Виды обледенения воздушных судов

Обновлено: 06.02.2023

Обледенение — процесс образования льда на поверхностях различных предметов, зданий и т. д. при низкой температуре.

При знакопеременной погоде при обледенении на зданиях активно происходит процесс образования сосулек. Сегодня единственным эффективным методом борьбы с образованием наледей на кровле и в водосточных трубах, получившим наибольшее распространение в мире, является кабельная противообледенительная система (КПО). В её основе — специальные нагревательные (мощностью примерно 50 кВт) кабели, которые прокладываются по краям кровли в желобах и водостоках и во всех местах, где может образовываться наледь.

При полёте в атмосфере, содержащей переохлажденные капли воды (то есть воды в жидкой фазе при отрицательной температуре) активно происходит (в большинстве случаев) обледенение на поверхностях летательного аппарата. При столкновении с лобовыми поверхностями агрегатов летательного аппарата переохлажденные капли воды быстро кристаллизуются, образуя ледяные наросты различной формы и размеров. Опыт эксплуатации авиационной техники показывает, что обледенение, наряду с турбулентностью атмосферы, электрическими разрядами, возможностью столкновения с птицами, является одним из наиболее опасных воздействий естественной внешней среды, которое существенно влияет на безопасность полета. Статистические данные о частоте случаев обледенения летательного аппарата для различных географических районов Земли показывают, что хотя возможность обледенения наблюдается в широком интервале отрицательных температур, наибольшая вероятность существует при полетах в диапазоне температур от -5° С до −10° С и влажности более 85%. Вне этого интервала вероятность обледенения быстро понижается.

Однако, в зависимости от внешних условий лед может иметь различную структуру ( а отсюда, соответственно, прочность и сцепление с обшивкой самолета), а также форму, которую он принимает, оседая на поверхности элементов конструкции.

Во время полета лед может появляться на поверхности планера тремя путями. Начиная с конца :-), назовем два их них, как менее опасные и, так сказать, малопродуктивные (по практике).

Первый тип — это так называемое сублимационное обледенение. В этом случае происходит сублимация водяных паров на поверхности обшивки летательного аппарата, то есть превращение их в лед, минуя жидкую фазу (фазу воды). Обычно это происходит, когда воздушные массы, насыщенные влагой контактируют с сильно охлажденными поверхностями (при отсутствии облаков).

Это, например, возможно, если на поверхности уже имеется лед (то есть температура поверхности низка), либо, если самолет быстро теряет высоту, перемещаясь из более холодных верхних слоев атмосферы в более нагретые нижние, сохраняя тем самым низкую температуру обшивки. Образовавшиеся в этом случае кристаллы льда непрочно держатся на поверхности и быстро сдуваются набегающим потоком.

Второй тип — так называемое сухое обледенение. Это, попросту говоря, оседание уже готового льда, снега или града при пролете самолета через кристаллические облака, которые охлаждены настолько, что влага в них содержится в замороженном виде (то есть уже сформировавшиеся кристаллы).

Как известно, лед — это одно из агрегатных состояний вещества, в данном случае воды. Получается он посредством перехода воды в твердое состояние, то есть ее кристаллизации. Всем известна температура замерзания воды — 0 ° С. Однако это не совсем «та температура». Это так называемая равновесная температура кристаллизации (по-другому теоретическая).

В гидрометеорологии интенсивность обледенения принято измерять в миллиметрах в минуту (мм/мин). Градация здесь такова: слабое обледенение — до 0,5 мм/мин; от 0,5 до 1,0 мм/мин — умеренное; от 1,0 до 1,5 мм/мин — сильное и свыше 1,5 мм/мин — очень сильное обледенение.

ВИДЫ И ФОРМЫ ОТЛОЖЕНИЯ ЛЬДА НА ПОВЕРХНОСТИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

Виды, характер и формы отложения льда весьма разнообразны и зависят от многих факторов, особенно от размера капель, температуры воздуха, наличия ледяных кристаллов, а также от режима полета.

Основными видами обледененияявляются: лед, изморозь, иней. По характеру отложения лед бы вает: прозрачный, матовый шероховатый, белый крупооб разный.

Прозрачный ледобразуется при полете в зоне переохлажденных осадков и в об лаках,

состоящих из крупных переохлажденных капель при температуре 0°С…-5°С (иногда до -10°С).

Матовый шероховатый ледобразуется при полете в смешанных облаках, состоящих из различных по величине капель воды, лед яных кристаллов и снежинок при температуре -5°С…-10°С (иногда до -20°С).

Белый крупообразный ледобразуется при полете в облаках, состоящих из однородных очень мелких капель воды при температуре ниже -10°С .

Изморозь– это белое крупнозернистое кристаллическое отложение, которое образуется при полете в облаках, состоящих из мелких переохлажденных капель и ледяных кристаллов при температуре ниже -10°С. Изморозь возникает при замерзании мелких капель вместе с ледяными кристаллами. На поверхност и ВС держится непрочно, стряхивается при вибрации частей ВС в полете, иногда сдувается встречным потоком. При большой продолжительности полета изморозь нередко достигает значительной толщины, имеет неровную форму от ложения с рваными выступающими краями, отдельными иглами и столбиками. Это делает полет опасным.

