Коварный лед, Обледенение. Что, как и почему

В продолжение моего поста о самолетах Супер Джамбо А380

Наверняка многие из вас слышали такой термин «обледенение». Но не многие знают почему это происходит и как с ним бороться. В этом посте я хочу об этом поведать

Будет 39 фото, 8 видео + много текста.
Не ломать. Запаситесь терпением.
Об окончании сообщу.

Воздушная стихия….Необозримый простор, упругий воздух, глубокая голубизна и белоснежная вата облаков. Здорово . Все это присутствует там, наверху, на самом деле. Однако, есть и кое-что другое, чего к разряду восторгов отнести, пожалуй, никак не получится…

Облака, оказывается, далеко не всегда бывают белоснежными, а в небе хватает серости и частенько всякой слякоти и мокрой дряни, к тому же холодной (даже очень ) и потому неприятной.

Неприятной, впрочем, не для человека (с ним-то итак все ясно ), а для его летательного аппарата. Красоты неба, я думаю, этой машине безразличны, а вот холод и, так сказать, лишнее тепло, скорость и воздействие атмосферных потоков и, в конце концов, влага в различных ее проявлениях — это то, в чем самолету приходится работать, и что ему, как и любой машине, делает работу далеко не всегда комфортной.

Возьмем, к примеру, первое и последнее из этого списка. Вода и холод. Производное этой комбинации обычный, всем известный лед. Я думаю, любой человек, в том числе и не сведущий в авиационных вопросах, сразу скажет, что лед для самолета — это плохо. Как на земле, так и в воздухе.

На земле — это обледенение рулежных дорожек и ВПП. Резиновые колеса со льдом не дружат, ясно всем. И хотя разбег-пробег по обледенелой ВПП (или РД) — занятие не самое приятное ( и целая тема для обсуждения ), но в этом случае летательный аппарат хотя бы находится на прочной земле.

А в воздухе все несколько сложнее. Здесь в зоне особого внимания оказываются две очень важные для любого летательного аппарата вещи: аэродинамические характеристики (причем как планера, так и компрессора ТРД, а для винтового самолета и вертолета также характеристики лопастей винтов) и, конечно, вес.



