Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Переохлажденные большие капли льда (SLD) на исследовательском самолете NASA Twin Otter ( условия обледенения )
Ледяные выступы на лопасти ротора , полученные в аэродинамической трубе в исследовательском центре NASA Glenn

Системы защиты от обледенения предназначены для предотвращения накопления атмосферного льда на поверхностях самолета (особенно на передних кромках ), таких как крылья, пропеллеры, лопасти несущего винта, воздухозаборники двигателя и воздухозаборники. Если позволить льду нарастать до значительной толщины, это может изменить форму аэродинамических поверхностей и поверхностей управления полетом , что ухудшит характеристики, управляемость или управляемость самолета. Система защиты от обледенения либо предотвращает образование льда, либо позволяет самолету сбрасывать лед до того, как он достигнет опасной толщины.

Типы [ править ]

Секция пневматического башмака на крыле самолета
Пропеллер с системой электротермического обледенения

Пневматические антиобледенительные сапоги [ править ]

Пневматическая загрузка , как правило , сделана из слоев резины или других эластомеров, с одной или несколькими воздушными камерами между слоями. Если используется несколько камер, они обычно имеют форму полос, выровненных по длине ботинка. Обычно его размещают на передней кромке крыльев и стабилизаторов самолета. Камеры быстро надуваются и спускаются либо одновременно, либо только по схеме определенных камер. Быстрое изменение формы ботинка предназначено для разрушения силы сцепления между льдом и резиной и позволяет уносить лед под действием относительного ветра, проходящего мимо самолета. Однако лед должен быть аккуратно унесен с задних участков поверхности, иначе он может снова замерзнуть за защищаемой зоной. Повторное замерзание льда таким образом стало одной из причин крушения самолета American Eagle Flight 4184 .

Некоторые старые конструкции пневматических ботинок были подвержены явлению, известному как ледяной мостик. Если бы лед не накапливался до достаточной толщины и хрупкости, ковкий лед можно было бы придать форму, недоступную для надувных частей ботинка. Эта проблема в основном решается в современных конструкциях за счет увеличения скорости действия надувания / спуска воздуха и за счет чередования времени надувания / спуска соседних камер. [1]

Пневматический пыльник наиболее подходит для низко- и среднескоростных самолетов, особенно без подъемных устройств передней кромки, таких как предкрылки. Поэтому эта система чаще всего встречается на турбовинтовых самолетах, таких как Saab 340 , Embraer EMB 120 Brasilia и British Aerospace Jetstream 41 . Пневматические противообледенительные башмаки иногда встречаются на больших поршневых винтовых самолетах, небольших турбореактивных двигателях, таких как Cessna Citation V , и некоторых более старых турбореактивных двигателях. Это устройство редко используется на современных турбореактивных самолетах.

Это устройство было изобретено корпорацией Goodrich Corporation (ранее известной как BF Goodrich) в 1923 году.

Электротермический [ править ]

Электротермические системы используют резистивные цепи, скрытые в конструкции планера, для выработки тепла при приложении тока. Тепло может генерироваться непрерывно для защиты летательного аппарата от обледенения (режим антиобледенения) или периодически для сбрасывания льда по мере его нарастания на основные поверхности (удаление льда). Операция по удалению льда обычно предпочтительна из-за более низкого энергопотребления, поскольку системе необходимо только растопить контактный слой льда, чтобы сдвиг ветра удалил остаток. [2]

Боинг 787 является примером коммерческого использования планера защиты электротермического льда. В этом случае резистивный нагревательный контур встроен в конструкцию крыла из композитного стекла и углерода. Boeing утверждает, что эта система использует половину энергии традиционных систем отбора воздуха (обеспечиваемых двигателями), а также снижает сопротивление и шум. [3]

Для металлических структур обшивки самолета к внутренней поверхности обшивки прикреплены резистивные нагревательные цепи из вытравленной фольги. Этот подход обладает потенциалом обеспечения более низкого общего энергопотребления, чем подход со встроенными схемами, благодаря его способности работать при значительно более высоких плотностях мощности. [4]

Thermawing представляет собой электрическую систему защиты льда для авиации общего назначения . В ThermaWing используется гибкая электропроводящая графитовая пленка, прикрепленная к передней кромке крыла. Электрические нагреватели нагревают фольгу и растапливают лед.

В новом предложении используется специальная сажа из углеродных нанотрубок . Тонкая нить накатывается на намотчике, образуя пленку толщиной 10 микрон, эквивалентную листу бумаги формата А4 . Пленка плохо проводит электричество из-за воздушных зазоров между нанотрубками. Вместо этого ток проявляется как почти мгновенное повышение температуры. Он нагревается в два раза быстрее, чем нихром , предпочтительный нагревательный элемент для борьбы с обледенением в полете, потребляя вдвое меньше энергии при одной десятитысячной веса. Материал, необходимый для покрытия крыльев гигантского реактивного самолета, весит 80 граммов (2,8 унции). Стоимость материала составляет примерно 1% нихрома. Нагреватели аэрогеля можно было оставить постоянно включенными на малой мощности, чтобы предотвратить образование льда.[5]

Стравить воздух [ править ]

Система стравливания воздуха - это метод, используемый большинством более крупных реактивных самолетов для поддержания температуры поверхности полета выше точки замерзания, необходимой для накопления льда (так называемая защита от обледенения). Горячий воздух «стекает» из реактивного двигателя в трубки пикколо, проходящие через крылья, хвостовые поверхности и впускные отверстия двигателя. Отработанный стравливаемый воздух отводится через отверстия в нижней поверхности крыла.

Электромеханический [ править ]

Электромеханические системы удаления льда (EMEDS) используют механическую силу, чтобы сбить лед с поверхности полета. Обычно исполнительные механизмы устанавливаются под обшивкой конструкции. Привод перемещается, чтобы вызвать ударную волну на защищаемой поверхности и выбить лед. Компания Cox and Company, Inc. из Плейнвью, штат Нью-Йорк, разработала легкую маломощную систему под названием EMEDS, которая является первой технологией защиты от обледенения, получившей сертификацию FAA за 50 лет, и в настоящее время используется на нескольких коммерческих самолетах (часть 23 и FAA). Часть 25) [6] [7] [8] и военная авиация. [9]

Компания Innovative Dynamics разработала легкую и маломощную систему, использующую приводы, под названием EIDI.

Гибридные электромеханические системы удаления льда сочетают в себе антиобледенитель EMEDS с электрическим нагревательным элементом. Нагреватель предотвращает накопление льда на передней кромке аэродинамического профиля, а исполнительные механизмы системы EMED удаляют лед, который накапливается за нагретой частью аэродинамического профиля. [10] Cox and Company, Inc. из Плейнвью, штат Нью-Йорк, разработала несколько версий гибридных систем EMED, называемых термомеханической системой удаления льда (TMEDS).

TKS Ice Protection [ править ]

Фрагмент хвостового оперения самолета с противообледенительной системой TKS, демонстрирующий некоторые из тысяч крошечных отверстий, через которые закачивается противообледенительная жидкость.
Лопасть гребного винта с системой удаления льда TKS

Система защиты от обледенения TKS [11] , производимая CAV Ice Protection, представляет собой жидкостную систему защиты от обледенения, которая помогает самолету безопасно выйти из условий обледенения в полете. В системе используется жидкость на основе гликоля для покрытия критических поверхностей самолета и предотвращения риска образования льда на передних кромках крыльев. Система также может разбивать накопившийся лед (химически). Разработано Tecalemit-Kilfrost-Sheepbridge Стокса (TKS), система была в основном используется во время Второй мировой войны со стороны англичан . Во время Второй мировой войны он использовался для обеспечения безопасности бомбардировщиков Королевских ВВС (RAF) в условиях обледенения. [12]

Защита от обледенения с помощью системы TKS Ice Protection достигается за счет установки просверленных лазером титановых пористых панелей на передних кромках планера. Обшивка панели перфорирована просверленными лазером отверстиями диаметром 1 ⁄ 400 дюйма (0,064 мм) с 800 отверстиями на квадратный дюйм (120 / см 2 ). [13]Жидкость ТКС истекает через панели на передних кромках крыльев, горизонтальные стабилизаторы. Жидкость также тщательно распределяется через кольцо на гребном винте и распылитель лобового стекла. Также можно защитить вторичные обтекатели или конструкции, такие как подъемные стойки. Впускные отверстия двигателя также могут быть защищены. Жидкость перекачивается из резервуара дозирующим насосом с электрическим приводом через микрофильтр в дозирующие устройства. Блоки дозирования содержат калиброванные капиллярные трубки, которые разделяют поток в соответствии с индивидуальными потребностями пористых панелей и отражательного кольца. Для непреднамеренных систем предусмотрен один дозирующий насос. Для систем, сертифицированных для полета в известных условиях обледенения(FIKI) для резервирования устанавливаются два насоса, которые можно выбрать индивидуально. Жидкость для системы распылителей ветрового стекла подается с помощью шестеренчатого насоса по запросу. В зависимости от сертификации предоставляются один или два насоса для лобового стекла. При использовании системы защиты от льда TKS любые скопления мусора вымываются. Гликоль обладает очищающими свойствами и не повредит лакокрасочное покрытие самолета.

Систему часто называют плачущим крылом. Эта система обеспечивает как предотвращение образования льда (антиобледенение), так и удаление уже образовавшегося льда (удаление льда).

Компоненты системы [ править ]

  • Резервуар для жидкости
  • Насос для жидкости
  • Воздуховод для жидкости
  • Жидкость
  • Калиброванные отверстия
  • Цепь активации

Операция [ править ]

Система активируется переключателем в кабине. При этом включается насос для жидкости, который выкачивает жидкость из резервуара по воздуховоду и выводит ее в калиброванные отверстия на передней кромке крыла. Когда жидкость течет вдоль воздушного потока (как на верхней, так и на нижней поверхности крыла), остается тонкий слой жидкости, защищающий поверхность от обледенения. Избыточная жидкость затем покидает поверхность крыла и скользит за заднюю кромку крыла.

Пассивный (ледофобные покрытия) [ править ]

Смотрите также: Icephobicity

В пассивных системах используются ледофобные поверхности. Ледофобность аналогична гидрофобности и описывает свойство материала, устойчивого к обледенению. Термин не имеет четкого определения, но обычно включает три свойства: низкую адгезию между льдом и поверхностью, предотвращение образования льда и эффект отталкивания переохлажденных капель [14] . Ледофобность требует особых свойств материала и, как часто ошибочно полагают, не коррелирует с супергидрофобностью [15] .

Чтобы свести к минимуму обледенение различных поверхностей самолета, исследователи на протяжении истории пытались найти ледофобные материалы для использования в авиации . Примерами таких материалов являются углеродные нанотрубки и пористые поверхности, наполненные скользкой жидкостью (SLIPS). [16]

Эффекты обледенения [ править ]

Несчастные случаи с обледенением самолета происходят в результате сочетания увеличения веса, увеличения лобового сопротивления, уменьшения или потери подъемной силы и уменьшения или потери тяги из-за скопления льда на корпусе, аэродинамическом профиле, гребных винтах (при их наличии) и / или крыльях, в зависимости от тип образующегося льда (например, инейный лед, чистый лед и т. д.), который является функцией конкретных метеорологических условий. Кроме того, индукционный лед может вызывать потери мощности в условиях обледенения либо снаружи на воздухозаборниках (турбина или поршневой самолет), либо локально во впускной системе внутри двигателя (например, карбюратор поршневого двигателя без впрыска топлива).

Когда лед накапливается в результате замерзания при столкновении с передней кромкой или замерзания в результате обратного движения на аэродинамических подъемных или упорных поверхностях, таких как крыло, хвостовое оперение и лопасти воздушного винта, изменение воздушного потока изменяет аэродинамические характеристики поверхностей, изменяя либо их форма и / или характеристики их поверхности. Когда это происходит, это приводит к увеличению как основного, так и индуцированного сопротивления, а также к уменьшению подъемной силы или тяги. В зависимости от того, была ли чистая подъемная сила крыла хвостового оперения направлена ​​вниз или вверх, потеря подъемной силы хвостового оперения (вверх или вниз) может вызвать изменение тангажа (часто к более низкому тангажу) или, если критический угол атаки оперение превышено, аэродинамический «срыв» оперения.

Как уменьшение подъемной силы крыла из-за изменения формы аэродинамического профиля, так и увеличение веса самолета, непосредственно вызванное ледовой нагрузкой, обычно приводят к тому, что пилот должен лететь под большим углом атаки аэродинамического профиля, чтобы наверстать упущенное. за потерю подъемной силы, необходимую для поддержания заданной высоты или выбранной скорости снижения / подъема, несмотря на имеющиеся изменения мощности и желаемую скорость полета. Если больший угол атаки превышает критический угол атаки, произойдет аэродинамическое сваливание, которое может произойти при любой воздушной скорости и любом положении полета, что часто упускается из виду (даже пилотами). Таким образом, в зависимости от того, произошло ли обледенение крыла или горизонтального стабилизатора / стабилизатора, уменьшенная подъемная сила может привести к увеличению тангажа или уменьшению тангажа.

Один «трюк», используемый пилотами, желающими улучшить как скорость полета, так и характеристики несущей способности самолета как в условиях обледенения, так и в условиях отсутствия обледенения, заключается в том, чтобы загрузить самолет ближе к его заднему пределу ЦТ (центра тяжести) и / или лететь задним ходом. (нос вверх) обрезать. Это приводит к тому, что пилоту приходится нажимать на рычаги управления рулем высоты вперед, увеличивая изгиб верхней поверхности горизонтального стабилизатора / руля высоты (хвостового оперения). Получающееся в результате уменьшение нагрузки на переднее крыло позволяет переднему крылу лететь с меньшим углом атаки, дальше от аэродинамического «сваливания». Это также может обеспечить меньшее сопротивление крыла и, следовательно, большую крейсерскую скорость для данной настройки мощности. Даже если загрузка самолета не будет изменена на более заднюю ЦТ,полет с триммером руля высоты, поднятым носом вверх, приводит к необходимости удерживать переднюю силу на органах управления, что заставляет триммер руля высоты увеличивать изгиб верхней поверхности хвостового оперения (хотя и утомительно, и поэтому используется только в необычных или временных обстоятельствах, например во время на взлете или в условиях обледенения), и, следовательно, уменьшить угол атаки оперения.

Обледенение с вращающейся поверхностью [ править ]

Лед также может накапливаться на лопастях несущих винтов вертолетов и воздушных винтах . Нарастание вызывает весовой и аэродинамический дисбаланс, который усиливается из-за быстрого вращения пропеллера или ротора.

Обледенение на впуске двигателя [ править ]

Тонкий слой льда на входной передней кромке ТРДД CFM56

Скопление льда на передней кромке (кромке) впускных отверстий двигателя вызывает проблемы с потоком и может привести к попаданию льда. В турбовентиляторных двигателях со стороны вентилятора требуется ламинарный поток воздуха. По этой причине большинство систем защиты двигателя от обледенения являются противообледенительными (предотвращают образование отложений).

См. Также [ править ]

  • Атмосферное обледенение
  • Условия обледенения

Обледенение несчастных случаев

  • Рейс 883 Aero Caribbean (2010)
  • Рейс 5017 авиакомпании Air Algérie (2014 г.)
  • Рейс 90 авиакомпании Air Florida (1982)
  • Рейс 447 авиакомпании Air France (2009 г.)
  • Arrow Air Flight 1285 (1985)
  • Рейс 3407 авиакомпании Colgan Air (2009 г.)
  • Comair Flight 3272 (1997)
  • Loganair Flight 670 (2001)
  • Рейс 751 Scandinavian Airlines (1991)
  • Рейс 5428 Sol Líneas Aéreas (2011 г.)
  • United Express Flight 2415 (1989)
  • Рейс 708 West Caribbean Airways (2005)

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Информация FAA для операторов 09005" (PDF) .
  2. ^ Слоан, Джефф. «787 интегрирует новую композитную противообледенительную систему крыла» . www.compositesworld.com .
  3. ^ "AERO - 787 Системы без кровотечения" . www.boeing.com .
  4. ^ http://papers.sae.org/2009-01-3165/ | Использование повышенной гибкости за счет электротермического удаления льда с высокой плотностью мощности
  5. ^ "Противообледенительные самолеты: Закопченное небо" . Экономист. 2013-07-26 . Проверено 11 декабря 2013 .
  6. ^ "Системы защиты от льда малой мощности - Cox & Company, Inc" . Cox & Company, Inc. 2014. Архивировано из оригинала на 2017-04-21 . Проверено 17 декабря 2014 .
  7. ^ «Как они работают: системы защиты от льда» . Авиационная неделя. 2010 г.
  8. ^ "Электромеханическое удаление льда" . Журнал Air & Space. 2004 г.
  9. ^ "ВЫРЕЗАТЬ: P-8A Poseidon - Боинг с бравадой" . Международный рейс. 2010 г.
  10. ^ «Противообледенительные и противообледенительные соединения» . НАСА STI. 2002 г.
  11. ^ "полет апрель | апрель iith | жидкостная система | 1946 | 0710 | Архив полетов" . Flightglobal.com . Проверено 11 декабря 2013 .
  12. ^ «Обледенение для сегодняшнего дня» .
  13. ^ Э. Макманн, Майкл. «TKS Ice Protection: возможность летать круглый год с системой TKS Ice Protection» . Журнал "Самолет и пилот" . Вернер Издательская Корпорация . Проверено 17 октября 2014 года .
  14. ^ Хиджази, Вахид; Соболев, Константин; Носоновский, Михаил (12.07.2013). «От супергидрофобности к ледофобии: анализ сил и взаимодействия» . Научные отчеты . 3 (1). DOI : 10.1038 / srep02194 . ISSN 2045-2322 . 
  15. ^ Юнг, Стефан; Доррестийн, Марко; Рапс, Доминик; Дас, Ариндам; Мегаридис, Константин М .; Поуликакос, Димос (14 февраля 2011 г.). "Супергидрофобные поверхности лучше всего подходят для ледофобии?" . Ленгмюра . 27 (6): 3059–3066. DOI : 10.1021 / la104762g . ISSN 0743-7463 . 
  16. ^ Ким, Филсок; Вонг, Так-Синг; Альваренга, Джек; Кредер, Майкл Дж .; Adorno-Martinez, Wilmer E .; Айзенберг, Джоанна (28 августа 2012 г.). «Наноструктурированные поверхности, наполненные жидкостью, с исключительными противообледенительными и морозостойкими характеристиками». ACS Nano . 6 (8): 6569–6577. doi : 10.1021 / nn302310q - через публикации ACS.

Внешние ссылки [ править ]

  • Документ SAE по электротермической защите от льда, подготовленный Strehlow, R. и Moser, R.