Причины и характер обледенения.

В атмосфере капли воды могут находиться в переохлажденном виде, сохраняя жидкое состояние до низких отрицательных температур. Особенно много переохлажденной воды может содержаться в облаках, в условиях дождя и мокрого снега.

При столкновении переохлажденных капель с ВС они быстро кристаллизуются, намерзая на поверхностях, которые сталкиваются с воздушным потоком: передних кромках крыла, стабилизатора и киля, лопастей и втулок воздушных винтов, воздухозаборников, носовой части фюзеляжа и других выступающих в поток устройствах. Обледенение ухудшает аэродинамические характеристики ВС, увеличивает его массу, ведет к другим нежелательным явлением.

Размеры зоны обледенения зависит от скорости полета, аэродинамики обтекания, температуры и размера водяных капель. С увеличением скорости полета, температуры и размера капель зона обледенения увеличивается, так как капли, имея скрытую теплоту, больше растекаются по поверхности в направлении потока. Интенсивность обледенения, т. е. увеличение толщины льда в единицу времени, зависит от водности атмосферы, размеров переохлажденных капель и температуры воздуха.

 

Рис. 11.2. Формы обледенения: Рис. 11.1. Частота обледенения

а –клинообразная; б –железообразная; N BC в зависимости от

в –рогообразная температуры окружающей

среды

 

Обледенение в полете может возникнуть в широком диапазоне отрицательных температур, чаще всего оно наблюдается при температурах от –5 до –10 С⁰ (рис. 11.1.). В воздухозаборниках двигателей отложение льда может произойти и при положительной температуре – до 5 *С. Это объясняется расширением потока воздуха, проходящего по каналу воздухозаборника, и понижением температуры вследствие расширения воздуха в потоке.

Основными формами обледенения являются клина, желоба- и рогообразная (рис. 11.2.). Клинообразная форма встречается наиболее часто при полете в облаках с мелкими переохлажденными каплями или их смесью с ледяными кристаллами. Эта форма имеет небольшую зону захвата. Желобообразная форма возникает при достаточно крупных каплях и относительно высокой температуре воздуха (от 0 до –5 С⁰). Такая форма связана с перетеканием и наслоением капель, вследствие чего образуется большая зона захвата с плотным стекловидным льдом, имеющим большую силу сцепления с поверхностью. Рогообразная форма возникает при кинетическом нагреве передней кромки, когда замерзает не вся вода и поверхность льда становится бугристой. Рогообразная форма обледенения более всего ухудшает аэродинамику ВС и наиболее опасна.

Обледенение крыла искажает профиль, вызывая рост аэродинамического сопротивления ВС, уменьшение подъемной силы, возникновения местных срывов потока. Особенно опасно обледенение горизонтального оперения, так как вследствие раннего срыва потока резко нарушается продольная устойчивость и управляемость ВС. Обледенение воздухозаборников двигателей опасно возможностью сброса льда в воздушный канал и повреждения лопаток направляющего аппарата двигателя. Обледенение лопастей воздушных винтов ухудшает тяговые характеристики винта, вызывает падение его коэффициента полезного действия. Неравномерный и несимметричный сброс льда с лопастей под действием центробежных сил ведет к нарушению балансировки винта и тряске двигателя. Сбрасываемые винтом куски льда могут повредить обшивку фюзеляжа.

Большую опасность представляет обледенение несущего винта вертолета. Широкий диапазон скоростей обтекания лопастей НВ, вплоть до отрицательных значений в зоне обратного обтекания, создает сложную картину обледенения по передней и задней кромкам лопастей. Обледенения резко ухудшает аэродинамические характеристики НВ: возрастает профильное сопротивление, снижается подъемная сила, теряется устойчивость вертолета. Несимметричное сбрасывание льда с лопастей вызывает тряску вертолета.

Обледенение воздухозаборников различных систем (кондиционирования воздуха, масляной и др.) ведет к уменьшению продува атмосферным воздухом теплообменников, нарушениям в работе систем.

Поскольку обледенение представляет опасность для выполнения полета, ВС оборудуют системами сигнализации обледенения и противообледенительными системами (ПОС) для защиты от обледенения наиболее уязвимых и важных поверхностей: передних кромок крыла, стабилизатора и киля, воздухозаборников двигателей, лопастей и втулок воздушных винтов, лобовых стекол фонаря кабины пилотов и некоторых других устройств, выступающих в воздушный поток (рис.и 11.3).

Лед с поверхностей ВС удаляют их нагревом, механическим путем или подачей на защищаемую поверхность жидкости с низкой температурой замерзания. Для нагрева поверхностей используется горячий воздух, отбираемый от компрессоров двигателей, или электроэнергия.

Рис. 11.3. Схема размещения противообледенительных устройств

на транспортном самолете:

1 –датчики сигнализатора обледенения; 2 –электрообогревательное устройство приемника указателя скорости полета самолета; 3 –электрообогрев смотровых стекол фонаря кабины пилотов, жидкостно – механическая система защиты смотровых стекол; 4 –ПОС воздухозаборника двигателя; 5 –ПОС предкрылка;

6 –ПОС оперения

 

Сигнализаторы обледенения. Безопасность полета в значительной степени зависит от возможности своевременного выявления начала процесса обледенения и включения противообледенительных систем, поэтому ВС имеют сигнализаторы обледенения. Датчики сигнализаторов устанавливают в воздухозаборниках двигателей и в местах с наименьшим искажением воздушного потока. Сигнализаторы обледенения могут быть автономными приборами или входить в состав противообледенительных систем.

Сигнализаторы делятся на две группы – прямого и косвенного действий. Сигнализаторы прямого действия реагирует на слой льда, образовавшегося на датчике. Он имеет пониженную чувствительность, так как для нарастания льда на датчике требуется время. Сигнализатор косвенного действия реагирует на состояние внешней воздушной среды.

Простейший сигнализатор прямого действия представляет собой штырь, установленный в поле зрения пилотов. По такому указателю приближенно можно определить начало обледенения и толщину льда.

Широко распространены радиоизотопные сигнализаторы прямого действия. Их работа основана на ослаблении радиоактивного излучения при прохождении через слой льда, образующегося на поверхности датчика. Такой сигнализатор дает возможность установить начало и конец обледенения, непрерывно определять толщину льда и интенсивность обледенения. Датчик радиоизотопного сигнализатора (рис. 11.4) в верхней части штыря имеет герметичный патрон с радиоактивным изотопом, облучающим газоразрядный счетчик. По всей высоте штыря намотан нагревательный элемент для периодического нагревания экрана и сбрасывания образовавшегося льда с целью обнаружения момента прекращения обледенения. Датчик радиоизотопного сигнализатора дает возможность автоматического включения в работу противообледенитель ной системы.

 

Рис. 11.4. Схема датчика радиоизо­топного сигнализатора обледене­ния:

1 — слой льда на рабочей поверхности штыря; 2 — источник радиоактивного

излучения; 3 — штырь; 4 — электро­нагревательный элемент;

5 — штепсель­ныйразъем; 6 — счетчик радиоактивно­го излучения

 

Сигнализаторы обледенения косвенного действия реагируют на присутствие в атмосфере переохлажденных капель воды путем изменения теплоотдачи, электропроводности, электросопротивления и других характеристик воздуха. Такие сигнализаторы имеют высокую чувствительность, но не всегда отличают обычные капли воды от переохлажденных. Для исключения ложных срабатываний при положительных температурах воздуха в них устанавливают датчики температуры.

НАЗНАЧЕНИЕ, РАЗНОВИДНОСТИ