Это сообщение отредактировал Carbonit - 13.04.2014 - 18:21

Откуда же берется лед в воздухе? В общем-то, все достаточно просто. Влага в атмосфере присутствует, отрицательная температура тоже.
Однако, в зависимости от внешних условий лед может иметь различную структуру ( а отсюда, соответственно, прочность и сцепление с обшивкой самолета), а также форму, которую он принимает, оседая на поверхности элементов конструкции.
Во время полета лед может появляться на поверхности планера тремя путями. Начиная с конца , назовем два их них, как менее опасные и, так сказать, малопродуктивные (по практике).
Первый тип — это так называемое сублимационное обледенение. В этом случае происходит сублимация водяных паров на поверхности обшивки летательного аппарата, то есть превращение их в лед, минуя жидкую фазу (фазу воды). Обычно это происходит, когда воздушные массы, насыщенные влагой контактируют с сильно охлажденными поверхностями (при отсутствии облаков).
Это, например, возможно, если на поверхности уже имеется лед (то есть температура поверхности низка), либо, если самолет быстро теряет высоту, перемещаясь из более холодных верхних слоев атмосферы в более нагретые нижние, сохраняя тем самым низкую температуру обшивки. Образовавшиеся в этом случае кристаллы льда непрочно держатся на поверхности и быстро сдуваются набегающим потоком.
Второй тип — так называемое сухое обледенение. Это, попросту говоря, оседание уже готового льда, снега или града при пролете самолета через кристаллические облака, которые охлаждены настолько, что влага в них содержится в замороженном виде (то есть уже сформировавшиеся кристаллы ).
Такой лед обычно на поверхности не удерживается (сразу сдувается) и вреда не приносит (если, конечно, не забивает собой какие-либо функциональные отверстия сложной конфигурации). Остаться на обшивке он может в том случае, если она будет иметь достаточно большую температуру, в результате чего кристалл льда успеет растаять, а затем снова замерзнуть при контакте с уже имеющимся там льдом.
Однако, это уже, пожалуй, частный случай другого, третьего типа возможногообледенения. Этот вид наиболее часто встречается, и, сам по себе, наиболее опасен для эксплуатации летательных аппаратов. Его суть в замерзании на поверхности обшивки капель влаги, содержащихся в облаке или же в дожде, причем вода, составляющая эти капли находится в переохлажденном состоянии.
Как известно, лед — это одно из агрегатных состояний вещества, в данном случае воды. Получается он посредством перехода воды в твердое состояние, то есть еекристаллизации. Всем известна температура замерзания воды – 0°С. Однако это не совсем «та температура». Это так называемая равновесная температура кристаллизации (по-другому теоретическая).
При этой температуре жидкая вода и твердый лед существуют в равновесии и могут существовать так сколь угодно долго.
Для того, чтобы вода все-таки замерзла, то есть кристаллизовалась, необходима дополнительная энергия для формирования центров кристаллизации (иначе их еще называют зародышами). Ведь для того, чтобы они получились (самопроизвольно, без внешнего воздействия) необходимо сблизить молекулы вещества до определенного расстояния, то есть преодолеть силы упругости.
Эта энергия берется за счет дополнительного охлаждения жидкости ( в нашем случае воды), иначе говоря ее переохлаждения. То есть вода уже становится переохлажденной с температурой ощутимо ниже нуля.
Теперь образование центров кристаллизации и, в конечном итоге, превращение ее в лед, может произойти либо самопроизвольно (при определенной температуре молекулы войдут во взаимодействие), либо при наличии в воде примесей (какая-либо пылинка, взаимодействуя с молекулами, может сама стать центром кристаллизации), либо при каком-нибудь внешнем воздействии, например, сотрясении (молекулы тоже входят во взаимодействие).
Таким образом, вода, охлажденная до определенной температуры, находится в этаком неустойчивом состоянии, называемом иначе метастабильным. В этом состоянии она может находиться достаточно длительный срок, пока не изменится температура или не будет воздействия извне.
Для примера. Вы можете довольно долго хранить в морозильном отделении холодильника емкость с очищенной водой (без примесей) в незамерзшем состоянии, однако стоит эту воду встряхнуть, как она сразу начнет кристаллизоваться. На видео это хорошо показано.



Это сообщение отредактировал Carbonit - 13.04.2014 - 18:26

А теперь вернемся от теоретического отступления к нашей практике.Переохлажденная вода – это как раз то вещество, которое может находиться в облаке. Ведь облако – по сути дела водяная аэрозоль. Капли воды, в нем содержащиеся, могут иметь размеры от нескольких мкм до десятков и даже сотен мкм (если облако дождевое). Переохлажденные капли имеют обычно размер от 5 мкм до75 мкм.
Чем меньше объем переохлажденной воды по размеру, тем более затруднено самопроизвольное образование в нем центров кристаллизации. Это напрямую относится к мелким каплям воды, находящимся в облаке. Как раз по этой причине в так называемых капельно-жидких облаках даже при достаточно низкой температуре находится именно вода, а не лед.
Именно такие переохлажденные капли воды, сталкиваясь с элементами конструкции самолета (то есть испытывая внешнее воздействие), быстро кристаллизуются и превращаются в лед. Далее поверх этих замерзших капель наслаиваются новые, и в итоге имеем обледенение в чистом виде .
Наиболее часто переохлажденные капли воды содержатся в облаках двух типов:слоистые (stratus cloud или ST) и кучевые (Cumulus clouds или Сu), а также в их разновидностях.
В среднем вероятность обледенения существует при температуре воздуха от 0°С до – 20°С, а наибольшая интенсивность достигается в диапазоне от 0°С до – 10°С. Хотя известны случаи обледенения даже при -67°С.
Обледенение турбореактивных двигателей (на входе) может произойти даже при температуре + 5°С..+ 10°С, то есть двигатели здесь более уязвимы. Этому способствует расширение воздуха (из-за ускорения потока) в канале воздухозаборника, в результате чего происходит снижение температуры, конденсация влаги с последующим ее замерзанием.


