Олимпиада школьников «Шаг в будущее»

Научно-образовательное сореевнование «Шаг в будущее, Москва»

регистрационный номер

Энергетическое машиностроение

Кафедра Э-4, холодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения

«Анализ существующих методов проведения испытаний авиационных двигателей в условиях обледенения и усовершенствование системы генерации ледяных кристаллов»

Автор: Кононова Виктория Дмитриевна

ГОУ Лицей 1580 при МГТУ им. Н.Э. Баумана

Научный руководитель: Горячев Павел Алексеевич ФГУП "ЦИАМ им. П.И. Баранова"

Инженер 2 категории

Москва – 2014

Оглавление

Введение……………….…………………………..……………………………………………….……..3

1. Климатические условия, в которых образуется лед 1.1. Условия классического обледенения…………………………………………………….…….5 1.2. Ледяные кристаллы без жидкой фазы…..…………………………..…………………..…..…5 1.3. Смешанная фаза………………………………………………………………………….……...5

2. Образование льда на поверхности самолета 2.1. Типы льда, образующиеся в полете на поверхности самолета……………………...………..7 2.2.Характерные признаки обледенения и способы его предупреждения……………….……….8 2.3. Особенности процесса обледенения в условиях ледяных кристаллов и смешанной фазе.…9 2.4. Погодные условия, в которых встречается обледенение ледяными кристаллами………..…9 2.5. Физика формирования ледяного нароста в условиях ЛК………………………..…….….....10 2.6. Особенности механизма формирования льда в условиях ЛК……………………...………...11 2.7.Летные происшествия, связанные с попаданием в кристаллические облака………….…….12

3. Отработка системы имитации условий атмосферного облака, содержащего ЛК 3.1. Схема испытаний………………………………………………………………………….…….13 3.2.Нормативные требования……………………………………………………………...……..…14

4. Льдогенераторы 4.1.Параметры, которыми определяется классификация льдогенераторов…………………..….16 4.2.Требования к ЛК, получаемым на выходе из льдогенератора……………………..………....17 4.3.Льдогенераторы трубчатого и пластинчатого льда…………………………….......................17 4.4.Льдогенераторы чешуйчатого и снежного льда………………………….…………................19 4.5.Скребковые льдогенераторы……………………………………………..………………….….19 4.6. Фрезерные льдогенераторы…………………………………………………….…….………...20 4.7.Капиллярные льдогенераторы…………………………………………………………..……....21 4.8.Агрегатные льдогенераторы………………………………………………………………..…...23 4.9.Замораживание капель воды при распылении форсункой…………………….………….…..24 4.10.Снежные пушки…………………………………………………………………………….…..25 4.11.Способ генерации ЛК, разработанный в ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова»...……...…...28

5. Создание полноразмерного льдогенератора 5.1.Демонстрационный модуль………………………………………………………………….....30 5.2.Расчет морозильной камеры………………...……………………………………………….....32

Заключение…………………………………………………………………………………….………...33 Литература……………………………………………………………………………………….............35

Введение

Ежедневно в мире совершается около 85000 гражданских авиарейсов. В 2012 году в мире было 31 миллиона рейсов. Всего в 2012 году было перевезено 3 миллиарда пассажиров, т.е. почти половина населения земли. Речь идет только о гражданской авиации. В 2012 произошло 25 авиакатастроф, в которых погибло 314 человек. В основном это были аварии самолетов и вертолетов малой авиации. Больших (или относительно больших) пассажирских самолетов разбилось семь штук. К сожалению, 4 из них были самолетами российских перевозчиков. Таким образом, в 2012 году почти треть погибших в авиакатастрофах пришлась на российскую авиацию. Каждую вторую секунду на планете взлетает самолет. Более того, по подсчетам экспертов, эти цифры увеличатся в несколько раз уже через 10 лет. На сегодняшний день делается все, что бы свести риск угрозы для жизни авиапассажира. Однако, никто и никогда не гарантирует вам стопроцентную безопасность во время полета на воздушном судне.

