Обмерзання

ICING

Вступ

Характеристики обмерзання ґрунту настільки різноманітні, як і атмосферні умови, що викликають обледеніння. Проблема захисту літаків від обледеніння має багато аспектів, і практичний досвід показує, що вона все ще залишається однією з найважливіших проблем безпеки польотів.
Дозволити обмерзання літака означає втрату контролю над аеродинамічною конфігурацією літака, за цих умов льотні характеристики літака стають непередбачуваними для екіпажу.

Визначення глазурі

Обмерзання викликане наявністю води в рідкому вигляді при негативних температурах. При ударі він перетворюється на лід: на літаку відбувається нарощення.
Обмерзання змінює профіль крила (зменшення підйомної сили, збільшення опору), а накопичення льоду на планерах збільшує вагу літака. Ці два явища окремо або разом можуть призвести до зупинення літака.
Для літаків з поршневими двигунами існує обмерзання карбюратора. Це може замерзнути при чистому небі, якщо повітря завантажене вологістю, навіть при температурі вище нуля градусів.

Як утворюється обмерзання

Коли температура дещо від’ємна, в хмарах є рідка вода (вважається, що вона переохолоджена). При контакті з літаком ці переохолоджені краплі замерзають. Таким чином, лід утворюється шляхом нарощування на поверхні літака.
Вода замерзає лише при негативних температурах.
Між 0 ° і –12 °/-15 ° C дуже мало аерозолів складає ядра льоду. Конденсована вода в основному рідка і переохолоджена. Хмара має сильний потенціал обледеніння.
Джерело: Météo France

Замерзання рідкої води

Заморожування - це процес, при якому вода переходить із рідкого стану у твердий. Ця можливість стосується кількох рідкісних випадків, коли рідка вода при плюсовій температурі залишалася "накопиченою" на певних зовнішніх частинах літального апарату (канавки, шарнірні елементи контрольних поверхонь тощо). Перетин атмосферного середовища при сильно негативній температурі може призвести до замерзання цієї води.

Тверда конденсація

Конденсація - це процес, при якому вода переходить із свого газоподібного стану (водяної пари) у твердий. Це явище зустрічається на землі, а також під час польоту з хмар у середовищі з дуже високою вологістю на дуже холодному літаку.

Класифікацію обмерзання можна розглядати у двох формах:
- кількісна класифікація, що дає інтенсивність обмерзання відповідно до навколишнього середовища
- якісна класифікація, що дає вигляд обледеніння відповідно до навколишнього середовища

Кількісна класифікація

Якісна класифікація

Ця класифікація відноситься до появи обледеніння. Цей аспект залежить від кількості переохолодженої води, що зустрічається, а також від розміру крапель води льодового середовища та процесу формування.
Нагадаємо:
- діаметр крапель води стійких хмар: від 0,002 до 0,03 мм
- діаметр крапель води в нестійкій хмарі: 0,04-0,02 мм
- діаметр крапель дощової води: кілька мм

Різні види морозу

Іній або мороз

- Зовнішній вигляд: кристалічний у вигляді голок, лусочок або пір’я, які роблять його розсипчастим.
- Утворення: тверда конденсація, пряме проходження водяної пари в кристали льоду. Може відбуватися поза хмарами
- Погодні умови: високий тиск взимку, холодними ночами з невеликим вітром
- Наслідок: Нагромадження з’являється на землі в літаку на стоянці при низьких температурах. Або під час швидкого спуску або підйому мокрим шаром, коли літак холодний.
- Серйозність: пов'язане з цим обледеніння, як правило, низьке.

Вапняний лід або вапняний лід

- Зовнішній вигляд: білий і непрозорий, досить розсипчастий і тендітний.
- Формування: на холодній поверхні, в холодному однорідному похмурому середовищі. Переохолоджені краплі дуже швидко замерзають і затримують багато повітря при дотику до літака.
- Наслідки: мороз накопичується на піку на відкритих частинах (передні кромки тощо). Він нагромаджується і тягнеться вперед.
- Серйозність: пов'язане з цим обледеніння, як правило, від низького до помірного.

Сильний мороз або прозорий або прозорий прозорий лід

- Зовнішній вигляд: однорідний, гладкий, прозорий, компактний і дуже твердий за відсутності включення повітря
- Формування: на холодній поверхні, в однорідному похмурому середовищі, переохолоджені краплі розтікаються і повільно замерзають
- Погодні умови: T ° близько 0 ° C, з високим вмістом рідкої води CEL
- Наслідки: створення фігур. Поклад може поширюватися за межі розморожених ділянок
- Тяжкість: пов'язана з цим обледеніння, як правило, від помірного до сильного.

Мішаний лід Мішаний лід

- Зовнішній вигляд: неоднорідний мороз, зі скупченнями прозорого та компактного льоду, змішаного з білішими та розсипчастими наростами
- Наслідки: схожий на ясний мороз
- Формування: на холодних поверхнях, в неоднорідному похмурому середовищі, де температура і розмір крапель різняться
- Тяжкість: пов'язана з цим обледеніння, як правило, від помірного до сильного.