Легкое обледенение компрессора ТРДД.

Это сообщение отредактировал Carbonit - 13.04.2014 - 18:26

В результате вполне вероятно понижение эффективности и устойчивости работы компрессора и всего двигателя в целом. Кроме того в случае попадания кусков льда на вращающиеся лопатки не исключено их повреждение.


Сильное обледенение компрессора (двигатель SAM146).


Это сообщение отредактировал Carbonit - 13.04.2014 - 18:28

Для поршневых двигателей известно такое явление, как обледенение карбюратора, которому способствует испарение топлива в его каналах, сопровождающееся общим охлаждением. Температура наружного воздуха при этом может быть положительной, вплоть до + 10°С. Это чревато замерзанием ( а значит и сужением) топливо-воздушных каналов, примерзанием дроссельной заслонки с потерей ее подвижности, что в итоге отражается на работоспособности всего двигателя самолета.

Обледенение карбюратора.

Скорость (интенсивность) образования льда в зависимости от внешних условий может быть разной. Она зависит от скорости полета, температуры воздуха, от величины капель и от такого параметра, как водность облака. Это количество воды в граммах в единице объема облака (обычно метр кубический).
В гидрометеорологии интенсивность обледенения принято измерять в миллиметрах в минуту (мм/мин). Градация здесь такова: слабое обледенение — до 0,5 мм/мин; от 0,5 до 1,0 мм/мин — умеренное; от 1,0 до 1,5 мм/мин — сильное и свыше 1,5 мм/мин — очень сильное обледенение.
Понятно, что с ростом скорости полета интенсивность обледенения будет расти, однако этому есть предел, потому что при достаточно большой скорости в действие вступает такой фактор, как кинетический нагрев. Взаимодействуя с молекулами воздуха, обшивка летательного аппарата может разогреться до довольно ощутимых величин.
Можно привести некоторые приблизительные (средние) расчетные данные по кинетическому нагреву (правда для сухого воздуха ). При скорости полета порядка 360 км/ч нагрев составит 5°С, при 720 км/ч — 20°С, при 900 км/ч — около 31°С, при 1200 км/ч — 61°С, при 2400 км/ч — около 240°С.
Однако, надо понимать, что это данные для сухого воздуха (точнее для полета вне облаков). Во влажном нагрев уменьшается примерно в два раза. К тому же величина нагрева боковых поверхностей составляет лишь две трети от величины нагрева лобовых.
То есть кинетический нагрев при определенных скоростях полета нужно принимать во внимание для оценки возможности обледенения, однако в реальности он более актуален для скоростных самолетов (где-то от 500 км/ч). Понятно, что когда обшивка разогрета, ни о каком обледенении говорить не приходится.
Но ведь и сверхзвуковые самолеты не всегда летают на больших скоростях. На определенных этапах полета они вполне могут быть подвержены явлению образования льда, и самое-то интересное в том, что они в этом плане более уязвимы.
И вот почему . Для исследования вопроса обледенения единичного профиля вводится такое понятие как «зона захвата». При обтекании такого профиля потоком, который содержит переохлажденные капли, этот поток огибает его, следуя кривизне профиля. Однако при этом капли, обладающие большей массой, в результате инерции не могут резко изменить траекторию своего движения и последовать за потоком. Они врезаются в профиль и замерзают на нем.

Зона захвата L1 и зона защиты L. S -зоны растекания.

То есть часть капель, находящихся на достаточном расстоянии от профиля сможет обогнуть его, а часть нет. Вот эта зона, на которую попадают переохлажденные капли и называется зоной захвата. При этом капли в зависимости от своей величины имеют способность к растеканию после соударения. Поэтому к зоне захвата присоединяются еще зоны растекания капель.
В итоге получаем зону L, так называемую «зону защиты». Это та область профиля крыла, которая нуждается в защите от обледенения тем или иным способом. Величина зоны захвата зависит от скорости полета. Чем она выше, тем зона больше. Кроме того ее размер увеличивается с ростом величины капель.
А главное, что актуально для скоростных самолетов, зона захвата тем больше, чем тоньше профиль. Ведь на таком профиле капле не надо сильно менять траекторию полета и бороться с инерцией. Она может пролететь дальше, тем самым увеличивая зону захвата.


Увеличение зоны захвата для тонкого крыла.

В итоге для тонкого крыла с острой кромкой (а это скоростной самолет ) до 90%капель, содержащихся в набегающем потоке может быть захвачено. А для относительно толстого профиля да еще на небольших скоростях полета эта цифра падает до 15%. Получается что самолет, созданный для полета на сверхзвуке, на малых скоростях находится в гораздо более худшем положении, чем самолет дозвуковой.
На практике обычно размер зоны защиты не превышает 15% от длины хорды профиля. Однако, бывают случаи, когда самолет подвергается воздействию особо крупных переохлажденных капель (более 200 мкм) или попадает под действие так называемого ледяного дождя (в нем капли еще более крупные).
В таком случае зона защиты может значительно увеличиться (в основном за счет растекания капель по профилю крыла), вплоть до 80% поверхности. Здесь к тому же многое зависит от самого профиля (пример тому тяжелые летные происшествия с самолетом ATR-72 – об этом ниже).
Появляющиеся на элементах конструкции самолета отложения льда могут отличаться по виду и характеру в зависимости от условий и режима полета, состава облаков, температуры воздуха. Различают три вида возможных отложений: иней, изморозь и лед.
Иней — результат сублимации водяного пара, представляет собой налет мелкокристаллической структуры. На поверхности удерживается плохо, легко отделяется и сдувается потоком.
Изморозь. Образуется при полете через облака с температурой значительно ниже – 10°С. Представляет собой крупнозернистое образование. Здесь мелкие капли замерзают практически сразу после столкновения с поверхностью. Достаточно легко сдувается набегающим потоком.
Собственно лед. Он бывает трех видов. Первый — это прозрачный лед. Он образуется при пролете через облака с переохлажденными каплями или под переохлажденным дождем в наиболее опасном температурном интервале от 0°С до – 10°С. Этот лед прочно держится на поверхности, повторяя ее кривизну и не сильно ее искажая до тех пор, пока толщина его мала. С ростом толщины он становится опасен.
Второй — матовый (или смешанный) лед. Самый опасный вид обледенения. Температурные условия от -6°С до -10°С. Образуется при полете через смешанные облака. При этом в единую массу смерзаются крупные растекшиеся и мелкие нерастекшиеся капли, кристаллы, снежинки. Вся эта масса имеет шероховатую, бугристую структуру, которая сильно ухудшает аэродинамику несущих поверхностей.
Третий — белый пористый, крупообразный лед.Образуется при температуре ниже -10°С в результате смерзания мелких капель. Из-за пористости не плотно прилегает к поверхности. По мере увеличения толщины становится опасным.
С точки зрения аэродинамики наиболее чувствительным, наверное, все-таки являетсяобледенение передней кромки крыла и хвостового оперения. Уязвимой здесь становится вышеописанная зона защиты. В этой зоне нарастающий лед может образовывать несколько характерных форм.
Первая – это профильная форма (или клинообразная). Лед при отложении повторяет форму той части конструкции летательного аппарата на которой он находится. Образуется при температуре ниже -20°С в облаках с невысокой водностью и мелкими каплями. На поверхности держится прочно, но обычно малоопасен из-за того, что не сильно искажает ее форму.
Вторая форма – желобообразная. Может образовываться по двум причинам. Первая: если на передней кромке носка крыла температура выше нуля (например, из-за кинетического нагрева), а на остальных поверхностях – отрицательная. Этот вариант формы еще называют рогообразной.


