Обмерзання літаків і вертольотів у польоті

Обмерзання літального апарата в польоті – це відносно швидке утворення льоду (або інею) на окремих елементах його конструкції: на крилі, оперенні, лопастях повітряних і несучих гвинтів, повітрозабірниках двигунів та інших конструктивних елементах повітряних суден. Основною причиною обмерзання є наявність в атмосфері води в різному стані.

Обмерзання повітряних суден у більшості випадків відбувається при польоті в цьому середовищі, де містяться краплі води при низькій температурі навколишнього повітря, в основному у хмарах або в умовах переохолодженого дощу.

Відомо, що вода в рідкій фазі може зберігатися тривалий час при порівняно низькій температурі (-65C° і нижче). При зіткненні з поверхнею літального апарата крапельки води швидко кристалізуються і прилипають до неї (краплинне обмерзання).

Для кристалізації переохолоджених крапель необхідна певна сукупність умов, що визначають появу центрів (ядер) кристалізації. Ними можуть бути домішки повітря, а на великих висотах при низьких температурах, тисках і щільностях повітря ядра кристалізації можуть виникати самостійно, шляхом випадкового угрупування молекул води. Чим нижче зазначені параметри повітря, тим швидше виникає первісний кістяк кристалічних решіток, який служить ядром кристалізації. А чим менше об’єм переохолодженої води, тим менше імовірність виникнення ядер кристалізації. Через малі розміри переохолоджених крапель (кілька десятків мікрон) їхня самостійна кристалізація може відбуватися при дуже низьких температурах повітря.

Найбільш імовірними причинами швидкої кристалізації переохолоджених крапель при зіткненні з поверхнею літальних апаратів є:

- наявність на поверхні дрібних кристалів льоду і пилу, що є центрами (ядрами) кристалізації крапель води;

- можливість утворення ультразвукових хвиль при зіткненні крапель з поверхнею ПС, що значно прискорює процес самостійного утворення ядер кристалізації.

Сублімаційне обмерзання літальних апаратів може мати місце при польоті в безхмарній атмосфері в тому випадку, якщо їх поверхні попередньо покрилися тонким шаром інею чи льоду при різкому зниженні висоти польоту, коли поверхня ПС зберігає температуру нижче температури навколишнього середовища (тобто при значеннях її, що відповідають умовам утворення інею).

Однак, із двох основних, якісно різних видів обмерзання ПС (краплинного і сублімаційного), найбільшу небезпеку в польоті являє перший вид. Сублімаційне обмерзання не може бути значним.

Іноді може спостерігатися і так зване сухе обмерзання – осідання на поверхнях ПС кристалів льоду при польоті в кристалічних хмарах, що найчастіше зустрічаються в тропічних районах. Але особливої небезпеки цей вид обмерзання також не становить.

Обмерзання літака в польоті – процес не миттєвий. Основний показник обмерзання – інтенсивність, що характеризується швидкістю утворення льоду (зміна товщини льодового шару в одиницю часу – мм/хв) на передній частині контрольного профілю або іншої контрольної частини ПС. В залежності від інтенсивності розрізняють чотири ступеня обмерзання. У табл.1.2 наведені ступені обмерзання і відповідні їм інтенсивності, а також відносні імовірності виникнення обмерзання даної інтенсивності у відсотках і час, яким розраховує екіпаж повітряного судна для вживання необхідних заходів щодо запобігання виниклого ступеня обмерзання.

Таблиця 1.2

 

Ступінь обмерзання	Інтенсив-ність обмерзання по покаж-чику І,мм/хв,	Відносна імовірність обмерзання, %	Час, яким розраховує екіпаж ПС для вживання необхідних заходів, хв
слабка	< 2		10…20
середня	2...4		5…10
сильна (небеспечна)	>4		2…3
загрозлива (аварійна)	>> 4		0.5…1

Оцінити небезпеку обмерзання можна і за допомогою інтегрального показника ступеня обмерзання, під яким розуміють товщину шару льоду, що утворився на контрольній поверхні ПС за час його польоту. При використанні покажчика обмерзання (контрольний профіль з вимірювальним штирем) шкала ступеня обмерзання наступна : слабке обмерзання – товщина льоду до 15 мм, середнє - від 15 до 30 мм, сильне – більше 30 мм.

Загрозливим (аварійним) називають обмерзанням, при якому починається обмерзання вхідних пристроїв двигунів ПС при справній роботі системи їх захисту від обмерзання. Продовження польоту в таких умовах небезпечно і може привести до виходу з ладу силової установки ПС і аварійної ситуації. При аварійному обмерзанні екіпаж повітряного судна повинен негайно вивести його з зони обмерзання або здійснити посадку на найближчому аеродромі.

Можливість та інтенсивність обмерзання повітряного судна в польоті визначається складною сукупністю ряду факторів:

- метеорологічними параметрами атмосфери (водністю; розмірами водяних крапель; температурою і вологістю зовнішнього повітря; довжиною і висотою зони обмерзання);

- аеродинамічними параметрами польоту (швидкістю і висотою польоту ПС);

- конструктивними параметрами повітряного судна (розмірами, формою, станом його зовнішньої поверхні).

Водність (W, г/мі) переохолоджених хмар – кількість сконденсованої води, що міститься в одиниці об’єму повітря (хмари) – один з важливих факторів, що істотно впливає на інтенсивність обмерзання ПС. Вона значно змінюється залежно від температури і може сильно коливатись як для однієї і тієї самої форми хмар, так і в тій самій хмарі.

Залежність інтенсивності обмерзання (I,мм/хв) поверхонь ПС від водності (W, г/м³) хмар на різних швидкостях польоту (V,км/год) зображена на рис.1.2.