Лід або глазурований лід

Лід пов'язаний із замерзанням дощу, замерзанням дощу або замерзанням дощу
- Зовнішній вигляд: такий же, як ясний мороз, твердий крижаний шар
- Формування: переохолоджені опади замерзають при ударі - великі краплі
- Наслідки: подібно до прозорого морозу - це може вплинути на всю площину.
- Погодні умови: порушення
Тяжкість: пов'язана з цим обледеніння, як правило, сильна.

Інтенсивність обмерзання

Атмосферні умови, сприятливі для обледеніння

Нестійкі конвективні хмари: Cb, Cu .
Сильні рухи вгору перетягують краплі води з нижніх шарів до рівнів, де температури є від’ємними.
- при температурі від 0 ° C до - 10 ° C, значний ризик обледеніння;
- при температурі від - 10 ° C до - 20 ° C, ризик помірного до сильного ожеледиці у нещодавно утворених хмарах.

Кількість переохолоджених крапель більше біля ізотерми - 0 ° C. Рухи вгору та вниз рухають краплі та кристали льоду між різними висотами. Важливість цих рухів збільшує змішування і дає можливість знаходити переохолоджені краплі при температурах, що знаходяться в середньому до - 20 ° C. .
Незважаючи на те, що неможливо встановити температурну межу, нижче якої не може відбутися обледеніння, передбачається, що обмерзання знову не зустрінеться при температурі нижче - 40 ° C.

Шаруваті хмари: Ns .
Шар, в якому може статися помітна ожеледиця, як правило, обмежений температурами 0 ° C і - 15 ° C. Шари обмерзання, як правило, тонші, але більш широкі.

Орографічна обмерзання .
При підйомі за вітром рівень ізотерми 0 ° С підвищується при нестійкому повітрі і падає при стабільному повітрі

Залишкове холодне повітря, яке залишається в долинах, висить над припливами гарячого вологого та осадочного повітря, утворюючи лід.

Фронтальне обледеніння .
Наявність переохолоджених опадів є систематичним явищем поблизу фронтальних поверхонь, незалежно від типу гарячої повітряної маси. Перед теплими фронтами, в основі оклюзій, можуть бути обширні регіони з високим потенціалом ожеледиці.

Слава

Слава - це оптичне явище, що оточує матеріальний предмет, що має форму еліпса у кольорах веселки. Це одна або кілька серій кольорових кілець, які спостерігач спостерігає на хмарі, що складається в основному з безлічі дрібних крапельок води. Пролітаючи над хмарним шаром і дивлячись вниз, можна побачити славу, що оточує тінь, яку літак кидає на вершини хмари. Цей знак попереджає пілота про ризик обмерзання, яке може бути серйозним, якщо літак повинен перетнути хмару, щоб спуститися.

Наслідки нарощування

Результатом нарощування морозу/льоду є:
- зменшення швидкості підйому;
- зменшення горизонтальної швидкості;
- підвищена швидкість стійла;
- зменшення практичної межі.
Осадження замерзлих забруднень на крилі, навіть у невеликих кількостях, робить його поверхню шорсткою: ця шорсткість локально змінює градієнт тиску прикордонного шару і може зробити його турбулентним або змусити його злетіти з поверхні.
Знижений підйом
- зменшення Rz для даного кута падіння;
- зменшення максимального Rz;
-зменшення кута Rz макс.
Збільшення опору
- збільшення Rx для даного кута падіння;
- збільшення Rx для даного Fz (найкраща плавність отримується при низькому Rz).
Осадження крижаних забруднень спричиняє зменшення кута падіння, при якому з’являється стійло.
Нарощення морозу рідко буває симетричним на двох півкрилах: це пояснює, чому у випадку зриву воно часто супроводжується неконтрольованим запуском рулону.
Оздоблення поверхні крила змінюється наявністю матових забруднень, які залежно від їх шорсткості можуть серйозно вплинути на характеристики крила. Див. Шорсткість поверхні крила

Аеродинамічні наслідки

Випробування аеродинамічної труби із відтворенням морозу та льоду на чистому аеродинамічному профілі NACA 65 A 215 та на профілі з низкою конфігурацій високої підйомної сили, а також льотні випробування призвели до ряду важливих висновків.
Вплив крижаного осаду на передній кромці в крейсерській конфігурації (втягнуті стулки та планки) на максимальний підйом варіюється відповідно до закону, який дуже відрізняється від лінійного відношення.
Тонкий шар початкового льоду, який має нерівності порядку 1/3000 хорди (від 5 до 10 мм), може зменшити Czmax на 20% у крейсерській конфігурації.
Штучний шар льоду, товщина якого досягає 1/50-ї частини хорди (13-25 см), може при певній частоті зменшити Cz на 40%.
Нижче наведені ефекти на Cz (i) та Cz max, що відповідають умовам обледеніння під час круїзу

З витягнутими заслінками задніх країв, з передніми планками або без них, видно, що максимальна втрата підйомної сили в умовах обледеніння ніколи не перевищувала 25%, навіть при наявності певної кількості льоду в прорізах пристроїв.
З іншого боку, якщо в прорізах задніх заслінок або в околицях цих прорізів утворюється осадок льоду, може відбуватися значний зсув кривих Cz в залежності від рівня падіння (i), що означає, що кут атаки повинен бути значно збільшений, щоб отримати коефіцієнт підйому, що відповідає заданій швидкості наближення. Ця ситуація може заплутати пілота, а також може призвести до того, що кінчики крил заглухнуть.

На землі, коли покрита вся верхня поверхня і передня кромка, на профілі крила з високим підйомом або без нього зменшення максимального підйому становить 20-25% для середньої висоти нерівностей через обмерзання площини 1/1300-та частина мотузки. Обмерзання може збільшити опір таким чином, що ходові характеристики з непрацюючим двигуном більше не виконуються.

Висновки

- Навіть невелика ожеледиця може бути небезпечною
- Початок відриву повітряних потоків на крилі під впливом обледеніння може проявлятися незначним биттям, зниженням ефективності елеронів або порушеннями крену.
- Відшарування повітряних потоків на крилі під впливом обледеніння відбувається швидше, якщо швидкість наближення низька.
Спільне дослідження цивільної авіації Швеції та СРСР М.Інглемен-Зундберг та О.К.Трунов.

Аварії з обледенінням 1982-2000

Якщо ми звернемося до дослідження NTSB щодо обмерзання повітряних суден, опублікованого в 2001 році, існує послідовність у розподілі аварій внаслідок обмерзання. У цьому випадку авіація загального користування залишається дуже чутливою до ризику ожеледиці, а в громадському транспорті це явище впливає на турбогвинтові літаки більше, ніж на реактивні літаки під час фаз польоту.

GA: авіація загального користування
Частина 135: Переключення авіакомпаній та повітряних таксі
Частина 121: Основні авіалінії та вантажоперевізники
Що стосується розподілу за фазою польоту, очевидно, що обледеніння представляє найбільший ризик при зльоті та під час круїзу.

Захист літаків на землі

В аеронавтиці антиобледеніння полягає у видаленні льоду та морозу, накопичених на літаках, та протиожеледних роботах для запобігання утворенню нового льоду.
Існує багато типів рідин для антиобледеніння за двома основними категоріями:
- рідини для розморожування, що складаються з розігрітого у воді гліколю, який використовується для розморожування та видалення снігу, також званий ньютонівською рідиною.
- протиожеледні рідини, що складаються з не нагрітого та нерозведеного пропіленгліколю і називаються неньютонівськими рідинами.

Методи

Протиобледеніння полягає в обприскуванні всього чи частково чистого літака тонким шаром рідини при кімнатній температурі. Ця в’язка плівка захищає літак від утворення або осадження морозу, снігу або льоду протягом періоду, який змінюється залежно від кліматичних умов та технічних характеристик використовуваного виробу.
Розморожування потрібно, коли літаки вкриті снігом, морозом або льодом. Ця лікувальна обробка полягає в очищенні літака, поєднавши його з гарячою водою, продукт призначений для запобігання негайному повторному заморожуванню охолодженої залишкової вологи. Операція повинна тривати якомога менше часу і проводитись якомога ближче до зльоту.
Розморожування в одну фазу здійснюється від централізованої стаціонарної станції або з мобільних платформ, струменем високої витрати нагрітої і більш-менш розбавленої рідини розпорошується літак.
Двофазне розморожування складається з напилення плівки продукту відразу після першої фази очищення, що забезпечує більш міцний та посилений захист.
Нижче розморожування землі перед зльотом

Захист літака в польоті

Вивчення приладів для захисту від заледеніння та протиобледеніння не включено в цей розділ. Див. Розморожування літака

Пристрої на турбореактивних двигунах

Розморожені або протиледені елементи:
- різні зонди (анемометричні, стійлові);
- повітрозабірники двигуна та деякі компоненти гарячого повітря;
- передні краї крила гарячим повітрям;
- передні кромки горизонтальної нерухомої площини та ребра гарячого повітря;
- електричні передні та бокові вікна;
- тощо.
Пристрої можуть бути введені в експлуатацію вручну та/або автоматично.
Примітка: На Boeing 787 "Dreamliner" передній край крил і хвоста електротермічний

Пристрої на гвинтових пристроях

- різні зонди (анемометричні, стійлові);
- захист передньої кромки та конуса електричного або рідкого гвинта (гліколь);
- розморожування входів електричного або гарячого повітря;
- розморожування передніх країв крил, хвоста та плавника: використання надувних трубок або черевиків (англійською мовою;
- електричні передні та бокові вікна;
- нагрівання карбюратора для поршневих літаків;
- тощо.
Пристрої можуть бути введені в експлуатацію вручну та/або автоматично.
Хоча деякі одномоторні літальні апарати, такі як Cirrus SR22 GTS або Mooney, оснащені антиобледенінням або протиобледенінням, більшість із них, зокрема літаки льотних клубів, не мають жодного пристрою, крім нагрівача карбюратора.

---