3. Ознайомлення з призначенням, структурою та роботою функціональних систем ла

3.1. Призначення, структура та робота системи захисту від обмерзання

Обмерзання різних частин літака зменшує його піднімальну силу і збільшує силу лобового опору, заважає роботі органів управління, погіршує пілотам видимість, збільшує вібрацію і навантаження окремих елементів планера, викликає збільшення потрібних для польоту тяги турбореактивного двигуна або потужності турбогвинтового двигуна.

Обмерзання повітряного гвинта викликає різке зменшення його ККД. Окрім того, порушується вагове і аеродинамічне балансування гвинта, що приводить до тряски двигунів. Тряска викликає додаткові динамічні напруги в конструкції літака, а також неприємний фізіологічний вплив на екіпаж і пасажирів. Шматки льоду, що відриваються від лопатей, можуть пошкодити обшивку фюзеляжу і крила. Тому ефективний захист літака від обмерзання є однією із найважливіших задач забезпечення безпеки і регулярності польотів, а пристрої захисту від обмерзання на літаку в теперішній час обов’язкові. На рис. 1 наведені ділянки літака, які обов’язково захищаються від обмерзання.

Рис. 1. Схема розміщення ділянок літака, що захищаються від обмерзання:

1 – лобове скло; 2 – датчик обмерзання літака; 3 – приймач повного тиску; 4 – датчик кутів атаки; 5 – носок крила; 6 – передкрилок; 7 – носок повітрозабирника двигуна; 8 – носок стабілізатора.

На деяких літаках обігрівається кіль, а на гвинтомоторних літаках обов’язково обігрівається гвинт.

Існують два основних методи боротьби з обмерзанням – пасивний і активний. Пасивний метод передбачає вивід літака із зони обмерзання. Цілком очевидно, що пасивний метод не задовольняє вимогам безпеки і регулярності польотів. Активні методи боротьби з обмерзанням по характеру впливу можна розділити на механічні, хімічні і термічні.

Механічні методи захисту засновані головним чином на застосуванні гумових протекторів, що надуваються, і монтуються на передній кромці крила і оперення. Всередині протектори мають поздовжні камери, куди поперемінно поступає стиснуте повітря. Пристрій захисту від обмерзання включається в дію після утворення льоду на передній кромці. Спочатку надувається центральний протектор і ламається лід, потім надуваються два інших, і надламаний лід відривається і зноситься повітряним потоком.

Хімічний метод заснований на застосуванні різних антизамерзаючих рідин, які замерзають при температурі значно нижче 0°С. Цей метод застосовується як для усунення, так і попередження обмерзання. Рідиною, що застосовується в таких протиобліднювальних пристроях, може бути спирт, спиртогліцеринові суміші та ін. Хімічні методи широко використовують в боротьбі з обмерзанням стекол ліхтаря кабіни пілотів і повітряних гвинтів.

Термічні системи можуть застосовуватись як для попередження, так і усунення обмерзання. Робота термічних протиобліднювальних систем (ПОС) заснована на нагріві поверхні літака до температури, що виключає можливість її обмерзання.

В залежності від способу захисту поверхонь літака розрізняють електротермічні (джерелом тепла є електричні нагріваючи елементи) і повітряно-теплові (джерелом тепла є тепле повітря або газ) системи від обмерзання.

Електротермічний спосіб захисту від обмерзання дозволяє подавати тепло з перервами до поверхні, що захищається. При цьому методі допускається утворення невеликої кількості льоду на поверхні, після чого до неї подається тепло, лід підтаює і здувається повітряним потоком. Після видалення льоду обігрів зупиняється, температура поверхні понижається, і лід утворюється знову. Цей процес повторюється через певний проміжок часу. При циклічному обігріві витрата енергії на обігрів в декілька разів менше, ніж при безперервному обігріві.

