Матвеенко А.М. (ред.) - Системы оборудования летательных аппаратов - 2005

420 Противообледенительные системы ЛА

ми, оседает на передней кромке профиля. Величина зоны улавлива­ ния зависит в основном от скорости полета и диаметра капель — чем выше скорость и больше диаметр капель, тем больше зона улавли­ вания и тем большая доля воды, содержащейся в воздухе, оседает на передней кромке. Уменьшение относительной толщины профи­ ля и радиуса закругления передней кромки также приводит к уве­ личению размеров зоны улавливания. По этой причине при ост­ рых кромках, характерных для профилей сверхзвуковых самоле­ тов, может быть захвачено до 90 % водяных капель, содержащихся в воздушном потоке, в то время как относительно толстый дозву­ ковой профиль может захватить всего около 15 % капель.

Обычно величина зоны захвата не превышает 5...6% хорды профиля, а диаметр капель, оседающих на поверхности, лежит в диапазоне от 5 до 75 мкм [39].

Размеры зоны растекания воды по поверхности зависят от тем­ пературы, скорости полета, способа защиты от обледенения и ря­ да других факторов.

В совокупности зона улавливания и зона растекания составля­ ют зону защиты профиля, минимальный размер которой ограни­ чен зоной улавливания, а максимальный — обычно не превышает 15 % хорды профиля.

Кроме указанных выше температуры окружающей среды и диа­ метра переохлажденных капель существенное влияние на процесс обледенения оказывают водность окружающей среды и связанная с ней интенсивность обледенения. Под водностью окружающей среды понимается масса воды, находящейся в капельно-жидком состоянии, в одном кубическом метре объема. Зависимость вод­ ности от температуры воздуха приведена на рис. 12.4.

Интенсивность обледенения — это скорость образования льда, характеризующаяся изменением толщины ледяного слоя в единицу времени. Интенсивность обледенения за­

шается величина критического угла атаки, при котором происхо­ дит срыв потока, а максимальное значение коэффициента подъ­ емной силы снижается в 1,5... 1,8 раза.

Наиболее опасно проявляет себя обледенение крыла и опере­ ния на взлетно-посадочных режимах полета.

При взлете обледеневшего самолета коэффициент подъемной силы крыла с выпущенной механизацией уменьшается, а сопро­ тивление возрастает интенсивнее, чем у крыла с убранной меха­ низацией. В результате значительно увеличиваются скорость от­ рыва, длина разбега и взлетная дистанция. Сильная турбулизация потока вызывает тряску самолета и осложняет управление им на самом напряженном этапе полета. Наконец, что наиболее опасно, увеличивается скорость сваливания, а так как эффективность ор­ ганов управления при обледенении заметно снижается, самолет может войти в режим сваливания [13].

При выполнении посадки в условиях обледенения наиболее за­ метно изменяются характеристики устойчивости и управляемости самолета. Ледяной нарост, образовавшийся на носке крыла, обтека­ емого под большим углом атаки, уменьшает радиус кривизны носка, искажает профиль, и поэтому местные срывы потока начинаются значительно раньше, чем на чистом крыле. При убранных закрылках это приводит к развитию тенденции самолета к пикированию, если крыло прямое, или кабрированию, если крыло стреловидное. При глубоком развитии срыва на обледеневшем крыле возможно свали­ вание самолета и потеря поперечной устойчивости. При выпуске за­ крылков происходит скашивание потока и угол атаки горизонталь­ ного оперения может достигать больших отрицательных значений, близких к критическим (рис. 12.8) [50]. Если при этом на передней кромке стабилизатора имеется ледяной нарост, то возможен срыв

Рис. 12.8. Возникновение срыва потока на стабилизаторе на посадочном режиме полета:

а г о — Угол атаки горизонтального оперения при скосе потока; а ' 0 — угол атаки горизон­ тального оперения, вынесенного из зоны скоса потока

потока на его нижней поверхности. Срыв потока сопровождается уменьшением отрицательной подъемной силы горизонтального оперения и нарушением продольной балансировки. У самолета развивается самопроизвольная тенденция к пикированию с одно­ временным приращением отрицательной перегрузки — так назы­ ваемой "клевок", что может явиться причиной катастрофы.

Уменьшить опасность срыва при обледенении горизонтально­ го оперения можно с помощью ряда конструктивных мер: увели­ чением площади и плеча подъемной силы стабилизатора, приме­ нением более несущих (несимметричных) профилей, профилиро­ ванием щелей на стабилизаторе перед рулем высоты, выносом стабилизатора из зоны интенсивного скоса потока за крылом и уменьшением эффективного удлинения стабилизатора.

К потере управляемости самолета может привести обледенение щелей органов управления, передних кромок рулей, элеронов, за­ крылков, стыков секций предкрылков, примерзание органов уп­ равления при полете в условиях переохлажденного дождя или мокрого снега.

