Полеты в условиях обледенения

Полеты в условиях обледенения

В атмосфере при отрицательных температурах содержатся переохлажденные частицы влаги. При соударении с элементами конструкции летящего с большой скоростью ЛА они замерзают и с течением времени образуют слой льда. Обледенение происходит при полете в облаках, тумане, дожде и мокром снеге. Интенсивность обледенения определяется скоростью нарастания ледяного покрова в единицу времени и зависит от скорости полета, размеров капель и концентрации сконденсировавшейся влаги в 1м³ воздуха. Толщина ледяного покрова зависит от продолжительности полета в зоне обледенения. При полете ЛА на небольших скоростях при которых обтекаемые поверхности имеют температуру ниже 0°С форма ледяного покрова зависит от размера переохлажденных капель. При малом диаметре капель форма льда обычно имеет пикообразный вид; если переохлажденные капли крупных размеров, то при ударении с передними кромками обтекаемых поверхностей они сначала растекаются, а потом замерзают.

При повышенных скоростях полета, когда передняя кромка профиля вследствие аэродинамического нагрева имеет положительную температуру, обледенение ЛА имеет желобкообразную форму. Такая форма объясняется тем, что осевшая на передней кромке влага не замерзает, а сдувается воздушным потоком к более холодной части профиля, где и примерзает к обтекаемой поверхности. При сдувании капли сливаются друг с другом, образуя сплошную пелену. Поэтому желобковая форма льда не содержит пустот и имеет стекловидную структуру. С дальнейшим увеличением скорости полета, а следовательно и аэродинамического нагрева, когда обтекаемые поверхности имеют положительные температуры, обледенение ЛА становится невозможным. Аэродинамический нагрев передней кромки может быть приблизительно определен следующим образом:

∆t =V²/2000, где V – скорость полета.

Эта формула справедлива для условий адиабатического нагрева. В реальных условиях обледенения, вследствие теплоотдачи и испарения влаги с обтекаемой поверхности, нагрев оказывается ниже расчетных значений на 40-50%.

Наиболее часто подвержены обледенению передние кромки крыла, стабилизаторы и кили, лобовые стекла фонаря, воздухозаборники двигателей, элементы СУ, расположенные во всасывающем канале, антенны и приемники воздушного давления. В результате обледенения искажаются формы профилей крыла и хвостового оперения, что может существенно увеличить коэффициент лобового сопротивления, массу ЛА, снизить коэффициент подъемной силы и ухудшить устойчивость и управляемость ЛА. Появление на передней кромке горизонтального оперения небольшого слоя льда существенно осложняет пилотирование ЛА, особенно на предпосадочном планировании после выпуска закрылков. В этом случае угол атаки стабилизатора может приблизиться к критическому значению. Указанные явления имеют место для ЛА с хорошо развитой механизацией крыла (Ту-154). При обледенении воздухозаборника и элементов СУ во всасывающем канале уменьшается расход воздуха, а, следовательно, и тяга двигателя, что в свою очередь ведет к повышению температурного режима. При этом возможна неустойчивая работа, т.е. помпаж и тряска двигателя. Оторвавшиеся куски льда могут попасть в компрессор и вывести его из строя. Учитывая это, при наличии условий обледенения, командир экипажа и диспетчер службы движения перед вылетом должны выбрать такой эшелон полета, который дал бы возможность лететь вне зоны обледенения. Если это не удается сделать, то экипаж должен привести в действие все бортовые противооблединительные системы (ПОС). Их включение в полете производят заранее, перед входом ЛА в зону обледенения. Если по каким-либо причинам обледенение продолжается даже при включенных ПОС, то необходимо потребовать замену эшелона полета самолета, а при необходимости посадить ЛА на ближайшем аэродроме. На современных ЛА получили распространение воздушно-тепловые, электротепловые и электроимпульсные ПОС. Они обеспечивают защиту от образования льда и его удаление с обогреваемых поверхностей ЛА. От обледенения на ЛА защищаются предкрылки, носки крыла стабилизатора и киля, воздухозаборники и ВНА двигателей, лобовые стекла и форточки фонаря кабины экипажа, приемники полного давления, датчики углов атаки, передние кромки лопастей и коки воздушных винтов.

Функционирование электротепловых и электроимпульсных ПОС обеспечивается самолетными источниками электропитания, а воздушно-тепловых – горячим воздухом отбираемым от двигателей. Информацию о начале обледенения экипаж получает от сигнализаторов. Видимая часть элементов может быть осмотрена экипажем в полете. Основное управление ПОС осуществляется с пульта бортинженера. Включается ПОС только в полете, до входа в зону обледенения, а выключается спустя 10 минут после выхода из нее. Обогрев стекол включается на земле и на все время полета, независимо от климатических условий. Обогрев двигателей также включается на земле при температуре наружного воздуха меньше +15Сº. Не рекомендуется включать воздушно-тепловую систему на максимальном режиме работы двигателей, т.к. с уменьшением подачи воздуха  в КС может значительно повыситься температура газа и появиться помпаж компрессора.

На некоторых типах ЛА применяется электроимпульсная ПОС. Удаление льда производится созданием импульсной упругой деформации в обшивке защищенных поверхностей. Деформация создается электромагнитными индукторами, размещенными в обогреваемых участках крыла и хвостового оперения.