Формы образования льда на носке профиля. а - профильная; б - желобообразная; в - рогообразная; г - промежуточная.

То есть вода из-за относительно высокой температуры носка профиля застывает не вся, и по краям носка вверху и внизу вырастают ледовые образования действительно похожие на рога. Лед здесь шероховаты и бугристый. Сильно изменяет кривизну профиля и, тем самым, влияет на его аэродинамику.
Вторая причина — это взаимодействие профиля с крупными переохлажденными каплями (размер > 20мкм) в облаках с большой водностью при относительно высокой температуре (-5°С…-8°С). В этом случае капли, сталкиваясь с передней кромкой носка профиля, из-за своих размеров не успевают сразу замерзнуть, а растекаются по носку выше и ниже и там замерзают, наслаиваясь друг на друга.
В результате получается что-то вроде желоба с высокими краями. Такой лед прочно держится на поверхности, имеет шероховатую структуру и из-за своей формы также сильно меняет аэродинамику профиля.
Бывают также промежуточные (смешанные или хаотические) формы обледенения. Образуются в зоне защиты при полете через смешанные облака или осадки. При этом поверхность льда может быть самой разнообразной кривизны и шероховатости, что крайне негативно влияет на обтекание профиля. Однако, этот вид льда плохо удерживается на поверхности крыла и достаточно легко сдувается встречным потоком воздуха.
Наиболее опасными с точки зрения изменения аэродинамических характеристик и наиболее распространенными по имеющейся практике видами обледенения являютсяжелобообразное и рогообразное.
Вообще в процессе полета через зону, где имеются условия для обледенения лед обычно образуется на всех лобовых поверхностях самолета. Доля крыла и хвостового оперения в этом плане составляет около 75%, и именно с этим связано большинство тяжелых летных происшествий, случившихся из-за обледенения, которые имели место в практике полетов мировой авиации.
Главная причина здесь — это значительное ухудшение несущих свойств аэродинамических поверхностей, увеличение профильного сопротивления.


Изменение характеристик профиля в результате обледенения (качество и коэффициент подъемной силы).

Ледяные наросты в виде вышеупомянутых рогов, желобов или каких-либо иных ледяных отложений могут совершенно изменить картину обтекания профиля крыла или оперения. Растет профильное сопротивление, поток становится турбулентным, во многих местах наступает его срыв, значительно падает величина подъемной силы, уменьшается величина критического угла атаки, растет вес самолета. Срыв потока и сваливание может наступить уже при совсем незначительных углах атаки.
Примером такого развития событий может служить известная катастрофа самолетаATR -72–212 (регистрационный номер N401AM, рейс 4184) авиакомпании American Eagle Airlines, произошедшая в США (Roselawn, Indiana) 31 октября 1994 года.
В этом случае совершенно неудачно совпали две вещи: достаточно долгое нахождение самолета в зоне ожидания в облаках с наличием особо крупных переохлажденных капель воды и особенности (а лучше сказать недостатки)аэродинамики и конструкции этого типа самолета, способствовавшие накоплению льда на верхней поверхности крыла в особой форме (валик или рог), причем в местах, которые в принципе (на других самолетах) этому мало подвержены (это как раз и есть случай значительного увеличения зоны защиты, упомянутый выше).



Самолет ATR-72-212 компании American Eagle Airlines (Флорида, США, февраль 2011 года). Аналог потерпевшего катастрофу 31.10.94, Roselawn, Indiana.

Экипаж использовал бортовую противообледенительную систему, однако ее конструктивные возможности не соответствовали условиям возникшего обледенения. Ледяной валик образовался за зоной крыла, обслуживаемой этой системой. Об этом летчики информации не имели, как не имели они и специальных инструкций по действиям на этом типе самолета при таком обледенении. Эти инструкции (достаточно специфические) еще просто не были разработаны.
В итоге обледенение подготовило условия для происшествия, а действия экипажа (неправильные в данном случае — уборка закрылков с увеличением угла атаки, плюс невысокая скорость)) явились толчком для его начала.
Произошла турбулизация и срыв потока, самолет свалился на правое крыло, войдя при этом во вращение вокруг продольной оси из-за того, что правый элерон был «отсосан» вверх образовавшимся в результате отрыва потока и турбулентности вихрем в районе задней кромки крыла и самого элерона.

