Quantification of the propeller slipstream effect on ice shed trajectories

Résumé

L’accumulation de glace est un risque naturel important qui peut se produire pendant le vol. Elle peut entraîner une dégradation des performances aérodynamiques de l’avion. Les particules de glace détachées de l’aile frappent et endommagent les composants de l’avion à l’impact. Leurs trajectoires inconnues réduisent la sécurité des structures de l’avion, entraînant des réparations importantes et des accidents graves. Des études numériques de ces trajectoires inconnues sont employées afin de réduire ces dangers. Une bonne façon de représenter la probabilité qu’une particule traverse un plan perpendiculaire au fuselage est appelée carte d’empreintes. L’objectif de cette thèse est de construire un outil capable d’étudier la carte d’empreintes des trajectoires de glace derrière l’hélice et l’aile. Une méthode de panneaux 3D (3DPM) est utilisée comme approche numérique pour calculer le champ d’écoulement et ces trajectoires inconnues autour de l’hélice et de l’aile. En outre, un outil numérique appelé Qprop advanced Blade element method (théorie avancée du momentum des éléments de pale ou BEMT) est utilisé. Qprop est utilisé pour déterminer les vitesses induites nécessaires pour représenter le courant induit par l’hélice. La combinaison de 3DPM et de BEMT est utilisée comme un outil numérique rapide pour réaliser l’étude de l’interaction entre l’hélice et l’aile. Une étude paramétrique est réalisée sur la base d’un cas test sur une seule trajectoire de glace afin de montrer les effets des paramètres sur la trajectoire de glace. De plus, une étude probabiliste des empreintes des particules de glace est faite sur la base de 1000 trajectoires pour observer la zone la plus touchée par les morceaux de glace. Aussi, la Fonction de Distribution de Probabilité (Probability Distribution Function ou PDF) du souffle de l’hélice est comparée à la PDF de la littérature connue de la zone de l’aile sans glissement d’hélice. Cette comparaison permettra de mieux comprendre la menace permanente que représente le souffle de l’hélice pour la sécurité aérienne. Cela peut être utile sur différentes configurations d’hélice et d’aile pour étudier les trajectoires de la glace autour des avions. Cette étude a permis de tirer trois conclusions principales. Premièrement, les trajectoires de glace ont été significativement affectées par le souffle de l’hélice, comme le montre l’étude paramétrique (trajectoire de glace unique). Ceci a été confirmé par la quantification de l’effet du glissement de l’hélice sur l’avion sur 1000 trajectoires blocs de glace. Une portance plus faible et un taux d’accrétion plus élevé au-dessus de l’aile derrière l’hélice ont été observés. Par conséquent, les modèles basés uniquement sur les ailes manquent un élément clé : pour les avions à turbopropulseurs, le souffle de l’hélice doit être pris en compte. La deuxième constatation est la validation de la chute du coefficient de pression sur l’aile derrière l’hélice. Enfin, la troisième constatation est l’impact potentiel de la glace sur le fuselage lors de la diminution de la vitesse de courant induit.

Date	5 avr. 2022
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	François Morency (Directeur(-trice))