Обледенение — процесс образования льда на поверхностях различных предметов, зданий и так далее. при низкой температуре.

При знакопеременной погоде при обледенении на зданиях активно происходит процесс образования сосулек. Сегодня единственным эффективным методом борьбы с образованием наледей на кровле и в водосточных трубах, получившим наибольшее распространение в мире, является кабельная противообледенительная система (КПО). В её основе — специальные нагревательные (мощностью примерно 50 кВт) кабели, которые прокладываются по краям кровли в желобах и водостоках и во всех местах, где может образовываться наледь.

В авиации

При полёте в атмосфере, содержащей переохлажденные капли воды (то есть воды в жидкой фазе при отрицательной температуре) активно происходит (в большинстве случаев) обледенение на поверхностях летательного аппарата. При столкновении с лобовыми поверхностями агрегатов летательного аппарата переохлажденные капли воды быстро кристаллизуются, образуя ледяные наросты различной формы и размеров.


В условиях обледенения лед образуется на лобовых поверхностях крыльев, рулей высоты и направления, на воздушных винтах, воздухозаборниках, остеклении фонарей, на находящихся в потоке датчиках пилотажно-навигационных приборов и обтекателях антенн.

Опыт эксплуатации авиационной техники показывает, что обледенение, наряду с турбулентностью атмосферы, электрическими разрядами, возможностью столкновения с птицами, является одним из наиболее опасных воздействий естественной внешней среды, которое существенно влияет на безопасность полета. Статистические данные о частоте случаев обледенения летательного аппарата для различных географических районов Земли показывают, что хотя возможность обледенения наблюдается в широком интервале отрицательных температур, наибольшая вероятность существует при полетах в диапазоне температур от -5° С до −10° С и влажности более 85%. Вне этого интервала вероятность обледенения быстро понижается[1].

Входные устройства и каналы воздухозаборников двигателей летательного аппарата могут подвергаться обледенению и при положительных (до +10° С) температурах. Это объясняется тем, что движущийся в каналах воздухозаборников воздух охлаждается при адиабатическом расширении и влага, находящаяся в нём, конденсируется и замерзает. Известны случаи обледенения сверхзвуковых воздухозаборников.


Ещё одним случаем, когда обледенение может возникнуть при положительных температурах до +15° С, является так называемое «топливное обледенение»[2]. Оно возникает когда воздушное судно возвращается в тёплые и влажные нижние слои атмосферы после длительного полёта на большой высоте, где температуры могут достигать -50° С[3]. В этом случае топливо в крыльевых баках играет роль своеобразного аккумулятора холода, и попадающая на крыло влага замерзает с образованием прозрачного льда.

Для уменьшения обледенения все детали конструкций летательных аппаратов изготавливают такой формы, чтобы они имели минимальное лобовое сопротивление. Кроме того, для предотвращения обледенения на земле перед полётом проводится противообледенительная обработка летательных аппаратов. В полёте обледенения удаляют, в основном, с помощью нагрева критичных поверхностей электрическим током или горячим воздухом от двигателей.

В 1967 году разработан электроимпульсный прибор «ЭИПОС» для борьбы с ледяными наростами на самолётах[4]. Он формирует электрический импульс, который, проходя по обшивке самолета, обеспечивает сброс льда.

Интенсивность обледенения

Интенсивность обледенения — это скорость увеличения толщины слоя льда на поверхности воздушного судна, измеренная в миллиметрах в минуту. Обледенение называют слабым, если скорость отложения льда на передней кромке крыла не превышает 0,5 мм/мин. Умеренному обледенению соответствуют скорости от 0,5 до 1 мм/мин. Сильным обледенение называют, если лёд нарастает быстрее 1 мм/мин[5].

См. также

  • Наледь
  • Сигнализатор обледенения

Возвращаясь к авиационной тематике, можно вспомнить следующий факт. До выхода на авиалинии А-380 самым массовым и большим по грузоподъемности являлся Боинг-747. Во время полета он создавал такое возмущение атмосферы (спутный след), которое требовало повышенных интервалов между ним и другими воздушными судами во время взлета-посадки и при полете на эшелоне. При выходе на линии А-380, который по грузоподъемности превышал Боинг –747, предполагалось, что интервалы нужно будет еще увеличить, но этого не произошло. Причина в том, что крыло А-380 создано из композитных материалов, и его коэффициент вязкости при перемещении в воздушной среде значительно меньше, чем у цельнометаллического крыла Боинга-747. Вследствие того, что композитные материалы имеют более низкий коэффициент вязкости, к крылу, созданному из таких материалов, близлежащий слой воздуха прилегает слабее, увлекая за собой меньшее количество слоев воздуха, соответственно, в процесс вовлекается меньший объем воздуха. В связи с этим разность давлений на верхней и нижней кромке крыла больше, больше и подъемная сила, а сопротивление меньше. Этим и объясняются лучшие, по сравнению с ожидаемыми, аэродинамические качества А-380. Увеличивать интервалы между воздушными судами не потребовалось, так как А-380 создает возмущение атмосферы (спутный след) меньше, чем ожидалось.


