Глава 12

ЗАЩИТА ОТ ДОЖДЯ И ЛЬДА

Содержание

ВВЕДЕНИЕ И ТЕОРИЯ

ТРЕБОВАНИЯ И СТАНДАРТЫ ЗАЩИТЫ

УСТРОЙСТВА ОБНАРУЖЕНИЯ И СИГНАЛИЗАЦИИ

МЕХАНИЧЕСКИЕ ДЕТЕКТОРЫ ЛЬДА

СЕНСОР ЛЬДА С ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ

ДАТЧИК БЕТА-ЧАСТИЦ

МЕХАНИЧЕСКОЕ «УДАЛЕНИЕ ЛЬДА»

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ СРЕДСТВА «ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБЛЕДЕНЕНИЯ» И УДАЛЕНИЯ ЛЬДА

ЖИДКОСТНЫЕ СИСТЕМЫ

ЗАЩИТА ЛОБОВОГО СТЕКЛА

СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ВИНТА

ПРОЧИЕ УСТРОЙСТВА

АСПЕКТЫ ТО И ПОДГОТОВКИ К ПОЛЕТУ

ВВЕДЕНИЕ И ТЕОРИЯ

Без исключений образование льда или инея на поверхностях самолета оказывает отрицательное воздействие на аэродинамические характеристики. Образование льда или снега на поверхностях самолета нарушает аэродинамические контуры и влияет на характер пограничного слоя. Несомненно, самой важной поверхностью самолета является крыло, и образование льда или инея может вызвать серьезные изменения аэродинамических характеристик.

Типы льда:

1. Белый иней;

2. Обледенение;

3. Прозрачный лед.

Обширное нарастание льда на передней кромке крыла может вызвать большие изменения локальных профилей и сильные изменения местных градиентов давления. Чрезмерная шероховатость поверхности, свойственная некоторым формам льда, вызывает высокое поверхностное трение и значительное уменьшение энергии пограничного слоя. В результате этих эффектов образование льда может вызвать существенное увеличение сопротивления и сильное уменьшение максимального коэффициента подъемной силы. Т.о. формирование льда вызывает увеличение потребной тяги и критической скорости. Дополнительно, прирост веса самолета от обледенения производит нежелательный эффект. Из-за негативного воздействия обледенения для сохранения ЛТХ самолета необходимо выполнять процедуры по предотвращению обледенения.

Влияние образования инея на аэродинамические характеристики крыла, возможно, более коварное, чем от обледенения. Нарастание прочного слоя инея на верхней поверхности крыла значительно увеличивает ее шероховатость. При сохранении базовой формы и неизменного аэродинамического профиля, повышение шероховатости поверхности приводит к увеличению поверхностного трения и снижению кинетической энергии пограничного слоя. В результате повышается сопротивление, но его величина из-за образования инея несравнима со значительным повышением сопротивления из-за сильного обледенения. Уменьшение кинетической энергии пограничного слоя вызывает зарождение срыва потока на крыле, т.е. отделение потока произойдет на более низких углах атаки и коэффициентах подъемной силы, чем для чистого гладкого крыла. Уменьшение C_{L max} при образовании инея обычно не такое большое, как из-за обледенения, но оно обычно происходит неожиданно и может вызывать сильные изменения аэродинамической формы (как при обледенении), достаточные для понижения C_{L max}. Кинетическая энергия пограничного слоя является важным фактором, влияющим на отделение воздушного потока, и эта энергия уменьшается с повышением шероховатости поверхности.

Влияние инея или льда на взлетно-посадочные характеристики имеет огромную важность. Влияние на взлет и посадку настолько негативное, что нельзя щадить никаких усилий, чтобы сохранить самолет максимально свободным от любого образования инея или льда. Если на самолете сохранились любые остатки льда при приближении к фазе посадки, необходимо учитывать, что обледенение приводит к понижению C_{L max} и увеличению критической скорости. Т.о. скорость посадки будет выше. Когда данный эффект складывается с вероятностью плохого торможения на посадочном пробеге, может возникнуть критическая ситуация. Очевидно, что нужно приложить много усилий, чтобы предотвратить обледенение в полете.

В любых обстоятельствах перед взлетом не допускается наличие остатков льда или инея на поверхностях крыла самолета. Нежелательные эффекты от обледенения очевидны, но, как упоминалось ранее, эффект от образования инея более коварен. Если на верхней поверхности крыла существует толстый прочный слой инея, характерное понижение C_{L max} вызывает повышение критической скорости самолета от 5 до 10%.

