- •Олимпиада школьников «Шаг в будущее»
- •Условия классического обледенения. Жидкие переохлажденные капли
- •Ледяные кристаллы без жидкой фазы
- •Ледяные кристаллы с жидкой водой. Смешанная фаза
- •2.1. Типы льда, образующиеся в полете на поверхности самолета
- •2.2. Характерные признаки обледенения и способы его предупреждения
- •2.3. Особенности процесса обледенения в условиях ледяных кристаллов и в смешанной фазе
- •2.4. Погодные условия, в которых встречается обледенение ледяными кристаллами
- •2.5. Физика формирования ледяного нароста в двигателе в условиях ледяных кристаллов
- •2.6. Особенности механизма формирования льда в условиях ледяных кристаллов
- •2.7. Лётные происшествия, связанные с попаданием в кристаллические облака
- •3.1. Отработка системы имитации условий атмосферного облака, содержащего ледяные кристаллы. Схема испытаний
- •3.2. Нормативные требования
- •5 10 15 20
- •Параметры, которыми определяется классификация льдогенераторов
- •4.2 . Определим требования к лк, получаемым на выходе из льдогенератора
- •Льдогенераторы трубчатого и пластинчатого льда
- •4.4. Льдогенераторы чешуйчатого и снежного льда
- •4.5. Скребковый льдогенератор
- •4.6. Льдогенератор фрезерный
- •4.7. Капиллярный льдогенератор
- •4.8. Агрегатные льдогенераторы
- •4.9. Замораживание капель воды при распылении форсункой
- •4.10. Снежные пушки
- •Способ генерации лк, разработанный в фгуп «циам им. П.И. Баранова»
- •Демонстрационный модуль для имитации условий атмосферного облака, содержащего ледяные кристаллы
- •Расчет морозильной камеры
- •Заключение
- •Литература
2.6. Особенности механизма формирования льда в условиях ледяных кристаллов
Большая концентрация ледяных кристаллов по сравнению с переохлажденной жидкостью (8 г/м3 против 2,5 г/м3) означает, что лед может нарастать на довольно теплых поверхностях, причём опыт эксплуатации зафиксировал температуру выше 38 С ,
Для формирования ледяного нароста в условиях переохлажденных капель необходимо наличие холодной поверхности, поэтому увеличение тяги двигателя, связанное с ростом температуры газа и, соответственно, конструкции создает возможность для предотвращения образования льда,
В условиях ледяного облака возможность для образования льда в двигателе остаётся всегда при любой величине его тяги. При изменении тяги двигателя изменяются соответствующие местные температурные условия, и изменяется концентрация воды, что влияет на положение вероятного участка обледенения,
Силы адгезии и срыв льда, по-видимому, отличаются при образовании льда в условиях переохлажденной жидкости вследствие различий в форме льда и сил его сцепления с поверхностью, на которые влияет постоянная передача тепла от воздуха к сопряжённым с зоной обледенения поверхностям, что приводит к таянию льда.
2.7. Лётные происшествия, связанные с попаданием в кристаллические облака
Обледенение двигателей в условиях ледяных кристаллов происходило и прежде, хотя ранее это не связывалось именно с ледяными кристаллами. В последние годы рост количества лётных происшествий, сопровождавшихся потерей тяги двигателя, объяснялся следующими причинами:
Увеличением числа рейсов в географических областях, которые подвержены высокому содержанию воды в виде льда (IWC),
Маршруты полетов стали прокладываться ближе к штормовым областям в связи с увеличением воздушных перевозок,
Возникновением большего понимания проблемы и увеличением количества сообщений об инцидентах.
Всеобщее внимание к данной теме, хотя в настоящее время нет достоверных показателей в пользу вывода о том, что изменяющийся климат ведет к повышению IWC.
Таким образов, попадание летательного аппарата в атмосферные облака, содержащие ледяные кристаллы, приводит к появлению ледяных наростов на компрессоре двигателя и сопровождается потерей тяги, помпажом, срывом пламени в камере сгорания, заглоханием двигателя, повреждением лопаток компрессора. Облака, содержащие ледяные кристаллы, теперь признаются причиной повреждения двигателя.
Рис. 5. Места возникновения летных
происшествий.
Выявлены многочисленные случаи отказов двигателей при попадании в облака, содержащие ледяные кристаллы, известно более ста летных происшествий. Для проверки эффективности защиты двигателя от обледенения должны быть выполнены сертификационные испытания на обледенение, которые являются наиболее сложным видом испытаний авиационных газотурбинных двигателей, как с точки зрения необходимого оборудования, так и сложности требований к испытаниям.
3.1. Отработка системы имитации условий атмосферного облака, содержащего ледяные кристаллы. Схема испытаний
Облака, состоящие из кристаллов льда, представляют опасность для авиационных газотурбинных двигателей. Возможно повреждение лопаток компрессора льдом, образующимся в проточной части двигателя на входе в компрессор высокого давления газогенератора, где температуры конструкции выше точки замерзания воды.
В связи с этим, на этапе проектирования двигателя следует обеспечить его эффективную защиту двигателя от воздействия кристаллов льда, а на этапе сертификации - экспериментальную двигателя в имитируемых условиях ледяных кристаллов и смешанной фазы на аттестованном стенде, соответствующем нормативным требованиям. В России стенды для проведения подобных испытаний в настоящее время отсутствуют, поэтому следует изучить опыт создания таких стендов за рубежом, спроектировать и создать такие стенды в нашей стране.
За рубежом предлагается вводить кристаллы в поток воздуха через систему сопел, расположенных внутри аэродинамической трубы (АДТ) вверх по потоку относительно водораспылительного коллектора (рис. 6). Сопла ввода кристаллов компонуются в коллектор, и их количество выбирается, исходя из возможности обеспечения равномерности распределения кристаллов по площади сечения АДТ. Наличие двух коллекторов (водораспылительного и коллектора ввода кристаллов) позволяет реализовывать как условия сухих ледяных кристаллов (при включении только кристаллического коллектора), так и условия смеси фаз (при включении обоих коллекторов).
Рис. 6 Схема испытаний в условиях ЛК и
смешанной фазы
Для проектирования подобной системы необходимо отработать все звенья технологического процесса имитации атмосферного кристаллического облака.