Образование льда на входной кромке воздухозаборника иска­ жает воздушный поток на входе двигателя, приводит к увеличе­ нию гидравлического сопротивления воздухозаборника и паде­ нию расхода воздуха через компрессор. Снижение расхода воздуха может привести к перегреву турбины, а возникающие срывы и за­ вихрения потока — к помпажу или даже к останову двигателя.

Обледенение лопаток ВНА или первых ступеней компрессора двигателя может быть довольно интенсивным. Из-за больших цен-

тробежных сил, действующих на ледяные наросты, лед может самопроизвольно сбрасываться, что приводит к дисбалансу рото­ ра и появлению вибраций. Причем уровень этого дисбаланса мо­ жет быть таким, что он может привести к разрушению подшип­ ников ротора и его заклиниванию.

Обледенение воздушных винтов по формам и видам образую­ щегося льда мало отличается от обледенения крыла и оперения. Однако протяженность зоны обледенения по хорде лопасти может достигать 25...27 %. Протяженность зоны обледенения по радиусу винта составляет 40...60%, считая от оси вращения. Концевые сечения обледенению не подвергаются из-за аэродинамического нагрева и повышенного уровня вибраций. Обледенение винта приводит к падению его КПД на 12...16% (рис. 12.9) и соответ­ ствующему уменьшению скорости полета на 20..30 км/ч (только за счет обледенения винта). Самопроизвольный сброс льда с ло­ пастей и обтекателя винта приводит к сильной тряске, дисбалансу винта и в отдельных случаях — к разрушению опорных подшип­ ников вала винта. Лед, сбрасываемый с обтекателя, может приво­ дить к существенным повреждениям лопастей винта, двигателя и элементов конструкции ЛА.

Вертолетные винты гораздо более чувствительны к обледенению, чем самолетные, а само их обледенение отличается своеобразием. Это связано с тем, что скорости обтекания лопастей изменяются в очень широких пределах, вплоть до отрицательных в зоне обрат­ ного обтекания (рис. 12.10). В зоне обратного обтекания интенсив­

приводит к появлению вибраций, возникающих вследствие са­ мопроизвольного сброса льда и срывов потока. При этом обычно ухудшается управляемость и, наконец, может произойти потеря устойчивости вертолета.

Обледенение остекления кабины экипажа, обтекателей антенн и датчиков пилотажно-навигационных приборов приводит к ус­ ложнению условий полета и созданию неблагоприятной обста­ новки для работы экипажа.

Из изложенного ясно, что для обеспечения безопасности по­ летов и повышения их регулярности JIA должны оснащаться ПОС, защищающей указанные выше поверхности и агрегаты са­ молета или вертолета. Типовая схема зон защиты самолета от об­ леденения приведена на рис. 12.12.

12.5. СИГНАЛИЗАТОРЫ ОБЛЕДЕНЕНИЯ

Эффективность защиты JIA от обледенения в значительной степени зависит от своевременного включения ПОС. С этой це­ лью на борту JIA в местах с наименьшим искажением набегающе­ го потока воздуха, обычно в носовой части фюзеляжа, устанавли­ вают сигнализаторы обледенения. В настоящее время сигнализа­ торы обледенения не только включают ПОС, но и осуществляют регулирование ее работы в соответствии с условиями обледенения и режимом полета JIA.

Все существующие сигнализаторы обледенения можно разде­ лить на две группы: сигнализаторы, регистрирующие условия, способствующие возникновению обледенения, и сигнализаторы, регистрирующие наличие льда на поверхности JIA, т. е. факт уже начавшегося обледенения.

Сигнализаторы первой группы реагируют на наличие в атмос­ фере переохлажденных капель воды, а принцип их действия мо­ жет быть основан на регистрации электрического тока в цепи дат­ чика или измерении таких параметров, как интенсивность тепло­ обмена с окружающей средой и электропроводность датчика. Эти сигнализаторы отличаются высокой чувствительностью, однако могут давать ложные срабатывания, так как не отличают обычные капли воды от переохлажденных, обусловливающих обледенение. Для предотвращения этого явления сигнализаторы первой группы оснащаются датчиками температуры, блокирующими сигнал при положительных температурах окружающей среды.

Сигнализаторы второй группы реагируют непосредственно на слой льда, образовавшегося на датчике. Они несколько уступают в быстродействии сигнализаторам первой группы, так как для об­

разования льда требуется время, но проще по конструкции и ме­ нее подвержены ложным срабатываниям.

К сигнализаторам обледенения независимо от того, к какой группе они относятся, предъявляется ряд требований:

1)высокая надежность функционирования и достоверность ин­ формации;

2)высокая чувствительность;

3)сигнализация начала и конца обледенения и автоматическое управление работой ПОС;

4)простота эксплуатации;

5)минимальное аэродинамическое сопротивление, малые габа­ ритные размеры и масса.

Внастоящее время на серийных ЛА широкое распространение получили вибрационные сигнализаторы обледенения, относящиеся ко второй группе. Конструктивное исполнение этих сигнализаторов

может быть несколько различным, но действуют они на одном и том же принципе. На рис. 12.13 представлен один из возможных вари­