Из-за такого сильного эффекта влияние инея на взлетные характеристики нужно обнаруживать на ранних стадиях, пока не стало слишком поздно. Взлетная скорость самолета обычно выше критической скорости на величину от 5 до 25%, поэтому коэффициент подъемной силы на взлете будет составлять от 90 до 65% от C_{L max}. Следовательно, возможно, что самолет с инеем не сможет взлететь на определенной взлетной скорости из-за преждевременного сваливания. Даже если самолет с инеем сможет взлететь на определенной взлетной скорости, он может иметь недостаточный запас по воздушной скорости выше критической. Турбулентность, порывы ветра или вираж могут вызвать зарождающийся или полный срыв потока у самолета.

Рис. 12.2. Наиболее вероятные зоны образования льда

Увеличение сопротивления во время разбега на взлете из-за наличия льда или инея не имеет большого значения и существенного эффекта на начальное ускорение при взлете. Поэтому эффект от инея или льда будет более очевидным на более поздних этапах взлета, если самолет не способен оторваться от земли или недостаточный запас по критической скорости не позволяет успешно приступить к набору высоты. В любых обстоятельствах не допускается наличие остатков инея или льда на поверхностях крыла перед взлетом.

Обледенение самолета в полете в первую очередь вызвано присутствием в атмосфере капель переохлажденной воды. Если капли ударяются о передние поверхности самолета, они замерзают и вызывают нарастание льда, что может серьезно ухудшить аэродинамические качества. Это особенно касается маленьких объектов, которые обладают более эффективной интенсивностью улавливания, чем крупные объекты, а маленькие количества льда создают относительно большие изменения формы. Фактическое количество и форма нарастания льда зависят от температуры поверхности. Это является результатом изменения энергии, вызываемого изменениями нагрева обшивки самолета, т.е.:

1. Кинетический нагрев воздуха (плюс);

2. Кинетический нагрев от капель воды (плюс);

3. Скрытая теплота плавления (вызвана переходом капель воды из жидкого в твердое состояние из-за столкновения) (плюс);

4. Испарение (минус);

5. Конвекция (минус).

Рис. 12.2. Где происходит обледенение самолета

В зависимости от того, какова температура поверхности: ниже, равна или больше 0°С – развиваются разные ситуации. Когда температура ниже 0°С, все столкнувшиеся капли замерзают, а когда она выше 0°С, капли не замерзают.

Определено, что для определенных температурных условий и высот существует широкий диапазон скоростей самолета, при которых энергетический баланс создает температуру обшивки 0°С. При данном энергетическом балансе на одном конце скоростного диапазона происходит замерзание всех капель, а на другом конце замерзания не происходит. Потенциальная «интенсивность улавливания» или «интенсивность столкновений» и фактическая скорость обледенения не имеют простой зависимости в этом диапазоне. Скорость «без угрозы обледенения» зависит от содержания воды в атмосфере, температуры и высоты.

Для большинства условий эта скорость близка к максимальной скорости дозвукового самолета. Финальным фактором влияния, который необходимо отметить, является то, что обледенение не возникает выше 12 000 м (40 000 футов), т.к. все капли замерзают и принимают форму кристаллов льда, которые не прилипают к поверхности самолета.

ТРЕБОВАНИЯ И СТАНДАРТЫ ЗАЩИТЫ

Самолет должен быть очищен ото льда, инея и снега перед отправлением, и JAR-OPS требует, чтобы общественные транспортные самолеты были обеспечены определенным защитным оборудованием для полетов, для которых согласно метеосводкам на момент отправления существует вероятность возникновения благоприятных для обледенения условий. Все самолеты должны соответствовать определенным базовым стандартам, не зависимо от того, требуется ли для них защита, указанная в JAR-OPS, или иная целесообразная защита в случае нерегулярного выполнения самолетом коротких полетов в условиях обледенения. Положения JAR содержат требования к характеристикам контроля балансировки и устойчивости, помехам органов управления и способности двигателя продолжать функционирование в условиях обледенения.

Применяются два основных подхода:

1. «Удаление льда», где перед удалением льда допускается его накопление;

2. «Предотвращение обледенения», целью которого является не допущение накопления льда.

Существует много путей, нуждающихся в исследованиях, включающих системы обнаружения и сигнализации, а также методы, используемые для защиты самолета, которые могут быть любыми или всеми из перечисленных ниже: