A Liquid-Solid Thermo-Mechanical Phase-Field Fracture Model for Electrothermal Wing De-Icing System
Modèle de fissuration thermo-mécanique liquide-solide à champ de phase pour le système électrothermique de dégivrage des ailes
Résumé
This paper addresses the challenge of ice accumulation on aircraft surface wings and focuses on the electrothermal de-icing modeling. Ice buildup on aircraft not only adds weight but also hampers aerodynamic performance, posing a threat to flight safety. Thus, the understanding of ice shedding under the effect of an electrothermal deicer is necessary. However, its modeling remains particularly challenging. This study introduces a novel model utilizing a variational approach, specifically employing phase-field methods. This model incorporates phase change, liquid-solid interaction, and fracture initiation and propagation, allowing for a more enriched multiphysical simulation of the complex electrothermal ice shedding process. The paper provides an overview of existing models, details the chosen modeling of individual phenomena, discusses their coupling, outlines numerical techniques, presents benchmark tests, and concludes with a discussion of results and future prospects.
Ce papier aborde le problème persistant de l'accumulation de glace sur les ailes des avions et se concentre sur la modélisation du dégivrage électrothermique. L'accumulation de glace sur les avions n'ajoute pas seulement du poids mais entrave également les performances aérodynamiques, ce qui constitue une menace pour la sécurité des vols. Il est donc nécessaire de comprendre comment la glace se détache sous l'effet d'un système de dégivrage électrothermique. Cependant, sa modélisation reste particulièrement difficile. Cette étude introduit un nouveau modèle utilisant une approche variationnelle, en particulier en employant des méthodes de champ de phase (phase-field). Cette approche incorpore le changement de phase de la glace en eau, l'interaction liquide-solide et l'initiation et la propagation de fissures, ce qui permet une simulation multiphysique plus enrichie du processus complexe de dégivrage électrothermique. L'article donne un aperçu des modèles existants, détaille la modélisation choisie des phénomènes individuels, discute de leur couplage, décrit les techniques numériques utilisées, présente des tests de référence et conclut par une discussion des résultats et des perspectives d'avenir.
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