Иней– это белое мелкокристаллическое от ложение, которое образуется в результате сублимации вод яного пара на поверхности ВС. Наблюдается при быстром снижении ВС или при входе в слой инверсии при наборе высоты, когда холодное ВС попадает в теплый слой воздуха. Иней легко от деляется от поверхности вследствие вибрации ВС или воздействия воздушного потока. Образование инея прекращается после того, как ВС примет температуру окружающего воздуха, что при обычных скоростях бывает через 2. 3 минуты после попадания ВС из холодного воздуха в более теплый. Непосредст венной опасности для полета не представляет, но значительно увеличивает интенсивность любого другого вида обледенения. При отложении на остеклении кабины пилот а иней затр удняет визуальный об зор и управление ВС.


По форме отложения льдаи его распределению по поверхности крыла различают

- профильное обледенение (а);

- клинооб разный ледяной нарост (б);

- желобкообразный лед (в);

- барьерный лед (г).

· Профильное обледенениевозникает в переохлажденном дожде или в облаках с большой водностью и крупными каплями. Лед от кладывается на большой ширине профиля, и форма ледяного отложения почти повторяет профиль крыла.

· Клинообразный ледяной нарост– это отложение льда на сравнительно узком участке передней кромки крыла, образующееся при полет е в облаках, содержащих мелкие переохлажденные капли или их смесь с ледяными кристаллами. Лед обычно непрозрачный, поскольку мелкие капли быстро замерзают, сохраняя свою форму, почти не растекаясь по крылу.

· Желобкообразный ледобразуется при обледенении скоростных ВС, когда вследствие кинетического нагрева на передней кромке крыла температура положительная. В этом случае каплистекают по профилю крыла от передней кромки к его периферии с отрицательной температурой, где и замерзают .

· Барьерный лед– неровный ледяной валик на значительном удалении от передней кромки крыла. Он возникает при таких температурах, когда оседающая вода на передней кромке крыла скоростного самолета не полностью испаряется, а ее остаток стекает назад по профилю крыла и на некотором удалении замерзает.

Обледенение воздушного судна относится к числу опасных для полетов метеорологических явлений.
Несмотря на то, что современные самолеты и вертолеты оборудованы противообледенительными системами, при обеспечении безопасности полетов постоянно приходится считаться с возможностью отложения льда на ВС в полете.
Для правильного применения средств борьбы с обледенением и рациональной эксплуатации противообледенительных систем необходимо знать особенности процесса обледенения ВС в разных метеорологических условиях и при различных режимах полета, а также иметь достоверную прогностическую информацию о возможности обледенения. Особое значение прогноз этого опасного метеорологического явления имеет для легкомоторных самолетов и для вертолетов, которые менее защищены от обледенения, чем крупные самолеты.