Безопасная эксплуатация самолетов в любых погодных условиях является главной заботой всех авиаперевозчиков, администраций аэропортов, служб управления воздушным движением и пользователей услуг воздушного транспорта. Одной из причин крушений самолета могут являться климатические условия. Считается, что наиболее опасными климатическими условиями являются: ветер, рему, дождь, снег, град, туман.

Что касается в е т р а, то он почти не играет никакой роли. Сейчас зачастую приходится летать в штормовой ветер. Однозначно, в та­ком случае полет требует от летчика больше ловкости и внимания, особенно подъем и посадка. В воздухе сильный ве­тер может совершенно не ощущаться и толь­ко тогда, когда ветер очень порывист, что бывает обычно на небольших высотах, само­лет качает, или, как говорят летчики «бол­тает». Выше 700 – 800 метров ветер почти всегда совершенно ровен, и пассажир может и не знать о его существовании. Конечно, ветер сказывается на скорости полета по ветру она увеличива­ется, а против — уменьшается.

Р е м у. Несколько неприятнее для самолета явление. По существу тот же ветер, но движение воздуха происходит в данном случае не горизонтально, как при обычном ветре, а вертикально, то есть снизу, вверх и обратно. Это явление бывает только в теплые времена года, особенно летом. Самолет, попадая из нисхо­дящего потока воздуха в восходящий, испытывает бросок вверх. Дело в том, что поверхность земли нагре­вается солнцем неравномерно, например, пахать нагревается сильно, луга — меньше, лес еще меньше и т.д. Вследствие этого над пахатью нагретый воздух поднимается вверх быстрее, чем над лугами. Теплый воздух, поднявшийся над пахатью, начнет опускаться над лесом, где всегда прохладно. Для со­временного самолета рему не представляет опасности, так как скорость самолета ве­лика и у мотора есть большой запас мощно­сти

Т у м а н является одним из наиболее злейших врагов самолета. Правда, и в тумане лететь можно, но трудно. Компас и другие приборы могут немного помочь полету, но только немного. Посадка же в тума­не совершенно невозможна (если туман силен).

В 1950-х годах в ряде государств были установлены правила для гражданской авиации, запрещающие взлет самолетов при наличии ледяного налета (инея, изморози), с н е г а или л ь д а на крыльях, воздушных винтах или управляющих поверхностях самолета. Последствия такого обледенения разнообразны, непредсказуемы и зависят от индивидуальной конструкции самолета. Масштабы этих последствий зависят от многих переменных факторов, однако они могут быть значительными и опасными.

Испытания в аэродинамической трубе и в полете показывают, что отложения льда, ледяного налета или снега на передней кромке и верхней поверхности крыла толщиной и шероховатостью, напоминающими среднюю или грубую наждачную бумагу, могут уменьшить подъемную силу крыла на 30% и увеличить лобовое сопротивление на 40%. Эти изменения в подъемной силе и сопротивлении значительно повышают скорость сваливания, ухудшают управляемость и отражаются на летно-технических характеристиках самолета. Лед на критических поверхностях и планере может также отделиться во время взлета и быть затянутым в двигатели с возможным повреждением лопаток вентилятора и компрессора. Лед, образовавшийся на статических отверстиях или датчиках угла атаки, может обусловить искажение вводимой в системы пилотажных приборов информации об абсолютной высоте, воздушной скорости и мощности двигателя. Поэтому действительно необходимо, чтобы взлет не выполнялся до тех пор, пока не будет установлено, что все критические поверхности и датчики приборов свободны от налипшего снега, ледяного налета или других ледяных образований. Это очень важное требование известно, как "концепция чистого воздушного судна"

Лед, ледяной налет и снег, образовавшиеся на этих поверхностях на земле, совершенно иначе влияют на летно-технические характеристики самолета, чем лед, образовавшийся в полете. Ледяные кристаллы, которые образуются в ГТД самолета на высоте, подразделяются на несколько видов: ледяные кристаллы (без жидкой фазы) и смешанная фаза (ледяные кристаллы с жидкой водой). Также обледенение возможно в условия «классического обледенения» (переохлажденные жидкие капли).