Обледеніння літака є розповсюдженим явищем, яке негативно впливає на аеродинамічні показники літака та може призвести до катастрофи. Найточнішим та найефективнішим варіантом для дослідження цього впливу є проведення досліджень в аеродинамічній трубі, але такі дослідження пов’язані із великими затратами ресурсів та часу на підготовку моделей для експерименту та оброблення отриманих результатів.

Сучасні методі чисельного розрахунку аеродинамічних характеристик дозволяють суттєво прискорити процес інженерного проектування, але методи, що використовуються в таких програмах, можуть бути не прилаштованими до розрахунків моделей із формою, що при обледенінні поверхні, є далекою від ідеальної з точки зору аеродинаміки. Тому різні засоби розрахунку повинні бути протестованими на можливість їх використання.

Метою роботи було розрахувати в програмі ANSYS Fluent аеродинамічні характеристики аеродинамічного профілю транспортного літака із різними формами льоду, що утворюється на передній поверхні, із експериментальними результатами дослідження в аеродинамічній трубі АТ-1. Використана в цьому досліджені модель має  довжину хорди b=0,5 метрів та видовження λ = 1,5, але завдяки наявності аеродинамічних шайб на кінцях відсіку ефективне видовження склало λ_єф ­=6,2. Модель крила випробувалася із накладанням імітаторів льоду, що відповідають трьом випадкам утворення бар’єрного льоду на нижній поверхні крила при працюючій ПОС, та двома імітаторами які відповідають утворенню льоду при відмові ПОС.

Оскільки розрахунки проводилися для двовимірного варіанту, то необхідним етапом оброблення результатів є їх перерахунок відповідно до ефективного видовження експериментальної моделі. В цій роботі використовувалися формули для перерахунку, що представлені в джерелах [1] [2].

Для трьох випадків утворення бар’єрного льоду було визначено, що моделі Spalart-Allmaras, k-ω SST та Transition SST в лінійній зоні надають правильні значення коефіцієнта підіймальної сили із точністю до другого знаку після коми, що є прийнятним значенням точності визначення. Але ці методи також продемонстрували тенденцію зі збільшенням кута атаки збільшувати і похибку та занижувати значення коефіцієнта підіймальної сили.

Лише моделі Spalart-Allmaras та Transition k-kl-ω змогли бути порахованими до кутів атаки більше за 11̊ та встановити значення критичного кута атаки α_крит близьким до значень отриманих в аеродинамічній трубі. Положення максимального значення коефіцієнта підіймальної сили вони встановлювали із точністю у 1̊÷1,5̊, де модель Transition k-kl-ω була більш точною.

Саме значення максимального коефіцієнта підіймальної сили визначалося в декілька методів, але найбільш точні результати були отримані при перерахунку на всьому діапазоні кутів атаки через значення похідної коефіцієнта підіймальної сили від кута атаки. Похибка у визначенні не перевищувала 0,06 одиниць і постійно із завищенням відносно експериментального значення.

Кожна із моделей продемонструвала заниження значення коефіцієнта опору на малих кутах атаки та завищення цього коефіцієнту при збільшенні кута атаки. Для моделей Spalart-Allmaras та k-ω SST було визначено, що ця похибка має лінійну залежність, що дозволило вивести формулу для додаткового значення коефіцієнта опору, яке віднімалося від отриманих:

Δc_x=(0.0009÷0.0012)α+(0.001÷0.0005)

Множник цієї формули залежить від висоти льоду, та знижується при його збільшені, а зміщення нуля навпаки збільшується при збільшені цієї висоти.

Відносний приріст коефіцієнта опору продемонстрував велику неточність, що не дозволило приймати отримані результати, також для моделей турбулентності Transition SST та Transition k-kl-ω не було виявлено жодної залежності, що не дозволило вивести формули або поправочного значення для перерахунку значень коефіцієнта опору.

Для моделей із обледенінням, що відповідає випадку відмови ПОС, аналіз отриманих результатів проводився за аналогічними критеріями, як і для випадків із працюючою ПОС.

На лінійній зоні залежності коефіцієнта підіймальної сили від кута атаки, як і у попередніх випадках, найбільш точним виявилась модель Transition SST, похибка у якій не перевищувала 0,006 в діапазоні кутів атаки α = -2̊ ÷ 5̊. Але ця модель, як і моделі Spalart-Allmaras та k-ω SST, визначила положення критичного кута атаки із неточністю  у 4 ̊ ÷ 5 ̊. Відповідно до цього і максимальне значення коефіцієнта підіймальної сили є суттєво заниженим.

Найбільш стійкою моделлю турбулентності виявилась модель Transition SST. Хоча вона і продемонструвала більш суттєве завишення коефіцієнта підіймальної сили в лінійній зоні, ніж у попередніх випадках, визначення положення критичного кута атаки, визначене із точністю у 1̊, та максимальне значення коефіцієнта підіймальної сили, визначене із точністю до 0,01, говорять про можливість використання із певним допущенням цієї моделі турбулентності для визначення цих параметрів

При визначенні значень коефіцієнта опору жодна із моделей турбулентності не продемонструвала  прийнятних результатів.