Нагрузки на органы управления при этом были очень высоки, экипаж не смог справиться с машиной, точнее говоря им не хватило высоты. В результате катастрофы погибли все люди, находившиеся на борту — 64 человека.

Примерно по такому же сценарию развивалось летное происшествие с самолетомATR-72-201 (регистрационный номер VP-BYZ) компании Utair, потерпевшим катастрофу 2 апреля 2012 года сразу после взлета из аэропорта Рощино (Тюмень).

Уборка закрылков с включением автопилота + малая скорость = сваливание самолета. Причиной этому стало обледенение верхней поверхности крыла, причем в данном случае оно образовалось еще на земле. Это так называемое наземное обледенение.

Перед вылетом самолет простоял ночь на открытом воздухе на стоянке при малых отрицательных температурах (0°C…- 6°C). За это время неоднократно наблюдались осадки в виде дождя и мокрого снега. В таких условиях образование льда на поверхностях крыла было практически неизбежным. Однако, перед вылетом спецобработка для устранения наземного обледенения и предотвращения дальнейшего образования льда (в полете) проведена не была.


Самолет ATR-72-201 (рег. VP-BYZ). Этот борт потерпел катастрофу 02.04.2012 под Тюменью.

Результат печален. Самолет в соответствии со своими аэродинамическими особенностями отреагировал на изменение обтекания крыла сразу после уборки закрылков. Произошло сваливание, сначала на одно крыло, затем на другое, резкая потеря высоты и столкновение с землей. Причем экипаж, вероятно, даже не понял, что происходит с самолетом.
Наземное обледенение зачастую бывает очень интенсивным (в зависимости от условий погоды) и может покрывать не только передние кромки и лобовые поверхности, как в полете, а всю верхнюю поверхность крыла, оперения и фюзеляжа. При этом из-за длительного наличия сильного ветра одного направления оно может быть несимметричным.
Известны случаи намерзания во время стоянки льда в щелевых пространствах органов управления на крыле и хвостовом оперении. Это может привести к некорректной работе системы управления, что очень опасно, особенно на взлете.
Интересен такой вид наземного обледенения, как «топливный лед». Самолет, совершающий длительные перелеты на больших высотах долгое время находится в области низких температур (до -65°C). При этом сильно охлаждаются большие объемы топлива в топливных баках (до -20°C).
После посадки топливо быстро нагреться не успевает (тем более, что оно изолировано от атмосферы), поэтому на поверхности обшивки в районе топливных баков (а это очень часто поверхность крыла) конденсируется влага, которая потом же и замерзает из-за низкой температуры поверхности. Такое явление может происходить при положительной температуре воздуха на стоянке. А лед, при этом образующийся, очень прозрачен, и часто его можно обнаружить только на ощупь.
Вылет без удаления следов наземного обледенения согласно всем руководящим документам в авиации любого государства запрещен. Хотя иной раз так и хочется сказать, что «законы создают для того, чтобы их нарушать». Видео…..