Условия обледенения воздушных судов

Обледенение возникает при столкновении переохлажденных водяных капель облака, дождя, мороси, а иногда смеси переохлажденных капель и мокрого снега, ледяных кристаллов с поверхностью воздушного судна (ВС), имеющей отрицательную температуру. Процесс обледенения ВС протекает под воздействием различных факторов, связанных, с одной стороны, с отрицательной температурой воздуха на уровне полета, наличием переохлажденных капель или кристаллов льда и с возможностью их оседания на поверхности ВС. С другой стороны, процесс отложения льда обусловлен динамикой теплового баланса на обледеневающей поверхности. Таким образом, при анализе и прогнозе условий обледенения ВС должны учитываться не только состояние атмосферы, но и особенности конструкции воздушного судна, его скорость и продолжительность полета.
Степень опасности обледенения можно оценить по скорости нарастания льда. Характеристикой скорости нарастания является интенсивность обледенения (мм/мин), т. е. толщина льда, откладывающегося на поверхности в единицу времени. По интенсивности различают обледенение слабое ( 1,0 мм/мин).
Для теоретической оценки интенсивности обледенения самолетов применяется формула:
где V—скорость полета самолета, км/ч; б — водность облака, г/м3; Е — полный коэффициент захвата; β — коэффициент намерзания; Рл — плотность льда, г/см3.
С увеличением водности интенсивность обледенения возрастает. Но так как не вся оседающая в каплях вода успевает замерзнуть (часть ее сдувается воздушным потоком и испаряется), то вводится коэффициент намерзания характеризующий отношение массы наросшего льда к массе воды, осевшей за то же время на ту же поверхность.
Скорость нарастания льда на разных участках поверхности самолета различна. В связи с этим в формулу вводится полный коэффициент захвата частиц, который отражает влияние многих факторов: профиля и размера крыла, скорости полета, размеров капель и их распределения в облаке.
При приближении к обтекаемому профилю капля подвергается воздействию силы инерции, стремящейся удержать ее на прямой линии невозмущенного потока, и силы сопротивления воздушной среды, которая препятствует отклонению капли от траектории воздушных частиц, огибающих профиль крыла. Чем крупнее капля, тем больше сила ее инерции и больше капель осаждается на поверхности. Наличие крупных капель и большие скорости обтекания приводят к возрастанию интенсивности обледенения. Очевидно, что профиль меньшей толщины вызывает меньшее искривление траекторий воздушных частиц, чем профиль большего сечения. Вследствие этого на тонких профилях создаются более благоприятные условия для осаждения капель и более интенсивного обледенения; быстрее обледеневают концы крыльев, стойки, приемник воздушного давления и т. д.
Размер капель и полидисперсность их распределения в облаке важны для оценки термических условий обледенения. Чем меньше радиус капли, тем при более низкой температуре она может находиться в жидком состоянии. Этот фактор оказывается существенным, если учесть влияние скорости полета на температуру поверхности ВС.
При скорости полета, не превышающей значений, соответствующих числу М = 0,5, интенсивность обледенения тем больше, чем больше скорость. Однако при увеличении скорости полета наблюдается уменьшение оседания капель вследствие влияния сжимаемости воздуха. Условия замерзания капель также изменяются под влиянием кинетического нагрева поверхности за счет торможения и сжатия воздушного потока.
Для расчета кинетического нагрева поверхности самолета (в сухом воздухе) ΔTкин.с применяются следующие формулы:
В этих формулах Т — абсолютная температура окружающего сухого воздуха, К; V — скорость полета самолета, м/с.
Однако эти формулы не позволяют корректно оценить условия обледенения при полете в облаках и атмосферных осадках, когда повышение температуры в сжимающемся воздухе происходит по влажноадиабатическому закону. В этом случае часть тепла расходуется на испарение. При полете в облаках и атмосферных осадках кинетический нагрев меньше, чем при полете с той же скоростью в сухом воздухе.
Для расчета кинетического нагрева в любых условиях следует применять формулу:
где V — скорость полета, км/ч; Yа — сухоадиабатический градиент в случае полета вне облаков и влажноадиабатический градиент температуры при полете в облаках.
Так как зависимость влажноадиабатического градиента от температуры и давления имеет сложный характер, то для расчетов целесообразно использовать графические построения на аэрологической диаграмме или пользоваться данными таблицы, достаточными для ориентировочных оценок. Данные этой таблицы относятся к критической точке профиля, где вся кинетическая энергия переходит в тепловую.

Кинетический нагрев ΔТкин (°С) в сухом воздухе и в облаках при различной скорости полета V
Условия полета V полета
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Вне облаков 0,4 1,6 3,5 6,2 9,6 13,9 19,0 24,6 31,2 38,7
В облаках 0,2 0,9 2,1 3,7 5,8 8,3 11,4 14,8 18,8 23,2


Кинетический нагрев различных участков поверхности крыла неодинаков. Наибольший нагрев у передней кромки (в критической точке), по мере приближения к задней части крыла нагрев уменьшается. Расчет кинетического нагрева отдельных частей крыла и боковых частей самолета может быть осуществлен путем умножения полученного значения ΔTкин на коэффициент восстановления Rв. Этот коэффициент принимает значения 0,7, 0,8 или 0,9 в зависимости от рассматриваемого участка поверхности самолета. Вследствие неравномерного нагрева крыла могут создаться условия, при которых на передней кромке крыла — положительная температура, а на остальной части крыла температура отрицательная. При таких условиях на передней кромке крыла обледенения не будет, а на остальной части крыла возникнет обледенение. В этом случае условия обтекания крыла воздушным потоком существенно ухудшаются, нарушается его аэродинамика, что может привести к потере устойчивости ВС и создать предпосылку к авиационному происшествию. Поэтому при оценке условий обледенения в случае полета с большими скоростями обязательно проводится учет кинетического нагрева.
Для этих целей можно использовать следующий график.
Здесь по оси абсцисс отложена скорость полета самолета, по оси ординат — температура окружающего воздуха, а изолинии в поле рисунка соответствуют температуре лобовых частей самолета. Порядок расчетов показан стрелками. Кроме того, приведена пунктирная линия нулевых значений температуры боковых поверхностей самолета при среднем коэффициенте восстановления къ = 0,8. Эта линия может быть использована для оценки возможности обледенения боковых поверхностей при повышении температуры передней кромки крыла выше 0°С.
Для определения условий обледенения в облаках на эшелоне полета самолета по графику оценивается температура поверхности самолета по температуре воздуха на этой высоте и скорости полета. Отрицательные значения температуры поверхности самолета свидетельствуют о возможности его обледенения в облаках, положительные — исключают обледенение.
Минимальная скорость полета, при которой обледенение возникнуть не может, также определяется по этому графику путем перемещения от значения температуры окружающего воздуха Т по горизонтали до изолинии нулевой температуры поверхности самолета и далее вниз до оси абсцисс.
Таким образом, анализ факторов, влияющих на интенсивность обледенения, показывает, что возможность отложения льда на самолете определяется в первую очередь метеорологическими условиями и скоростью полета. Обледенение поршневых самолетов зависит в основном от метеорологических условий, так как кинетический нагрев таких самолетов незначителен. При скорости полета выше 600 км/ч обледенение отмечается редко, этому препятствует кинетический нагрев поверхности самолета. Сверхзвуковые самолеты наиболее подвержены обледенению при взлете, наборе высоты, снижении и заходе на посадку.
При оценке опасности полета в зонах обледенения необходимо учитывать протяженность зон, а следовательно, и продолжительность полета в них. Примерно в 70% случаев полет в зонах обледенения продолжается не более 10 мин, однако встречаются отдельные случаи, когда продолжительность полета в зоне обледенения составляет 50—60 мин. Без применения противообледенительных средств полет, даже в случае слабого обледенения, был бы невозможным.
Особую опасность обледенение представляет для вертолетов, так как на лопастях их винтов лед нарастает быстрее, чем на поверхности самолета. Обледенение вертолетов наблюдается как в облаках, так и в осадках (в переохлажденном дожде, мороси, мокром снеге). Наиболее интенсивным является обледенение винтов вертолета. Интенсивность их обледенения зависит от скорости вращения лопастей, толщины их профиля, от водности облаков, размеров капель и от температуры воздуха. Отложение льда на винтах наиболее вероятно в диапазоне температур от 0 до —10°С.