Рассмотренный выше пример из жизни авиации подтверждает, что коэффициент вязкости зависит от материала покрытия. Становится понятным, если обычное крыло будет покрыто даже тончайшим слоем льда, коэффициент вязкости увеличится, и аэродинамические качества крыла значительно ухудшатся. Возможно в этом кроется причина авиакатастрофы с самолетом CRJ-100 компании «Белавиа» в аэропорту Звартноц 14 февраля 2008 года. Самолет совершал рейс из Минска в Ереван. В те времена в аэропорту Звартноц, как правило, если и происходила дозаправка CRJ-100, то лишь в незначительных количествах. Топливо, охлажденное при полете на эшелоне, в имевшихся в тот день в районе посадки погодных условиях (повышенная влажность, температура воздуха — чуть выше нуля) создало благоприятные условия для наземного обледенения. Как правило, при положительных температурах обработка воздушного судна противообледенительной жидкостью не производится. Для наземного обледенения достаточно и пары минут, и совсем не обязательно, что критические поверхности покроются толстым слоем льда. Например, топливный лёд, или правильнее его называть «лёд на переохлаждённом крыле», настолько тонкий и прозрачный, что его очень трудно заметить, а аэродинамику он нарушает не хуже обычного льда или снега.


неравномерное обледенение крыльев (наветренная и подветренная стороны на стоянке) привело к тому, что воздушное судно после отрыва практически сразу перевернулось и упало. Расчетной для сухого крыла скорости после отрыва было недостаточно для создания необходимой подъемной силы, что и привело к трагедии (подъемная сила на обледенелом крыле меньше, чем подъемная сила на сухом крыле на одной и той же скорости). Кстати, отрыв воздушного судна состоялся только благодаря «воздушной подушке», действие которой ощутимо до высоты 5–10 м. Комиссия, производившая расследование данной авиакатастрофы, пришла к выводу, что причиной явилось обледенение.

Авиакатастрофа, произошедшая в Сочи 25 декабря 2016 года, очень напоминает упомянутую авиакатастрофу в Ереване. Можно предположить, что воздушное судно при вылете из Жуковского было заправлено по максимуму для того, чтобы сделать минимальную по времени стоянку для дозаправки в промежуточном аэропорту. В этом случае топливо также промерзло, правда, в меньшей степени, из-за более короткого перелета до Сочи и более толстого профиля крыла. Если бы стоянка в Сочи по длительности значительно превышала один час, то, по-видимому, трагедии не произошло бы, так как условия для образования льда на переохлажденном крыле пропали бы. Но короткая стоянка не позволила поверхности крыла прогреться до положительной температуры. Произошел взлет с последующим разгоном самолета до скоростей, рекомендуемых руководством по летной эксплуатации (РЛЭ).


к известно, чем больше скорость, тем больший происходит прогрев поверхности крыла от взаимодействия с набегающим потоком. В этих условиях можно предположить, что в какой-то момент образовавшийся лед растаял, образовав на поверхности крыла водяную пленку. Коэффициент вязкости в этом случае значительно возрос, произошло резкое уменьшение поступательной скорости воздушного судна, что повлекло за собой значительное снижение подъемной силы. Конечно, более точную причину этой катастрофы комиссия по расследованию установит после окончательной расшифровки черных ящиков. По градиенту падения скорости можно будет определить коэффициент вязкости, и, следовательно, понять, что привело к катастрофе — водяная пленка, образовавшаяся на крыле, или само обледенение. По моему мнению, в обоих случаях первопричиной будет первоначальное обледенение. В целом, температура поверхности крыла зависит от многих факторов, таких как скорость полета, температура топлива, температура окружающей среды, работа противообледенительных устройств крыла, и может быть выражена формулой:

Обледенение» alt=»» width=»229″ height=»49″ />, (2)

где:

t кр — температура поверхности крыла;

v — скорость полета;

t ср — температура окружающей среды;

t т — температура топлива;


q — работа противообледенительных устройств крыла.

Совокупность всех этих факторов во времени может привести к эффекту обледенения не только при положительных температурах, но и при отрицательных.

В случае если работает противообледенительная система крыла, условия для конденсации влаги на поверхности крыла и условия для создания водяной пленки могут возникнуть при уходе на второй круг и при отрицательных температурах.

В строительстве широко известны процессы конденсации в зимних условиях в районе точки с нулевой температурой (то есть в том месте, где отрицательная температура переходит в положительную температуру). Такие же условия могут возникнуть, если при достаточно резком сезонном переходе от положительных температур воздуха к отрицательным температурам в самолет заливают топливо с положительной температурой. В этом случае в какой-то момент времени точка с нулевой температурой появится на поверхности крыла. Затем плоскость несущей поверхности переместится в область отрицательных температур, что приведет к практически незаметному обледенению, состоящему из тончайшей ледяной пленки. В момент разбега и взлета это обледенение приведет к возрастанию силы сопротивления и уменьшению подъемной силы. В условиях устойчивых отрицательных температур обработку поверхностей явно никто проводить не будет, поэтому образовавшийся тончайший слой льда может остаться незамеченным, и воздушное судно вырулит на взлет. В летной практике отмечались случаи подобных обледенений, когда только внимательный предполетный осмотр воздушного судна экипажем не позволил произойти трагедии.