С обледенением самолета связано и такое неприятное явление, какаэродинамический «клевок». Суть его в том, что самолет в процессе полета достаточно резко и практически всегда неожиданно для экипажа опускает нос и переходит в пикирование. Причем справиться с этим явлением и перевести самолет в горизонтальный полет экипажу бывает достаточно трудно, иной раз невозможно. Самолет не слушается рулей. Без катастроф при такого рода происшествиях не обошлось.
Происходит это явление в основном при заходе на посадку, когда самолет снижается и механизация крыла находится в посадочной конфигурации, то есть закрылки выпущены (чаще всего на максимальный угол). А причина его — обледенение стабилизатора.
Стабилизатор, выполняя свои функции по обеспечению продольной устойчивости и управляемости, работает обычно при отрицательных углах атаки. При этом он создает, так сказать, отрицательную подъемную силу , то есть аэродинамическую силу, подобную подъемной силе крыла, только направленную вниз.
При ее наличии создается момент на кабрирование. Он работает в противовеспикирующему моменту (компенсирует его), создаваемому подъемной силой крыла, которая к тому же после выпуска закрылков смещается в их сторону, еще увеличивая пикирующий момент. Моменты скомпенсированы — самолет устойчив.



ТУ-154М. Схема сил и моментов при выпущенной механизации. Самолет в равновесии. (Практическая аэродинамика ТУ-154М).

Однако, надо понимать, что в результате выпуска закрылков увеличивается скос потока за крылом (вниз), и, соответственно, растет скос потока обтекающего стабилизатор, то есть отрицательный угол атаки растет.
Если же при этом на поверхности стабилизатора (нижней) появляются ледяные наросты (что-нибудь типа рассмотренных выше рогов или желобов, например), то из-за изменения кривизны профиля критический угол атаки стабилизатора может стать очень маленьким.


Изменение (ухудшение) характеристик стабилизатора при его обледенении (ТУ-154М).

Поэтому угол атаки набегающего потока (еще более скошенного закрылками к тому же) легко может превысить критические значения для обледеневшего стабилизатора. В результате наступает срыв потока ( нижняя поверхность), аэродинамическая сила стабилизатора сильно уменьшается и, соответственно, уменьшается кабрирующий момент.
Как следствие самолет резко опускает нос и переходит в пикирование. Явление очень неприятное… Однако, известное, и обычно в Руководстве по Летной Эксплуатации каждого данного типа самолета описано с перечислением необходимых в этом случае действий экипажа. Тем не менее без тяжелых летных происшествий здесь все равно не обходится.
Таким образом обледенение — вещь, мягко говоря, очень неприятная и само собой предполагается наличие способов борьбы с ним или хотя бы поиск возможностей безболезненного его преодоления. Один из самых распространенных способов — этопротивообледенительные системы (ПОС). Все современные самолеты без нее в той или иной степени не обходятся.
Действие такого рода технических систем направлено на предотвращение образования льда на поверхностях конструкции летательного аппарата или ликвидацию последствий уже начавшегося обледенения (что чаще), то есть удаление льда тем или иным способом.
В принципе самолет может обледеневать в любом месте своей поверхности, и лед, там образующийся, совсем не к месту , вне зависимости от того, какую степень опасности он для летательного аппарата создает. Поэтому неплохо было бы удалить этот лед весь. Однако, сделать вместо самолетной обшивки (а заодно и входного устройства двигателей) сплошную ПОС было бы все-таки неумно , нецелесообразно, да и технически невозможно (по крайней мере пока ).
Поэтому местами возможного расположения исполнительных элементов ПОСстановятся области наиболее вероятного и наиболее интенсивного образования льда, а также требующие особого внимания с точки зрения безопасности полета.



Схема расположения противообледенительного оборудования на самолете типа ИЛ-76. 1 - электрообогрев датчиков угла атаки; 2 - датчики сигнализатора обледенения; 3 - фара освещения носков воздухозаборников; 4 - обогрев приемников воздушного давления; 5 - ПОС стекол фонаря (элктро, жидкостно-механическая и воздушно-тепловая); 6,7 - ПОС двигателей (кок и ВНА); 8 - ПОС носков воздухозаборников; 9 - ПОС передней кромки крыла (предкрылков); 10 - ПОС оперения; 11 - фара для освещения носков оперения.

