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

12.6. СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ЛА ОТ ОБЛЕДЕНЕНИЯ

Для борьбы с обледенением JIA оборудуются ПОС, принцип действия которых основан на одном из следующих способов за­ щиты: механическом, физико-химическом или тепловом.

Механический способ заключается в разрушении образовавше­ гося льда с помощью силового воздействия и удалении его облом­ ков набегающим потоком.

Физико-химический способ заключается в использовании жид­ костей или составов, растворяющих воду и лед и понижающих температуру замерзания образующейся смеси.

Тепловой способ заключается либо в постоянном обогреве за­ щищаемой поверхности для предотвращения образования льда, либо в периодическом подплавлении ледяного нароста и сбрасы­ вании его под действием скоростного напора.

В соответствии с принципом действия, положенным в основу функционирования ПОС, их подразделяют на механические, фи­ зико-химические и тепловые.

Наряду с этим все ПОС можно разбить на две группы по ха­ рактеру работы — непрерывного или циклического (периодичес­ кого) действия. Системы непрерывного действия, как правило, не допускают образования льда на защищаемой поверхности, а сис­ темы циклического действия допускают образование льда опре­ деленной толщины и затем удаляют его.

Кроме того, в зависимости от места установки ПОС можно классифицировать как ПОС крыла, хвостового оперения, остек­ ления кабины экипажа и т. д.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОС

Механические ПОС относятся к системам циклического дейс­ твия, допускающим образование на защищаемой поверхности слоя льда определенной толщины. Эта толщина выбирается таким образом, чтобы лед еще не оказывал заметного влияния на летные характеристики и безопасность полета ЛА. Допустимая толщина льда является индивидуальной характеристикой конкретного ЛА и составляет в среднем 4...6 мм.

Цикл работы механической ПОС можно разбить на три этапа: образование слоя льда допустимой толщины, разрушение его с помощью силового воздействия и удаление обломков под дейс­ твием набегающего потока.

К механическим системам относятся пневматические и электроимпульсные ПОС.

Недостатками системы является увели­ чение сопротивления крыла примерно на 5...6% в нерабочем состоянии протектора и на 100... 110% в рабочем состоянии. Для уменьшения влияния протектора на аэроди­ намическое сопротивление ЛА его камеры следует располагать вдоль хорды крыла или оперения (см. рис. 12.14, в). Протекторы, выполненные по такой схеме, выпускаются в настоящее время за рубежом фирмами "Лу­ кас" (Англия) и "Клебер коломбо" (Франция).

Кроме того, к недостаткам пневматиче­ ских ПОС относится довольно быстрое ста­ рение эластомеров под воздействием пере­ менных температур и солнечной радиации, приводящее к растрескиванию и разруше­ нию протектора.

В отечественной авиации пневматиче­ ские ПОС в настоящее время не применя­ ются, в то время как за рубежом широко ис­ пользуются на малых самолетах так называ­ емого административного класса.

Следует отметить, что появление новых более совершенных эластомеров, а также вы­

сокая чувствительность перспективных винтовентиляторных двига­ телей к отбору мощности вновь обратили внимание конструкторов на ПОС этого типа. Вполне вероятно, что пневматические системы защиты от обледенения вновь появятся на новых самолетах, осна­ щенных винтовентиляторными силовыми установками.

Рис. 12.16. Принци­ пиальная схема пнев­ матической ПОС са­ молета:

1 — кран для проверки системы; 2 — регулятор давления; 3— предохра­ нительный клапан; 4 —

эжектор; 5 — рабочая часть ПОС; 6, 7 — рас­

пределительные устрой­ ства систем крыла и хво­ стового оперения; 8 —

программный механизм;

9 — мановакуумметр;

10— манометр; 11 —

трубопровод для подво­ да сжатого воздуха; 12—

трубопровод для отвода отработанного воздуха

Электроимпулъеная ПОС, разработанная советским инженером И. А. Левиным, впервые появилась в качестве штатной системы на самолете Ил-86 [45].

Действие электроимпульсной ПОС (ЭИ ПОС) заключается в создании в защищаемой обшивке и слое льда, находящегося на ней, повторяющихся импульсных деформаций, разделенных пау­ зами. Возникающие при этом в элементах конструкции напряже­ ния меньше предела усталости или предела циклической про­ чности материала, но достаточны для разрушения льда.

Для снижения средней мощности, потребляемой ЭИ ПОС, не­ обходимо создавать короткие силовые импульсы с продолжительны­ ми паузами, в течение которых происходит накоп­ ление энергии. Снижению мощности способствует

также оптимальная форма импульса напряжений. В настоящее время в авиации используется

система, основанная на бесконтактном дистанци­ онном воздействии с помощью электромагнитной индукции.