Поверхні, що захищають від обмерзання, зазвичай розбивають на окремі секції, які розташовані симетрично на лівій і правій частинах крила, оперення і стекол кабіни. Послідовне і симетричне підключення нагрівальних елементів секцій дасть значну економію споживаної пристроями захисту від обмерзання електричної енергії так як замість одночасного обігріву всіх секцій обігрівається в кожний даний момент часу лише частина. На крилі і оперенні, крім секцій, що періодично включаються, можуть бути ділянки, які безперервно обігріваються в умовах обмерзання («теплові ножі»), такі як місця стику секцій і передні кромки, з яких лід не може бути скинутий аеродинамічними силами.

ПОС носка крила і оперення представляє собою багатошарову конструкцію, що складається із зовнішньої і внутрішньої обшивки, між якими розміщені два склотканевих шари електроізоляції і нагрівальний елемент. Кожний нагрівальний елемент складається із двох латунних контактних шин (плюсової і мінусової), до яких підпаяна сітка із константанової проволоки діаметром 0,12–0,15 мм. Нагрівальним елементом стекол кабіни є прозоре струмопровідне покриття, нанесене на внутрішню поверхню тонкого скла, звернену до шару скла, що склеює. Конструкція нагрівальних елементів лопатей гвинтів (рис. 2) і обтічників втулки гвинтів подібна конструкції нагрівальних елементів крила. Ділянка лопаті гвинта, що обігрівається, зазвичай складає 15–20 % хорди і 50–75 % довжини лопаті. Захист від обмерзання кінців лопатей не потрібний внаслідок нагріву їх від тертя повітря і великих відцентрових сил, які зривають часточки льоду, що утворився.

Рис. 2. Нагрівальний елемент лопаті повітряного гвинта:

1 – проводи, що підводять; 2 – струмопровід; 3 – лопать; 4 – нагрівальний елемент; 5 – захисне покриття.

На рис. 3 наведені елементи електротермічної ПОС передкрилків і стекол кабіни екіпажа.

Рис. 3. Система від обмерзання передкрилків і стекол

кабіни екіпажа:

1 – обшивка; 2 і 3 – електроізоляційна тканина; 4 – нагрівальний елемент; 5 – тепловий «ніж»; 6 – внутрішня рама; 7 –матеріал, що обрамляє; 8 – внутрішнє скло; 9 – матеріал, що склеює; 10 – зовнішнє скло; 11 – вилка підводу електроживлення; 12 – шинка; 13 – зовнішня рама; 14 – середнє скло; 15 – датчик температури скла.

Надійними ПОС є системи, що використовують гарячий газ чи повітря. Із впровадженням на літаках газотурбінних двигунів було отримано потужне джерело тепла, яке використовується в ПОС – повітря, що відводиться від компресорів двигуна, або відпрацьовані гази, які відбираються із входу в турбіну або із реактивного сопла. Крім того, можливий підігрів повітря в теплообміннику, установленому навколо реактивного сопла. Кожний із розглянутих способів забезпечення енергії може негативно вплинути на льотні характеристики літака внаслідок зменшення тяги, збільшуючи витрату палива або збільшення маси. Аналіз льотних даних літака в результаті застосування тієї чи іншої системи отримання теплової енергії показав, що система відведення повітря від компресора двигуна найбільш прийнятна.

В теплових системах повітря після обігріву поверхні, як правило, викидається назовні, хоча воно має достатньо високу температуру. Для підвищення ефективності повітряно-теплових ПОС останнім часом на літаках стали застосовувати систему з ежектуванням. Ежектор підмішує частину відпрацьованого повітря, але такого що має ще високу температуру, до основного потоку гарячого повітря, яке відбирається від двигуна. Це значно скорочує витрату відібраного від двигуна повітря. На рис. 4 наведена схема роботи ПОС, що використовує для обігріву ділянок літака гаряче повітря, яке забирається від двигуна.

Рис. 4. Повітряно-теплова система захисту від обмерзання.

На рис. 5 і 6 показані елементи повітряно-теплової ПОС.

Рис. 5. Труба з отворами, яка обігріває носок крила гарячим повітрям.

Рис. 6. Елементи, що з’єднують агрегати повітряно-теплової ПОС.