Rotor ice shedding and trajectory analyses in hover and forward flight

In-flight ice accretion on aircraft surfaces pose extremely dangerous conditions to operate in. The decline in stall angle, increase in drag and ingestion of shed-ice can result in incidents and fatal accidents. Lately, numerical methods have been developed to predict ice formation on aircraft wings which assist in the design of Ice Protection Systems (IPS). However, rotorcraft ice accretion simulation techniques lag far behind. For example, to the author's knowledge, a complete ice trajectory analysis for rotorcraft applications have not been conducted prior to this.For rotorcraft, while the high centrifugal forces on the blades may serve as a natural de-icing mechanism, it could also lead to uneven ice shedding, causing rotor imbalances and vibrations. Ice shedding from a rotor blade can also result in ice hitting other blades, the fuselage or tail rotor, with a significant impact on the structural integrity of a helicopter. Therefore, the simulation of ice shedding and subsequent ice trajectories are important.This thesis provides a comprehensive review of existing ice shedding and trajectory techniques and proposes a methodology to determine ice shed location, time of shed and impact zones. A trajectory procedure involving 3-D stitching and Reduced Order Modeling CFD techniques is developed, and applied to hover and forward flight test casesThe goal of this thesis is to develop a computationally inexpensive system to determine ice shedding time and location and analyze the possible areas of impact in hover and forward flight.Le cumul de glace en vol sur les surfaces d'avions pose des conditions extrêmement dangereuses. La diminution de l'angle de décrochage, l'augmentation de la traînée et l'ingestion de glace peuvent causer des incidents ainsi que des accidents mortels. Des méthodes de simulation numérique ont été mises au point récemment pour prévoir la formation de glace sur les ailes des aéronefs, ce qui facilite la conception des systèmes d'antigivrage. Cependant, les simulations d'accrétion de glace sur les hélicoptères trainent de l'arrière. Par exemple, aux meilleures connaissances de l'auteur, une méthode complète d'analyse de la trajectoire des blocs de glace pour les applications d'hélicoptères n'existe pas.Pour les hélicoptères, alors que les forces centrifuges sur les pales sont en quelque sorte un mécanisme de dégivrage naturel, elles peuvent également entraîner une formation de glace inégale, causant des déséquilibres de rotor et des vibrations. Le délestage de glace à partir d'une pale de rotor peut soit frapper d'autres pales, le fuselage ou le rotor de queue, affectant l'intégrité structurelle d'un hélicoptère. Par conséquent, la simulation de délestage de glace et des trajectoires subséquentes est importante pour éviter tout endommagement.Cette thèse passe en revue les techniques existantes de délestage de glace et de trajectoires et propose une méthodologie pour déterminer la zone et l'instant de délestage ainsi que les points d'impact. Le calcul de trajectoires est effectué sur un maillage à zones multiples (dit stitching) en utilisant des modèles de CFD à ordre réduit (dites Reduced Order Modeling) et est appliqué au cas de vol et de planage.Le but de cette thèse est de développer un système efficace pour déterminer la zone et l'instant de délestage de glace, et d'analyser les zones possibles d'impact en vol et en vol planage