Прогноз обледенения воздушных судов

Прогноз обледенения ВС включает определение синоптических условий и использование расчетных методов.
Синоптические условия, благоприятные для обледенения, связаны в первую очередь с развитием фронтальной облачности. Во фронтальных облаках вероятность умеренного и сильного обледенения в несколько раз больше по сравнению с внутримассовыми облаками (соответственно 51 % в зоне фронта и 18 % в однородной воздушной массе). Вероятность сильного обледенения в зонах фронтов составляет в среднем 18%. Сильное обледенение обычно отмечается в относительно узкой полосе шириной 150—200 км вблизи линии фронта у земной поверхности. В зоне активных теплых фронтов сильное обледенение наблюдается в 300—350 км от линии фронта, повторяемость его составляет 19%.
Для внутримассовой облачности характерны более частые случаи слабого обледенения (82 %). Однако во внутримассовых облаках вертикального развития может отмечаться как умеренное, так и сильное обледенение.
Как показали исследования, повторяемость обледенения в осенне-зимний период более высокая, и на разных высотах она различна. Так, зимой при полетах на высотах до 3000 м обледенение наблюдалось более чем в половине всех случаев, а на высотах более 6000 м составило лишь 20%. Летом до высот 3000 м обледенение отмечается очень редко, а при полетах выше 6000 м повторяемость обледенения превышала 60%. Подобные статистические данные могут учитываться при анализе возможности этого опасного для авиации атмосферного явления.
Кроме различия условий формирования облачности (фронтальная, внутримассовая), при прогнозе обледенения необходимо учитывать состояние и эволюцию облачности, а также характеристики воздушной массы.
Возможность обледенения в облаках в первую очередь связана с температурой окружающего воздуха Т — одним из факторов, определяющих водность облака. Дополнительную информацию о возможности обледенения несут данные о дефиците точки росы Т—Та и характере адвекции в облаках. Вероятность отсутствия обледенения в зависимости от различных сочетаний температуры воздуха Т и дефицита точки росы Тd можно оценить по следующим данным:

Виды, х арактер и формы отложения льда весьма разнообразны и зависят от многих факторов, особенно от размера капель, т емперат уры возд ух а, наличия ледяных кристаллов, а также от режима полета.

Основными видами обледенения являются: лед, изморозь, иней. По характеру отложения лед бы вает: прозрачный, матовый шероховатый, белый крупооб разный.

Прозрачный лед образуется при полете в зоне переохлажденных осадков и в об лаках,

состоящ их из крупны х переохлажденных капель при температуре 0°С…-5°С (иногда до

-10°С). Крупные капли, ударяясь о поверхность ВС, раст екаются по профилю крыла, образуя сплошную вод яную пленку, которая, замерзая, превращается в гладкий слой прозрачного льда. Это самое инт енсивное обледенение. Прозрачный лед отклад ывается преимущественно на передних кромках крыла и стаб илизатора, на носовом коке ВС и воздухозаборнике. Если толщ ина прозрачного льда неб ольшая, то он незначительно искажает профиль несущ их поверхност ей ВС, так как форма ледяного от ложения в этом случае почти повторяет профиль крыла. При полете в зоне переохлажденного дождя, где льдообразование происходит очень быстро, прозрачный лед приобретает желобкообразный вид с неровной бугристой поверхност ью и становится очень опасным, т ак как сильно искажает профиль крыла и нарушает его аэ родинамику. Прозрачный лед очень крепко держит ся на поверхност и ВС и т ает т олько при полете в слое воздуха с положительной температурой.