В ситуациях, когда совокупность факторов, определяющих температуру на поверхности крыла, создаст температуру, близкую к нулю (охлажденное крыло), во влажной атмосфере на поверхности крыла создадутся условия для конденсации влаги. Появившаяся на поверхности крыла водяная пленка приведет к возрастанию силы сопротивления, уменьшению подъемной силы и создаст все предпосылки для катастрофы. Условия для усиленной конденсации влаги на поверхности крыла создаются при уходе на второй круг в условиях температур, близких к нулю, высокой влажности, а также при выводе воздушных судов из крутого снижения в горизонт, как это бывает у военных воздушных судов. В этом случае крыло контактирует с большим объемом влажного воздуха или тумана. Математическое обоснование этому дано в вышеупомянутой статье «Отчего падают самолеты при уходе на второй круг», («Авиапанорама» № 5–2016).

Этим, по-видимому, можно объяснить катастрофу, произошедшую в марте 1968 года с Ю. А. Гагариным, когда после выполнения задания на больших высотах они с инструктором резко приступили к снижению для захода на посадку. Погодные условия в тот день были следующие: температура, близкая к нулю, низкие слоистые облака, высокая влажность воздуха.

Возможно, подобная причина привела и к авиакатастрофе 27 июля 2002 года на авиашоу во Львове, когда Су-27 ВВС Украины также не хватило высоты для вывода из крутого снижения во время выполнения фигуры высшего пилотажа. Предпосылкой трагедии послужило переохлажденное крыло, так как до момента выступления Су-27 долго барражировал на эшелоне, ожидая начала авиашоу. При этом на земле была очень жаркая погода с большой влажностью воздуха.


В Кыргызстане 16 января 2017 года произошла авиакатастрофа с Боингом-747 турецкой авиакомпании. Пока идет расследование, но характер трагедии, данные о том, что воздушное судно уходило на второй круг, говорят о подобии ее вышеперечисленным. Высказывается мнение, что авиакатастрофа могла произойти из-за перемещения груза и изменения центровки при уходе на второй круг. Мне кажется, это не совсем соответствует истине. Допустимая центровка определяется с целью недопущения дисбаланса для рабочих скоростей полета. Если же скорость упала ниже скоростей, предусмотренных РЛЭ, то центровка может выйти за допустимые пределы без перемещения груза.

Все перечисленные выше авиакатастрофы — это жестокие уроки, которые нам преподала природа. Необходимо изучить, осознать их, чтобы впредь подобные трагедии не повторялись. Для этого необходимо тщательно проанализировать бесценный материал, хранящийся в бортовых устройствах регистрации воздушных судов, потерпевших катастрофы по перечисленным в моих статьях причинам. На основе полученных данных важно создать программное обеспечение для бортовых компьютеров, которое позволит своевременно предупредить пилотов о возможности попадания в подобные аварийные ситуации.


я этого, например, взлеты воздушных судов, закончившиеся авиакатастрофой, нужно сравнить с их же предыдущими штатными взлетами. Необходимо привести параметры (температура, давление, взлетный вес) этих благополучных взлетов к параметрам, которые наблюдались в момент трагедии. Продифференцировав по времени воздушные скорости этих взлетов и найдя их разность, можно определить коэффициент вязкости, возникший из-за покрытия крыла слоем льда или пленкой воды, а разница между дифференциалами по времени вертикальных скоростей определит корреляционную зависимость коэффициентов вязкости и подъемной силы. Это не только повысит безопасность полетов, но и позволит наметить пути для повышения аэродинамических качеств уже существующих воздушных судов за счет свойств покраски поверхностей.

А вот исследования аэродинамики обледеневшего крыла в условиях аэродинамической трубы с имитацией льда пленками различной шероховатости — некорректны и могут привести к искажению результатов. Может оказаться, что коэффициент вязкости на поверхности, связанный с материалом, из которого изготовлена пленка, будет уменьшать подъемную силу, а шероховатость — увеличивать, что в сумме приведет к совсем незначительным изменениям. И, главное — коэффициент вязкости, возникающий между льдом и воздушными потоками, отличается от коэффициента вязкости, возникающего между пленками, имитирующими лед, и воздушным потоком. Реальный же лед может дать значительные изменения аэродинамики и привести, в конечном итоге, к катастрофе.

Авиатехника становится все более надежной, и на первое место среди причин авиакатастроф выходит человеческий фактор. Безопасность полетов при нестандартных случаях обледенения крыла, рассмотренных в данной статье, можно повысить, подготовив экипажи к встрече с непредвиденными ситуациями, обучив их алгоритмам поведения в этих чрезвычайных условиях и снабдив их инструкциями, которые позволят избегать попадания в подобные ситуации.

Обледенение

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector