Противообледенительная система
предназначена для защиты самолёта от
обледенения.
Обледенение уменьшает
подъёмную силу самолёта и увеличивает
его лобовое сопротивление, мешает работе
органов управления, ухудшает видимость
пилотам, увеличивает вибрацию и нагрузку
отдельных элементов планера, отрицательно
влияет на работу двигателей. Поэтому
эффективная защита от обледенения
является одной из важных задач, и в
настоящее время противообледенительные
устройства на самолёте являются
обязательными.
Существуют два основных
метода борьбы с обледенением – пассивный
и активный. Пассивный метод предусматривает
вывод самолёта из зоны обледенения.
Вполне очевидно, что пассивный метод
не может удовлетворить требованиям
безопасности и регулярности
полётов.
Активные методы борьбы с
обледенением по характеру воздействия
можно разделить на воздушно-тепловые,
электротермические и механические. Как
правило, обледенению подвергается
только носовая часть обтекаемой
поверхности. Многочисленные измерения
показали, что длина обледеневшего
участка крыла и оперения обычно составляет
5-10 % длины хорды, поэтому от обледенения
достаточно защищать их переднюю
часть.
Обычно выполняется защита от
обледенения лобовых частей крыла,
стабилизатора, киля, воздухозаборников
двигателей, воздушных винтов, остекления,
приёмников воздушных давлений и др.
(рис. 11.1).
б
Рис.
11.1:а) панель ПОС Ил-76; б) схема размещения
противообледенительных
устройств на
транспортном самолете:
1 – датчики
сигнализатора обледенения; 2 –
электрообогревательное устройств
приемника указателя скорости полета;
3 – электрообогрев смотровых стекол
фонаря кабины пилотов, жидкостно-механическая
система защиты смотровых стекол; 5 –
ПОС крыла; 6 – ПОС оперения
Термические методы могут применяться
как для предупреждения, так и для
устранения обледенения. Работа
противообледенительных устройств
основана на нагреве защищаемой поверхности
до температуры, исключающей возможность
её обледенения. В зависимости от способа
защиты поверхностей различают
электротермические и воздушно-тепловые
противообледенительные
системы.
Электротермический способ
защиты от обледенения позволяет подавать
тепло к защищаемой поверхности с
перерывами. При этом методе допускается
образование небольшого количества льда
на поверхности, после чего к этой
поверхности подается тепло, лед подтаивает
и сдувается воздушным потоком. После
удаления льда обогрев прекращается,
температура понижается, и лед образуется
вновь. Этот процесс повторяется через
определённый промежуток времени.
Защищаемые от обледенения поверхности
обычно разбивают на отдельные секции,
имеющие симметричное расположение на
левой и правой частях крыла и оперения.
На крыле и оперении, кроме периодически
включаемых секций, могут быть непрерывно
обогреваемые в условиях обледенения
участки, такие, как места стыка секций
и передние кромки, с которых лед не может
быть сброшен аэродинамическими силами.
При циклическом обогреве расход энергии
в несколько раз меньше, чем при обогреве
непрерывном.
Противообледенительный
носок крыла и оперения представляет
собой многослойную конструкцию, состоящую
из внешней и внутренней обшивки, между
которыми размещены два слоя электроизоляции
и нагревательный элемент (рис. 11.2).
иликатные
элетрообогреваемые лобовые стекла
фонаря кабины экипажа состоят из
наружного и внутреннего стекол, между
которыми помещается либо токопроводящий
прозрачный слой, либо большое количество
константановых проволок диаметром 0,03
мм, натянутых параллельными рядами. Там
же помещают датчики температуры,
обеспечивающие автоматическое
регулирование температуры в пределах
30-40 °С.
И
сточником
тепла воздушно-тепловой системы является
воздух, отбираемый от компрессоров
двигателей (рис. 11.3, 11.4).
К достоинствам
такой системы относятся простота
конструкции и использование чистого
воздуха, исключающего коррозию
трубопроводов и элементов конструкции
самолёта.
Электроиндукционная
(механическая) противообледенительная
система обеспечивает удаление льда с
помощью упругих колебаний обшивки.
Колебания возбуждаются индуктором под
действием периодических электрических
импульсов. Эта система эффективна,
экономична, проста и легка, исключает
образование барьерного льда (не
подплавляет его, а сбрасывает сухим)
(рис. 11.5).
Рис.
11.5. Схема электроимпульсной ПОС крыла
и оперения:
1 – предкрылок; 2 – индукторы;
3 – стабилизатор (киль); 4 – блок
конденсаторов
Противообледенительные
системы могут включаться либо вручную,
либо автоматически от сигнализатора
обледенения.
К
числу требований, предъявляемых к
противообледенительным
системам,
относятся такие:
Для
защиты силовых установок от обледенения
наибольшее распространение получили
тепловые системы. В зависимости от
источников энергии они подразделяются
на воздушно-тепловые и электротепловые.
В первых используют тепловую энергию
воздуха, отбираемого от компрессора
двигателя. Чем выше температура и
давление воздуха за компрессором, тем
эффективнее работают эти системы. В
случае небольшого расхода воздуха через
двигатель (ПД, ТВД) горячий воздух может
быть получен при помощи теплообменников,
обогреваемых выходящими газами.
Противообледенительные
системы могут быть постоянного действия
и циклические. Системы постоянного
действия не допускают образования льда
па защищаемых поверхностях. Они
применяются для предохранения от
обледенения воздухозаборников двигателей
и деталей, расположенных в воздухозаборном
канале, скопление льда на которых и
последующее его удаление может нарушить
нормальную работу двигателя или вызвать
его повреждение. Системы циклического
действия периодически сбрасывают
образующийся на защищаемых поверхностях
слой льда.
Для
обеспечения эффективной работы
противообледенителной системы в нее
необходимо подвести такое количество
тепла, которое в наиболее тяжелых
метеорологических условиях (с максимально
возможным значением водности воздуха
при данной температуре) достаточно,
чтобы попавшая на обогреваемую поверхность
переохлажденная вода поддерживалась
в жидком состоянии, кристаллы льда или
снег превращались в воду, а вода уносилась
набегающим потоком воздуха.
Потребный
тепловой поток для системы постоянного
обогрева может быть определен из
уравнения теплового баланса для
поверхности, подвергающейся обледенению.
Пренебрегая второстепенными членами
(потоком тепла, отбираемым от поверхности
вследствие излучения и теплопроводности),
уравнение теплового баланса для
установившегося процесса можно записать
в виде:
—
поток тепла, подводимый к поверхности
от противообледенитель ной системы;
—
поток тепла, отбираемый от поверхности
в результата конвективного теплообмена;
—
тепловой поток, отбираемый от поверхности
и идущий на нагрев оседающих на ней
капель воды до температуры поверхности;
—
тепловой поток, отбираемый от поверхности
в результате испарения осевших на нее
капель воды;
—
тепловой поток, подводимый к поверхности
за счет аэродинамического нагрева.
Заменяя
Q
для
каждого члена уравнения удельным
тепловым потоком q,
т.
е. количеством тепла, проходящим через
единицу поверхности в единицу времени,
получим:
Определим
каждое из слагаемых этого уравнения.
По формуле Ньютона:
—
температура поверхности,
Так
как защищаемые от обледенения детали
двигателя выполнены в виде плавных
аэродинамических профилей, то средний
коэффициент теплоотдачи для них может
быть рассчитан по формуле:
Для
конуса в пределах длины
Расчет
местных коэффициентов теплоотдачи для
лопастей воздушных винтов производится
по следующим формулам.
Для
передней кромки и на остальной поверхности
профиля соответственно:
касательная скорость; r—расстояние
от оси вращения до рассматриваемого
участка лопасти, n
— скорость вращения.
Приведенные
выше формулы могут быть использованы
для расчета
любых
аэродинамических профилей при турбулентном
течении в пограничном слое.
Удельный
тепловой поток, необходимый для нагрева
воды, попадающей на защищаемую поверхность:
С
учетом коэффициента оседания капель
При
проектировании противообледенительной
системы принимают условия по водности,
при соответствующей температуре
окружающего воздуха. В условиях
кратковременного обледенения
(протяженность
зон 5—10 км)
системы
должны обеспечивать защиту от обледенения
при значениях водности в 1,7 раза больших.
При расчете противообледенительных
систем двигателей скорость воздушного
потока может быть определена по расходу
воздуха из соотношения:
,
используя таблицы газодинамических
функций, находят значения коэффициента
скорости
,
а затем скорость воздушного потока во
входном канале:
Удельный
тепловой поток, необходимый для испарения
попавшей на обогреваемую поверхность
воды:
,
где
-скрытая
теплота парообразования;
-—
упругость водяных паров при температуре,
Удельный
тепловой поток, подводимый к поверхности
в результате аэродинамического нагрева:
Для
приближенных расчетов при небольших
скоростях полета, когда аэродинамический
нагрев поверхности незначительный
(наиболее тяжелые условия работы
противообледенительных систем), без
учета тепла, необходимого для нагрева
воды:
коэффициент
Харди, учитывающий увеличение плотности
суммарного теплового потока относительно
плотности потока конвективной теплоотдачи.
Расчет
тепловой противообледенитель ной
системы непрерывного действия (системы
предупреждения обледенения) проводится
на заданный температурный перепад,
который определяется разностью между
температурами обогреваемой поверхности
и наружного воздуха при полете вне
облаков. Исследования показали, что
требуемый перепад для применяемых в
настоящее время авиационных профилей
должен составлять у земли не менее 50°
С.
можно определить потребный расход
воздуха через тепловую камеру или
мощность источников электрической
энергии. Для воздушно-тепловой системы
расход воздуха равен:
-защищаемая
от обледенения поверхность;
Так
как коэффициент использования тепла в
системе противообледенения:
,
то выражение для расхода воздуха можно
записать:
Задаваясь
температурой горячего воздуха на входе
в тепловую камеру и расчетной температурой
поверхности (обычно принимают, что
С
увеличением скорости полета до
условия работы тепловых противообледенительных
систем ухудшаются, а тепловой поток,
необходимый для борьбы с обледенением,
возрастает. Это вызвано тем, что в
указанном диапазоне скоростей увеличение
скорости полета ведет к повышению
коэффициента теплоотдачи, тогда как
рост температуры поверхности за счет
аэродинамического нагрева незначителен.
При дальнейшем повышении скорости
полета аэродинамический нагрев
поверхности способствует улучшению
условий работы противообледенительных
систем. При скоростях полета 600—700 км/ч
и
температуре окружающего воздуха минус
15° С и ниже аэродинамический нагрев не
обеспечивает защиту летательного
аппарата от обледенения, однако он может
быть использован как дополнительный
источник тепла.
При
сверхзвуковых скоростях полета за счет
аэродинамического нагрева опасность
обледенения силовых установок практически
исключается. Однако это не значит, что
противообледенительная защита для
сверхзвуковых самолетов не требуется.
Взлет, набор высоты, снижение и заход
на посадку этих самолетов связаны с
такими скоростями, на которых вероятность
обледенения так же велика, как и для
дозвуковых самолетов. Поэтому, каким
бы кратковременным не был полет
сверхзвукового самолета на малых
скоростях, для него необходима
противообледенительная система.
Одноступенчатая противообледенительная процедура.
Одноступенчатая
процедура удаления обледенения и защиты
предусматривает облив подогретой смесью
жидкости с водой для удаления обледенения.
Жидкость,
используемая для удаления обледенения
с поверхностей ВС, задерживается на ней
и защищает от дальнейшего образования
льда, слякоти, снега и инея. Концентрация
жидкости выбирается исходя из требуемого
времени защитного действия, температуры
наружного воздуха и крыла ВС, погодных
условий.
Внимание:
Температура обшивки крыла может быть
ниже температуры окружающего воздуха.
В этом случае может потребоваться
применение смеси жидкости с большей
концентрацией гликоля для гарантии
достаточного запаса температуры
замерзания смеси.
Примечание: Если
время защитного действия является
критическим, противообледенительные
процедуры всегда должны проводиться в
два этапа с использованием неразбавленной
жидкости Тип II или Тип IV на втором этапе.
В
случае, если для одноступенчатой
процедуры используются жидкости Тип
II, III или IV, необходимо проводить
соответствующие проверки и ввести
программы по очистке. Всегда, когда
возможно, применяйте ПОЖ Тип I как для
удаления обледенения, так и для
антиобледенительной защиты.
Внимание! Температура
смеси ПОЖ на выходе из форсунки при
одноступенчатой обработке должна быть
не
менее 60°С
и не
более 82°С.
Двухступенчатая противообледенительная процедура.
Первый
этап
в двухэтапной процедуре предусматривает
применение нагретой противообледенительной
жидкости Тип I или горячей воды.
Концентрация жидкости Тип I выбирается
исходя из температуры наружного воздуха.
Внимание:
Применение горячей воды на первом этапе
двухэтапной обработки возможно при
температуре наружного воздуха не
ниже -3°С.
Внимание:
Второй этап обработки должен быть
произведен до того, как жидкость,
нанесённая на первом этапе, замерзнет
(обычно не более 3 минут). В случае
необходимости (большая поверхность
крыла) первый и второй этапы обработки
могут производиться участками по
очереди.
Второй
этап
обработки должен проводиться способом,
обеспечивающим полное покрытие и
вытеснение жидкости, нанесенной на
первом этапе, и обеспечивающим нанесение
достаточного количества жидкости.
После
удаления обледенения (первый
этап),
последующее нанесение антиобледенительной
жидкости (второй
этап)
должно защитить обработанные поверхности
от обледенения.
Второй
этап
двухэтапной обработки производится
антиобледенительной жидкостью Тип
II
или IV.
Для этого рекомендуется использовать
не подогретую и не разбавленную жидкость.
Однако, если время защитного действия
является некритичным, на втором этапе
допускается применения горячей смеси
жидкости Тип I с водой. При этом концентрация
жидкости Тип I в смеси с водой выбирается
в зависимости от температуры наружного
воздуха.
Внимание: В
случае замерзания жидкости в процессе
проведения обработки, необходимо
повторить как первый, так и второй этап
обработки.
Обязанности и ответственность должностных лиц наземного персонала и экипажа вс.
В условиях
вероятности возникновения наземного
обледенения ВС должност- ные лица
инженерно – технического персонала и
лица экипажа ВС обязаны выпол- нить ряд
предусмотренных руководящими документами
действий для обеспечения безопасности
при выполнении полета.