Матовый шероховатый лед образует ся при полете в смеш анных облаках, состоящ их из различных по величине капель воды, лед яных кристаллов и снежинок при т емпературе

-5°С…-10°С (иногда до -20°С). Кр упные капли после столкновения с поверх ност ью ВС растекают ся и замерзают, а мелкие замерзают не растекаясь. Кристаллы и снежинки вмерзают в водяную пленку и образуют ледяное от ложение с мат овой шероховатой поверхностью, резко ухудшающей аэродинамические характеристики ВС. Матовый лед быстро и неравномерно оседает на выст упающих, а иногда и на других част ях ВС (головках заклепок, болт ах, ант еннах и т.д.), имеет шероховатую поверхность, значительно искажает обт екаемую форму ВС, очень крепко держит ся на его поверхности и поэ тому являет ся од ним из наиболее опасных видов обледенения.

Бел ый крупообразный лед образуется при полете в облаках, состоящих из однородных очень мелких капель воды при температ уре ниже -10°С . Мелкие капли при столкновении с поверхностью ВС быстро замерзают, не успев образовать водяную пленку. Благодаря их большой выпуклости и значительной силе сцепления вод яных част иц сферическая форма мелких капель сох раняется, в образующ емся льде остаются многочисленные воздушные пузырьки, лед становится опт ически неоднородным и приобретает мут но-белы й или совсем

б елый цвет . Лед порист ый, к поверхности ВС пристает не очень плот но и в полет е при вибрации легко слетает. При продолжительном полете и увеличении плот ност и льда он может представлять серьезную опасность.

Изморозь – это белое крупнозернист ое кристаллическое отложение, которое образует ся при полете в облаках, сост оящих из мелких переох лажденных капель и ледяных крист аллов при температ уре ниже -10°С. Изморозь возникает при замерзании мелких капель вместе с ледяными кристаллами. На поверхност и ВС д ержится непрочно, стряхивается при вибрации частей ВС в полет е, иногда сд увается встречным потоком. При большой продолжительности полета изморозь нередко дост игает значит ельной толщины, имеет неровную форму от ложения с рваными выступающими краями, отдельными иглами и ст олбиками. Это делает полет опасным.

Иней – это белое мелкокрист аллическое от ложение, которое образуется в результ ате сублимации вод яного пара на поверхности ВС. Наблюдается при быст ром снижении ВС или при входе в слой инверсии при наборе высоты, когда холод ное ВС попадает в теплый слой воздуха. Иней легко от деляется от поверхности вследствие виб рации ВС или воздействия воздушного пот ока. Образование инея прекращ ает ся после того, как ВС примет температуру окружающего воздуха, чт о при об ычных скоростях б ывает через 2. 3 минуты после попадания ВС из х олод ного воздуха в бол ее теплый. Непосредст венной опасност и для полета не предст авляет, но значительно увеличивает интенсивность любого д ругого вида об леденения. При отложении на остеклении кабины пилот а иней затр удняет визуальный об зор и управление ВС.

По форм е отложения л ьда и его распред елению по поверхности крыла различают

- профильное обледенение (а);

- клинооб разный ледяной нарост (б);

- желобкообразный лед (в);

- барьерный лед (г).


Р ис. 9.3. Формы отложения льда на поверхности крыла

Профильное обледенение возникает в переох лажденном дожд е или в облаках с б ольшой водностью и крупными каплями. Лед от кладывается на больш ой ширине профиля, и форма ледяного отложения почти повторяет профиль крыла. Эт о происходит потому, что крупные капли мало от клоняют ся от прямолинейного движения, оседают на ш ироком участке и, замерзая, растекают ся по профилю крыла. Лед прозрачны й или непрозрачный. Эт от вид обледенения вследствие своей большой интенсивности представляет серьезную опасность для полета, однако, встречается значительно реже по сравнению с другими видами.

Клинообразный ледяной нарост – это отложение льда на сравнительно узком участке передней кромки крыла, образующееся при полет е в облаках, содержащих мелкие переохлаж- д енные капли или их смесь с лед яными кристаллами. Лед обычно непрозрачный, поскольку мелкие капли быст ро замерзают, сохраняя свою форму, почти не растекаясь по крылу.

Желобкообразный лед образуется при обледенении скоростных ВС, когда вследст вие кинетического нагрева на передней кромке крыла температура положительная. В этом сл учае капли стекают по профилю крыла от перед ней кромки к его периферии с отрицательной температурой, где и замерзают . Обледенение такой формы обычно отмечается при т емпературе воздуха до -7°С . Желобкообразный лед сильно искажает профиль крыла и нарушает его аэродинамику. Иногда при определенных температурных условиях и микрост рукт уре облаков, при небольш их скоростях полет а, образуются ледяные отложения в форме пологого корытца, пох ожего на желобкообразный лед.

Барьерный лед – неровный ледяной валик на значительном удалении от передней кромки крыла. Он возникает при таких т емперат урах, когда оседающая вода на передней кромке крыла скоростного самолета не полностью испаряется, а ее остаток стекает назад по профилю крыла и на некотором уд алении замерзает.

Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас.

Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние.

Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям .

Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной.



- сублимация водяного пара на поверх ност и ВС. Этот процесс происходит в ясном небе, когда холодное ВС попадает в более т еплый и влажный воздух. Такое положение может быть при быстром снижении из более холодных верхних слоев атмосферы в нижние, более т еплые или при входе в слой инверсии. В ясную морозную погоду сублимация водяного пара на поверхност и ВС может произойти и на земле, на ст оянке.

Наибольшая вероятность облед енения в капельно-жидких облаках. К таким облакам относятся низкие подинверсионные слоистые и слоисто-кучевые облака. Они отличаются повыш енной водностью, так как осадки из них , как правило, не выпадают или бывают слабыми.

В смешанных облаках обледенение зависит от соот ношения капель и кристаллов. Там, где

капель больше, вероят ность обледенения увеличивается. К т аким об лакам относятся кучево- дождевые облака. В слоисто-дождевых облаках обледенение наблюдается при полете выш е нулевой изот ермы и особ енно опасно в д иапазоне температур 0°С…-10°С, где облака состоят только из переохлажденных капель.

Наиболее тяжелое и инт енсивное обледенение наблюдается при полете под слоисто-

дождевыми и высоко-слоистыми об лаками в зоне выпадающего переохлажденного дождя (эт о характерно для переходных сезонов, когда температ ура воздуха у земли колеблет ся в пределах 0°С …-5°С).

В кристаллических облаках обледенение, как правило, от сутствует. В основном это облака верхнего яруса – перистые, перисто-кучевые, перисто-слоист ые.

Степень обледенения зависит от времени пребывания ВС в зоне облед енения. На ат мосферных фронтах обледенение представляет опасность из-за большой продолжительности полета, так как облака и осадки, связанные с фронтом, занимают, как правило, очень б ольшие площади.

Интенсивность обледенения – это т олщина от ложения льд а в ед иницу времени на перед ней кромке крыла. В зависимост и от инт енсивност и обледенение подразделяется на:

-слабое – скорост ь нараст ания льда менее 0,5 мм/мин; - умеренное – - « - 0,5…1 мм/мин; - сильное – - « - более 1 мм/мин.

На интенсивность обледенения влияют следующие факторы:

Тем пература воздуха. Самое сильное обледенение происходит в интервале температ ур

Водность облаков. Водность облака – это количест во воды в граммах, содержащееся в 1 м3 облака. Чем больше водност ь облаков, т ем интенсивнее обледенение. Самое сильное об леденение наблюдается в кучево-дождевых и слоисто-дождевых облаках при водности б олее 1 г/м3.

Наличие и вид осадков. В облаках, из которых выпадают осадки, интенсивность об леденения уменьш ает ся, так как уменьш ает ся их водность. Самое сильное обледенение наблюдается в ледяном д ожде. В мокром снеге обледенение слабое и умеренное, в сух ом снеге обледенение от сутствует.

Размеры переохл ажденных капель. Чем крупнее капли, т ем интенсивнее обледенение. Чем крупнее капли, т ем прямолинейнее траект ория их движения, так как они обладают б ольшой силой инерции и, следоват ельно, тем больше капель будет оседать и замерзать на выст упающ ей поверхност и крыла. Мелкие капли, имеющие неб ольшую массу, увлекаются воздушным потоком и вместе с ним огиб ают профиль крыла.

Профиль крыла ВС . Чем тоньш е профиль крыла, тем интенсивнее обледенение. Это об ъясняется тем, что более тонкий профиль крыла вызывает разделение вст речного набегающего пот ока на меньш ем расстоянии от крыла, чем при толстом профиле. Такое место разд еления потока д елает линии т ока, обт екающие крыло, более крутыми, инерционны е силы капель большими, в резул ьтате почти все капли, большие и малые, оседают на тонком ребре кры ла. Этим же объясняет ся и тот факт, что лед быстрее всего появляется на таких деталях, как ст ойки, приемник скорости, антенны и т .д.

Скорость ВС. При скорост ях полет а до 300 км/ч, чем больше скорость полета, т ем инт енсивнее обледенение, т ак как ВС в единицу времени пролет ает больш ее расст ояние и, следовательно, сталкивается с большим количеством переохлажд енных капель. Кроме того, с увеличением скорости полета возрастает инерция капель, и на поверхности ВС начинают замерзат ь не т олько крупные, но и мелкие капли и, следовательно, интенсивность об леденения увеличивается.

При полетах со скоростями более 300 км/ч за счет т рения частиц воздуха о поверхность

ВС и адиабат ического сжатия встречного потока его лобовыми частями происходит кинетический нагрев поверхности ВС, который отодвигает начало обледенения в сторону б олее низких отрицательных температ ур, поэтому и вероятность и интенсивность обледенения уменьшаются.

В облаках кинетический нагрев составляет 50…60% от кинетического нагрева в б езоблачном небе. Это объясняется тем, чт о в облаках часть тепла расход уется на испарение капель воды, которые оседают на поверхност ь ВС.

