In-flight icing is a hazard that continues to afflict the aviation industry, despite all the research and efforts to mitigate the risks. The recurrence of these types of accidents has given renewed impetus to the development of advanced analytical predictive tools to study both the accretion of ice on aircraft components in flight, and the aerodynamic consequences of such ice accumulations. In this work, an in-depth analysis of the occurrence of in-flight icing accidents and incidents was conducted to identify high-risk flight conditions. To investigate these conditions more thoroughly, a computational fluid dynamics model of a representative airfoil was developed to recreate experiments from the icing wind tunnel that occurred in controlled flight conditions. The ice accumulations and resulting aerodynamic performance degradations of the airfoil were computed for a range or pitch angles and flight speeds. These simulations revealed substantial performance losses such as reduced maximum lift, and decreased stall angle. From these results, an icing hazard analysis tool was developed, using risk management principles, to evaluate the dangers of in-flight icing for a specific aircraft based on the atmospheric conditions it is expected to encounter, as well as the effectiveness of aircraft certification procedures. This method is then demonstrated through the simulation of in-flight icing scenarios based on real flight data from accidents and incidents. The risk management methodology is applied to the results of the simulations and the predicted performance degradation is compared to recorded aircraft performance characteristics at the time of the occurrence. The aircraft performance predictions and resulting risk assessment are found to correspond strongly to the pilot's comments as well as to the severity of the incident. / Le givrage en cours de vol constitue un danger qui continue d'affliger l'industrie aéronautique. Ceci, malgré toute la recherche qui vise à atténuer les risques. La récidive de ce type d'accident donna un nouvel élan au développement d'outils analytiques de pointe dans ce domaine. Ces outils permettent d'étudier de manière préventive, l'accrétion de glace sur les composants de l'avion, ainsi que les conséquences aérodynamiques de telles accumulations. Le présent travail comprend une analyse approfondie de l'occurrence d'incidents liés au givrage en cours de vol dans le but d'identifier les conditions météorologiques problématiques. Pour en apprendre d'avantage, un modèle représentatif d'une aile d'avion à haut risque fut développé. Les conditions d'opérations de cette aile furent simulées par un logiciel d'analyse de dynamique des fluides afin de recréer les résultats de simulations menées en soufflerie givrante. La quantité d'accumulation de glace ainsi que la dégradation des performances aérodynamiques sont calculées pour une gamme de vitesse et d'angles de tangage. Ces simulations démontrent une perte importante de la portance maximale de l'aile ainsi qu'une réduction de l'angle de décrochage. À partir de ces résultats, une méthodologie d'analyse de risques fut développée, selon les principes de gestion de sureté. Le but d'une telle analyse est d'évaluer le niveau de danger associé au givrage en vol pour un appareil précis selon des conditions de vol déterminées avant le décollage. De plus, cette méthodologie servira à évaluer l'efficacité du système de dégivrage, ainsi que le protocole de certification d'un appareil qui opère dans des conditions propice au givrage en vol. Le fonctionnement du système de gestion de sécurité est ensuite démontré à l'aide de simulations d'accidents liés au givrage en cours de vol selon les informations obtenues dans le rapport d'incident. La méthodologie fut ensuite appliquée aux résultats des simulations; les pertes de performance, calculées par le logiciel d'analyse de dynamique des fluides, furent comparées à la performance et au comportement de l'aéronef tel qu'enregistré au moment de l'accident. Les résultats démontrent que le système de gestion de risque développé dans cet ouvrage peut prédire de façon précise, avec l'information disponible uniquement avant le décollage, la sévérité du givrage en vol pour un avion spécifique.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.104598 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Zeppetelli, Danial |
| Contributors | Wagdi George Habashi (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Mechanical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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