Это лобовые поверхности крыла и хвостового оперения (передние кромки), обечайки воздухозаборников двигателей, входные направляющие аппараты двигателей, а также некоторые датчики (например датчики угла атаки и скольжения, температурные (воздушные) датчики), антенны и приемники воздушных давлений.
Противообледенительные системы подразделяются на механические, физико-химические и тепловые. Кроме того по принципу действия они бывают непрерывного действия и циклические. ПОС непрерывного действия после включения работают без остановки и не допускают образования льда на защищаемых поверхностях. А циклические ПОС оказывают свое защитное действие отдельными циклами, освобождая при этом поверхность от образовавшегося за время перерыва льда.
Механические противообледенительные системы – это как раз системы циклического действия. Цикл их работы делится на три части: образование слоя льда определенной толщины (около 4 мм), далее разрушение целостности этого слоя ( или уменьшение его сцепления с обшивкой) и, в завершении, удаление льда под действием скоростного напора.


Принцип действия пневмомеханической системы.

Конструктивно они выполняются в виде специального протектора, изготовленного из тонких материалов (что-нибудь типа резины) со встроенными в него камерами и разбитого на несколько секций. Этот протектор размещается на защищаемых поверхностях. Обычно это носки крыла и хвостового оперения. Камеры могут располагаться как вдоль размаха крыла, так и поперек него.
При включении системы в действие в камеры определенных секций в разное время подается под давлением воздух, забираемый от двигателя (ТРД, или от компрессора, приводимого двигателем в действие). Давление порядка 120-130 кПА. Поверхность «вспучивается», деформируется, лед при этом теряет целостную структуру и сдувается набегающим потоком. После выключения воздух отсасывается специальным инжектором в атмосферу.
ПОС такого принципа действия одна из первых, нашедших применение в авиации. Однако на современные скоростные самолеты она установлена быть не может (макс. V до 600 км/ч), потому что под действием скоростного напора на больших скоростях происходит деформация протектора и, как следствие, изменение формы профиля, что, конечно же, недопустимо.


Бомбардировщик В-17 с механической системой антиобледенения. Резиновые протекторы (темного цвета) видны на крыле и хвостовом оперении

Передняя кромка крыла самолета Bombardier Dash 8 Q400, оборудованная пневматическим противообледенительным носком. Видны продольные пневмокамеры.

Самолет Bombardier Dash 8 Q400.

При этом поперечные камеры в плане создаваемого ими аэродинамического сопротивления находятся в более выигрышном положении, чем продольные (это понятно ). А вообще увеличение профильного соспротивление (в рабочем состоянии до 110%, в нерабочем до 10%) – это один из главных недостатков такой системы.
Кроме того протекторы недолговечны и подвержены разрушающему воздействию окружающей среды (влага, перепады температуры, солнечный свет) и различного вида динамических нагрузок. А главное достоинство – это простота и малая масса, плюс к этому относительно небольшой расход воздуха.
К механическим системам циклического действия можно также отнестиэлектроимпульсную ПОС. Основа этой системы – специальные электрокатушки-соленоиды без сердечников, называемые индукторами вихревых токов. Они расположены вблизи обшивки в районе зоны обледенения.


Схема электроимпульсной ПОС на примере самолета ИЛ-86.

На них мощными импульсами (с интервалами в 1-2 секунды) подается электрический ток. Длительность импульсов несколько микросекунд. В результате в обшивке наводятся вихревые токи. Взаимодействие полей токов обшивки и индуктора вызывает упругие деформации обшивки и, соответственно, расположенного на ней ледового слоя, который разрушается.
Тепловые противообледенительные системы. В качестве источника тепловой энергии может быть использован горячий воздух, забираемый из компрессора (для ТРД) или же проходящий через теплообменник, подогреваемый выходящими газами.

Схема воздушно-теплового обогрева носка профиля. 1 - обшивка летательного аппарата; 2 - стенка; 3 - гофрированная поверхность; 4 - лонжерон; 5 - распределительная труба (коллектор).

Схема воздушно-тепловой ПОС самолета Cessna Citation Sovereign CE680.

Самолет Cessna Citation Sovereign CE680.

Пульт управления ПОС самолета Cessna Citation Sovereign CE680.