature and humidity conditions， is not enough to estimate

the influence of the supercooled water droplets in the cloud， and the prediction effect is poor， the

玉女真经2

玉女真经2

航线真题

1． Which atmospheric factor causes rapid movement of surface fronts?

B. The cold front overtaking and lifting the warm front

2． 121部 P部分 处于休息期期间的驾驶员： B 不参加飞行，可以参加行政工作，如工会活动

3． *至少有一名驾驶员在所飞机型上航线飞行经历。A 100小时

4． *What condition is necessary for the formation of structural icing in flight?

A, supercooled water drops.

5． Which conditions result in the formation of frost?

A. Temperature of the collecting surface is below the dew point and the

dew point is also below freezing

6． 天气出现在高度where dew point lapse rate and the dry adiabatic lapse rate

coverage?

B. Cloud bases form

7． A prognostic chart depicts the conditions?

C. forecast to exist at a specific time

8． 飞行教员权利错误的是：（只要有给自己签字就是错误的）

9． 哪个不能进入737飞机机长记录

A. 图154； B. 运七机长1年； C. TB教员七年。

10． What is the safest and most effect takeoff and initial climb 2 engine plane

飞机结冰的影响与防除

飞机结冰的影响与防除

作者： 李云川

作者机构： 不详

出版物刊名： 民航管理

页码： 74-76页

年卷期： 2010年 第12期

主题词： 运输飞机 飞行事故 防除 航空公司 国际机场 安全威胁 调查统计 坠毁事故

摘要：随着冬季的来临，飞行中遭遇结冰气象的概率逐渐增大，低温、冻雨、冰雪霜等天气

成为航班运行严重的安全威胁。据NTSB调查统计，在民航运输飞机因结冰而引起的飞行事故

中，灾难性事故占事故总数的56％以上。1985年，某航空公司一架DC9客机，机翼上大约有

4mm厚的冰未被除掉，起飞后冰脱离结冰部位，被两台发动机吸入，导致双发喘震停车，发生

坠毁事故；1992年某航空公司一架HD飞机完成除冰后35分钟，在未进行二次除冰的情况下起

飞，机翼表面污染导致飞机坠毁；2005年，某公司B737客机在米德伟国际机场着陆时遭遇暴

雪，撞出机场围墙，冲入附近道路。The impact of aircraft icing and the deicing

严酷结冰气象条件下临界冰形的确定方法

严酷结冰气象条件下临界冰形的确定方法

严酷结冰气象条件下临界冰形的确定方法

赵铁英

【摘 要】严酷结冰气象条件是指FAR25部第140号修正案(Amdt.25-140)给出的结冰气象条件,美国联邦航空局(FAA)、欧洲航空安全局(EASA)和中国民用航空局(CAAC)均建议并计划对航空器实施该类结冰气象条件下的适航性要求.本文重点介绍了该修正案中提出的结冰气象条件中各相关气象参数的要求和规定,并对部分参数进行了初步研究.同时还探讨了在严酷结冰气象条件下飞机机翼前缘临界冰形的确定方法.

【期刊名称】《航空科学技术》

【年(卷),期】2018(029)008

【总页数】5页(P48-52)

【关键词】结冰气象条件;临界冰形;过冷大水滴

【作 者】赵铁英

【作者单位】中国航空工业集团有限公司民机产业部适航处,北京 100028

【正文语种】中 文

【中图分类】V212.1

飞机在结冰气象条件下飞行时，在飞机的迎风表面会形成冰积聚，即飞机发生结冰。飞机的表面结冰会破坏飞机的气动外形，降低飞机的升阻比，威胁飞机的飞行安全。

以往（FAR25部第140修正案（Amdt.25-140修正案颁布之前）开展民用航空器结冰研究时采用的结冰气象条件通常是中国民用航空规章第25部R4版中附录C规定的“连续最大结冰”和“间断最大结冰”结冰条件，涉及到的最大平均水滴直径在50μm以下。Amdt.25-140修正案对民用飞机结冰的气象条件提出了更加严酷的条件[1]，要求将在飞机表面形成结冰的云层中的液态水滴直径尺寸最大增大到1000μm，并计划在未来的25部适航规章中增加25.1420条和附录O（主要是过冷大水滴）等相应的适航性要求。这些适航性要求对从事飞机结冰研究的技术人员而言是新的要求，也是较为严峻的考验。因此，应尽早开展相关的研究，掌握满足相关适航性要求的设计和符合性验证方法，促进国内民用航空器防除适航性设计和验证技术的快速发展。

1 常规结冰气象条件

在美国联邦航空局（FAA）正式颁布Amdt.25-140《飞机和发动机合格审定要求：过冷大水滴、混合相、冰晶结冰气象条件》修正案之前，关于运输类飞机结冰气象条件的规定，依据的均是FAR25部的附录C第I部分“大气结冰条件”。在该附录中对需要进行结冰影响符合性验证的飞机，影响其结冰速率、结冰量及结冰形状的气象条件主要是指云层液态水含量、云层水滴平均有效直径和周围空气温度三类气象条件变量[2]。