434 Противообледенительные системы JIA

Э лектроим пульсны е систем ы могут п р и м ен яться не только в случае изготовления защ ищ аем ого агрегата JIA из металлических конструкционны х материалов, но и при использовании ком п ози ­ ционны х. П ри этом в месте установки индуктора на внутренню ю сторону обш ивки необходимо наклеить электропроводны й слой — так назы ваем ы й "дублер" из алю м иниевой фольги.

О сновны м преим ущ еством электроим пульсны х П О С является край не малое потребление эн ерги и — в десятки и даж е сотни раз м еньш ее по сравнению с систем ам и других типов.

К недостаткам этих систем относятся: больш ое количество и н ­ дукторов, поскольку область их действия ограничена сты кам и о б ­ ш и вки и элем ентам и силового набора агрегата; наличие остаточ ­ ны х льдообразований в случае, если зона улавливания составляет более 2% хорды по верхней или н и ж ней поверхности проф иля; необходим ость п овы ш ения м ощ ности им пульса по мере возрас­ тан и я ж есткости кон струкции (этим , в ч астности, объясняется тот ф акт, что рассм атриваем ы е систем ы не находят при м ен ения на легких и средних самолетах).

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОС

О сновн ой разновидностью ф и зи ко -хи м и чески х П О С , нахо ­ дивш ей достаточно ш ирокое при м ен ение в отечественной и зару­ беж ной авиации, является ж и дкостн ая систем а. П ри н ц и п и альн ая схема типовой ж и дкостн ой П О С приведена н а рис. 12.22.

ной подачи 2, по систем е трубопроводов подается к передним кром кам кры ла 9 и оперени я 6, 7. Н а защ ищ аем ой поверхности противообледенительная ж и дкость см еш ивается с переохлаж ден­ н ы м и кап лям и , образуя незам ерзаю щ ую пленку. П од действием набегаю щ его потока эта п ленка растекается по поверхности, а за ­ тем сдувается с нее. Т аким образом , ж и дкостн ая П О С предот­ вращ ает образование ледяного нароста.

твенно; 8 — распределительное устройс­ тво

лед, вернее растворяю т его очень м едленно, поэтом у систем ы , и с ­ пользую щ ие такие ж идкости, долж ны вклю чаться заблаговрем ен ­ но, до входа в зону обледенения.

Ж и дкости н а основе м оноэтилен гли коля лед растворяю т, и в систем ах, использую щ их эти ж идкости, возм ож ны ци клические реж им ы работы . В этом случае аналогично м еханическим П О С происходит удаление уже образовавш егося льда.

Э ф ф ективн ость защ иты зависит как от вида используем ой ж идкости, так и от кон струкции рабочей части, т. е. способа п о ­ дачи ж идкости к защ ищ аем ой поверхности. Ч ем равном ернее ж идкость распределяется по защ ищ аем ой поверхности, тем э ф ­ ф ективнее осущ ествляется защ ита от обледенения. О дним из н а ­ иболее соверш енны х вариантов кон струкции рабочей части с и ­ стем ы является вариант, в котором используется обш ивка и з п о ­ ристой корр о зи о н н о -сто й ко й стали (рис. 12.23). П од обш и вкой 1 располагается слой пористого полим ерного м атериала 2, к кото ­ ром у под давлением подается ж идкость 3. С лой пористого м ате­ риала способствует равном ерном у распределению ж идкости в пределах защ ищ аем ого агрегата, а затем эта ж идкость равном ерно поступает н а наруж ную поверхность.

К преим ущ ествам систем такого типа относятся: отсутствие остаточны х льдообразовани й, хорош ие м ассовы е характеристики (м ногие ком п он ен ты систем ы изготавливаю тся и з полим ерны х м атериалов), м алы е потребляем ы е м ощ н ости (ж идкостны е сис-

Рис. 12.23. Конструкция рабочей части жидкост­ ной ПОС:

1 — об ш и в ка из пористого металла; 2 — пористы й п о ­ л им ерны й материал; 3 — п о ­ дача противообледенительно й ж и д ко сти ; 4 — об ш ив ка н о ска кры ла

м ичное расходование ж и дкости , больш ой ресурс, соизм ерим ы й с ресурсом планера.

О днако ж идкостны е П О С им ею т сущ ественны е недостатки: врем я работы систем ы зависит от запаса ж и дкости н а борту, э ф ­ ф ективность в случае тяж елого обледенения недостаточна, систе­ м ы пож ароопасны .

ТЕПЛОВЫЕ ПОС

В настоящ ее врем я для защ иты Л А от обледенения в подавля­