Полет ы по марш рут у на самолет ах с ТРД и ТВД осущ ест вляются на высотах 6…12 км. На эт их высот ах самолеты встречаются, главным об разом, с крист аллическими облаками, обледенение в которых маловероятно. В основном на самолетах с ТРД и ТВД обледенение наблюдается в наборе высоты и при снижении на высотах ниже 5000 м.

Особ енностью об леденения самолет ов с газотурбинны ми двигат елями является возможность облед енения в возд ухозаборниках при температ урах до +5°С. Здесь происход ит расширение воздуха и его температура адиабатически понижается ниже 0°С. При облед енении двигателя отложение льда происходит на поверхности вх одного канала. В результ ате этого уменьшается вход ное сечение канала и, следовательно, т яга двигателя. Образовавшийся лед может срываться и попадат ь в компрессор, вызывая там механические повреждения.

Обледенение самолета обычно происходит при полете в облаках, мокром снеге, переохлажденном дожде, тумане и мороси, а также в условиях повышенной влажности воздуха как при отрицательных, так и при небольших положительных температурах наружного воздуха. Обледенению подвергается крыло, оперение, воздухозаборники двигателей, стекла фонаря и другие выступающие детали на поверхности самолета

Интенсивность обледенения обычно характеризуется толщиной образующегося льда за одну минуту и колеблется от нескольких сотых миллиметра до 5. 7 мм/мин. Наблюдались случаи обледенения с интенсивностью до 25 мм/мин.

Форма ледяных наростов и интенсивность их образования в основном определяются метеорологическими условиями, но в значительной степени также зависят от формы деталей самолета и скорости полета. Причем, с увеличением скорости до какой-то определенной величины интенсивность обледенения возрастает, так как за единицу времени к единице поверхности самолета подходит большее количество переохлажденных капель воды, находящихся в воздушном потоке.

При малых скоростях полета отложение льда обычно происходит на передних кромках деталей самолета. Особую опасность для полета вызывает обледенение передних кромок крыла, стабилизатора киля и воздухозаборников двигателей.

При больших скоростях вследствие адиабатического сжатия и трения воздуха в пограничном слое потока повышается температура поверхности самолета. Вследствие этого интенсивность обледенения и температура воздуха, в котором оно возможно, уменьшается. Кроме того, изменяется форма ледяных наростов и их расположение на поверхности самолета. Наибольшему нагреву подвергается передняя кромка крыла, стабилизатора и киля, точнее их критическая линия (линия, на которой происходит полное затормаживание потока).

Прирост температуры в критической точке профиля крыла при различных скоростях полета вне облаков:

V, км/ч 300 400 500 600 700 800 900 1000

Dt°,С 3,5 6,2 9,6 13,9 19 24,6 31,2 38,7

При полете в облаках (в условиях обледенения) нагрев несколько меньше, так как происходит некоторая потеря тепла вследствие испарения капельной влаги. По мере удаления от критической линии к задней кромке профиля температура постепенно понижается, а это значит, что на передней кромке крыла температура может быть положительной, в то время как на задней части она отрицательная. При таком характере изменения температуры по крылу переохлажденные капли воды на передней кромке нагреваются и лед не образуется. Перемещаясь по направлению течения пограничного слоя, вода постепенно охлаждается и в определенном месте на поверхности крыла замерзает.

Учитывая нагрев воздуха в точках торможения потока и в пограничном слое, можно сделать вывод, что обледенение скоростных самолетов происходит при более низких температурах. Причем, на больших скоростях температура вероятного обледенения ниже (рис. 2а).

При температурах, соответствующих кривой и более низких, обледенение возможно.

При обледенении значительно нарушается плавность обтекания крыла, горизонтального и вертикального оперения. Наиболее значительно ухудшается обтекание профилей в случае обледенения первого вида (см. рис. 2б, 2), при котором уже на передней кромке, у рогообразных ледяных выступов, происходит интенсивное вихреобразование. Такой вид ледяных наростов может иметь место при полете на малых скоростях в зоне с очень интенсивным обледенением или при неработающей противообледенительной системе.

Рис.2


Нарушение плавности обтекания вызывает значительное перераспределение давления по профилю и изменяет величину сил трения. Вследствие этого на каждом угле атаки коэффициент Сууменьшается, Сх возрастает, а аэродинамическое качество самолета резко уменьшается. Критический угол атаки крыла и оперения, а также Суmах и Сyдоп уменьшаются (см. рис. 2в). Такое изменение аэродинамических характеристик самолета вызывает ухудшение и летных характеристик на всех этапах полета.

Скорость и тяга, потребные для горизонтального полета, возрастают вследствие уменьшения Су, увеличения Сx и падения аэродинамического качества самолета. В случае обледенения воздухозаборников двигателей возможно падение тяги силовой установки, а также повреждение двигателей. Увеличение потребной тяги и некоторое уменьшение располагаемой вызывает уменьшение запаса тяги. Минимальная и минимально допустимая скорость горизонтального полета увеличиваются, а максимальная и число М уменьшаются. Диапазон скоростей, практический потолок, скороподъемность и угол подъема самолета уменьшаются.

Нарушение плавности обтекания крыла и оперения значительно уменьшает диапазон центровок, при которых возможно обеспечить устойчивое продольное равновесие, а также вызывает ухудшение и боковой устойчивости самолета. Значительно ухудшается эффективность рулей.

Для обеспечения безопасности полета следует перед вылетом тщательно изучить метеообстановку на трассе, особенно в районе аэродромов взлета и посадки, учитывая, что большинство случаев обледенения самолетов наблюдается на меньших высотах (менее 5000 м). Обледенение самолета на больших высотах полета встречается редко, но возможно в любое время года.

При интенсивном обледенении полет производить запрещается в связи с возможным повреждением двигателей, а также значительным ухудшением летных характеристик самолета.

Взлет на обледеневшем самолете производить запрещается, так как вследствие ухудшения обтекания значительно увеличивается скорость отрыва и длина разбега, а нарушение устойчивости и управляемости не гарантирует безопасности взлета. При взлете в условиях возможного обледенения: противообледенители двигателей, воздухозаборников и стекол фонаря кабины пилотов включатся после запуска двигателей; противообледенитель крыла и оперения после взлета в наборе высоты.

Набор высоты, горизонтальный полег и снижение в условиях обледенения при нормально действующих противообледенительных устройствах не имеют существенных отличий от нормального полета. Набор высоты при прохождении зон обледенения необходимо производить на номинальном режиме работы двигателей с максимальной вертикальной скоростью, которая будет при наивыгоднейшей скорости набора высоты. Противообледенительную систему (ПОС) крыла и оперения при полете на эшелоне необходимо включать за 3. 5 мин до входа в зону возможного обледенения.

После выхода самолета из зоны обледенения противообледенители выключаются только после удаления льда с поверхности самолета.

При обнаружении льда на стабилизаторе или при неуверенности в его отсутствии пилотирование должно быть плавным, координированным, с изменением перегрузки не более ±0,3.

Учитывая ухудшение устойчивости и управляемости обледеневшего самолета в полете, особенно при снижении и посадке, следует создавать центровку, близкую к средней 30% ba. При такой центровке самолет балансируется почти при нейтральном положении руля высоты, а это значит, что запас по рулю высоты для обеспечения равновесия и управляемости наибольший.

При посадке на обледеневшем самолете посадочная скорость и длина пробега самолета будут большими.

Глава 12. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ

12.1. Тяга двигателя и удельный расход топлива

Величина тяги зависит от расхода воздуха и топлива через двигатель в единицу времени. Расход топлива за единицу времени составляет в среднем 1. 1,5% от расхода воздуха. Следовательно, можно считать, что масса газов, выходящих из двигателя, практически равна массе воздуха, входящего в него.


Рис. 1. Схема двигателя и графики изменения абсолютной температуры К, давления р* и скорости течения газов с по его газовому тракту:

1 – компрессор низкого давления, 2 – компрессор высокого давления; 3 – камера сгорания; 4 – турбина высокого давления; 5 – турбина низкого давления, 6 – камера смешения, 7 – реактивное сопло.

Допустим, что давление воздуха перед входом в двигатель равно давлению на выходе из него. Тогда масса газовой струи, проходящая через двигатель, может получить ускорение только вследствие силового воздействия на эту массу. На основании третьего закона механики масса газов, приобретая ускорение, с такой же силой действует на двигатель. Сила действия этой массы на двигатель и является его реактивной тягой РR.

Если обозначить скорость воздуха на входе в двигатель (скорость полета) через V, а скорость выхода газов из него через C5, то изменение количества движения массы воздуха m = G/g, прошедшей через двигатель за время t, будет равно импульсу силы PR, действовавшей на эту массу m(С5 – V) = РRt , где РRt –импульс силы PR , а m(С5 – V) = mC5 – mV – изменение количества движения массы воздуха т. Из этого выражения тяга турбореактивного двигателя будет:

где m/t=тсек – секундная масса воздуха, проходящего через двигатель.

Из этой формулы видно, что чем больше секундный расход воздуха (mсек) и больший прирост его скорости (С5–V) в двигателе, тем реактивная тяга больше.

Для оценки экономичности двигателя вводится понятие удельной тяги руд и удельного расхода воздуха Суд. Учитывая, что секундная масса воздуха, проходящего через двигатель mсек = Gсек/g (где Gсек – секундный вес воздуха, проходящего через двигатель), то тягу двигателя можно выразить РR = Gсек(C5–V)/g.

Выражение (C5–V)/g и является удельной тягой руд. Как видно из формулы, удельная тяга руд=(C5–V)/g численно равна тяге, получаемой при прохождении через двигатель 1 кг воздуха.

Удельный расход топлива Суд = Счас/РR – часовой расход топлива в килограммах, необходимый для получения одного килограмма тяги двигателя. Если удельный расход топлива Суд меньший, а удельная тяга руд больше, то двигатель более экономичен.

Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе.

Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация.



Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: