Введение

Атмосферные условия, способные привести к образованию льда на поверхностях воздушных судов.

В авиации обледенение – это атмосферные условия, которые могут привести к образованию водяного льда на воздушном судне. Нарост и накопление льда могут влиять на внешние поверхности воздушного судна – в этом случае это называется обледенением планера – или на двигатель, вызывая обледенение карбюратора, обледенение воздухозаборника или, в более общем смысле, обледенение двигателя. Эти явления могут возникать как одновременно, так и по отдельности. Как обледенение планера, так и обледенение двигателя стали причиной многочисленных смертельных авиакатастроф в истории авиации. Не все воздушные суда, особенно воздушные суда общей авиации, сертифицированы для полетов в известных условиях обледенения (FIKI) – то есть для полетов в районы, где обледенение считается достоверным или вероятным, исходя из сообщений пилотов, наблюдений и прогнозов. Для получения сертификата FIKI воздушное судно должно быть оснащено соответствующими системами защиты от обледенения для предотвращения аварий, вызванных обледенением.

Определение

Ледяные условия возникают, когда воздух содержит капли переохлажденной жидкой воды. Они замерзают при контакте с потенциальным центром кристаллизации, которым в данном случае являются части самолета, вызывая обледенение. Ледяные условия характеризуются количественно средним размером капель, содержанием жидкой воды и температурой воздуха. Эти параметры влияют на степень, тип и скорость образования льда на самолете. Федеральные авиационные правила содержат определение ледяных условий, в которых некоторые воздушные суда сертифицированы для полетов. Так называемые условия SLD, или переохлажденных крупных капель, превышают эту спецификацию и представляют особую опасность для самолетов, которой необходимо избегать всем воздушным судам. В качественном выражении, пилотские сообщения об обледенении описывают его влияние на самолет и зависят от его характеристик. В результате, разные самолеты могут сообщать об одинаковых количественных условиях как об обледенении разной интенсивности. Для определения наличия ледяных условий часто используются датчики обледенения.

Типы конструктивного льда

Чистый лёд часто прозрачен и гладкий. Переохлаждённые капли воды, или гололёд, ударяются о поверхность, но не замерзают мгновенно. Часто формируются "рога" или выступы, которые направлены в поток воздуха, сглаживая его. Этот вид льда также называют глазурью. Иней – это шероховатый и непрозрачный лёд, образующийся при быстром замерзании переохлаждённых капель при ударе. Он формируется преимущественно вдоль точки застоя аэродинамического профиля и обычно повторяет его форму. Смешанный лёд – это комбинация чистого и инейного льда, сочетающая в себе свойства обоих видов. Морозный лёд образуется в результате замерзания воды на незащищённых поверхностях самолёта, когда он находится на земле, до начала полёта. Это может быть опасно при попытке взлёта, так как нарушает обтекание аэродинамического профиля в пограничном слое, вызывая преждевременную потерю подъёмной силы и, в некоторых случаях, резкое увеличение сопротивления, делая взлёт опасным или невозможным, что может привести к аварии. Лёд SLD (Supercooled Large Droplet) образуется в условиях переохлаждённых крупных капель. Он похож на чистый лёд, но из-за большего размера капель распространяется на незащищённые части самолёта и образует более крупные формы льда быстрее, чем при обычных условиях обледенения, от которых большинство самолётов недостаточно защищены. Это было одним из факторов, приведших к катастрофе рейса 4184 авиакомпании American Eagle.

Влияние

Крыло обычно свалится при меньшем угле атаки, и, следовательно, при большей скорости, если на нем образовался лед. Даже небольшое количество льда оказывает влияние, и даже шероховатый лед может оказать значительное воздействие. Поэтому рекомендуется увеличить скорость захода на посадку, если лед остается на крыльях. Величина увеличения зависит как от типа воздушного судна, так и от количества льда. Характеристики сваливания воздушного судна с крыльями, покрытыми льдом, ухудшаются, и серьезные проблемы с управлением креном не являются редкостью. Наледь может быть асимметричной на обоих крыльях, что требует корректировки. Кроме того, внешняя часть крыла, которая обычно тоньше и лучше собирает лед, может свалиться первой, а не последней.

Замерзание на беспилотных летательных аппаратах

Беспилотные летательные аппараты – это развивающаяся технология с широким спектром коммерческих и военных применений. Обледенение в полете возникает во время полета в переохлажденных облаках или в замерзающих осадках и представляет собой потенциальную опасность для всех воздушных судов. Обледенение БПЛА в полете накладывает существенное ограничение на диапазон рабочих характеристик. Беспилотные летательные аппараты более чувствительны и подвержены обледенению по сравнению с пилотируемыми воздушными судами. Основные различия между БПЛА и пилотируемыми самолетами в отношении обледенения заключаются в следующем:

Размер и вес: Малые самолеты накапливают лед быстрее и больше льда на единицу площади, чем большие самолеты. БПЛА обычно меньше пилотируемых самолетов и, следовательно, более чувствительны к обледенению. Кроме того, дополнительная масса от намерзания льда может быстро негативно сказаться на БПЛА с жесткими ограничениями по весу. Скорость полета: Высокие скорости полета приводят к нагреву крыльев или винтов воздушного судна, что может в некоторой степени противодействовать обледенению. БПЛА летают с более низкими скоростями, чем пилотируемые самолеты, и не получают той же степени нагрева. Поэтому обледенение БПЛА может происходить в более широком диапазоне температур, чем на пилотируемых самолетах. Ламинарный поток: Число Рейнольдса для БПЛА примерно на порядок величины меньше, чем для пилотируемых самолетов. Это приводит к тому, что БПЛА работают в режимах потока, где эффекты ламинарного потока более выражены, чем эффекты турбулентного потока. Поскольку ламинарный поток легче нарушить, чем турбулентный, негативные последствия обледенения более значительны. Тип: БПЛА с роторным крылом, как правило, более чувствительны к обледенению, чем БПЛА с неподвижным крылом. Части БПЛА, наиболее подверженные обледенению, – это датчик воздушной скорости, передняя кромка аэродинамических поверхностей, роторы и винты. Обледенение БПЛА – это глобальное явление, и условия обледенения на рабочей высоте могут возникать круглый год по всему миру. Однако риск обледенения особенно велик в субарктических, арктических и антарктических регионах. Например, в значительной части Северной Европы условия обледенения присутствуют от 35% до более чем 80% времени с сентября по май.