bef4c28f219072158ae884fc5ad70188Prezentujemy Państwu kolejny materiał z cyklu Niebezpieczeństwa w locie. Dziś jest to druga część dotycząca oblodzenia płatowca. Tę cześć poświęciliśmy skutkom oblodzenia samolotu oraz sposobom jego zapobiegania, czyli systemom przeciwoblodzeniowym.

 

 

 

 

Skutki oblodzenia płatowca

 

Oblodzenie płatowca niesie ze sobą wiele niekorzystnych skutków, których zignorowanie może doprowadzić do sytuacji niebezpiecznych. Konsekwencje wystąpienia oblodzenia płatowca można podzielić na kilka grup:

 

Aerodynamika


Oblodzenie płatowca w znaczącym stopniu zaburza swobodny przepływ powietrza wokół skrzydła. Zmiana kształtu profilu oraz chropowatości jego oblodzonej powierzchni powodują, że strugi powietrza „odrywają się” od płata przy mniejszych kątach natarcia. Ponadto maleje również siła nośna, która może być generowana przez skrzydło na danym kącie natarcia.

W związku z powyższym zarówno maksymalna siła nośna, jak i maksymalny (krytyczny) kąt natarcia znacząco maleją (patrz rysunek).

 

 

 

icevsaoa

Wpływ oblodzenia/oszronienia na charakterystyki profilu skrzydła

 

 

Oblodzenie ma także duży wpływ na wielkość oporu całkowitego samolotu. Na opór całkowity składają się między innymi opór kształtu oraz opór indukowany:

 

  • Wzrost oporu kształtu związany jest ze zmianą kształtu oblodzonego profilu. Skrzydło z warstwą lodu generować będzie większy opór kształtu niż skrzydło czyste.
  • Opór indukowany związany jest z powstawaniem siły nośnej na skrzydle. Siła nośna wzrasta wraz z kątem natarcia. Wobec tego opór indukowany również odpowiednio rośnie. W związku z tym, że oblodzone skrzydło, aby wygenerować wymaganą wartość siły nośnej, musi lecieć na większych (niż skrzydło czyste) kątach natarcia, towarzyszyć temu musi również większy opór indukowany.

 

W związku ze wzrostem oporu oraz spadkiem siły nośnej kolejnymi konsekwencjami są:


  • wzrost prędkości przeciągnięcia
  • spadek maksymalnej prędkości wznoszenia
  • spadek maksymalnego pułapu lotu
  • wzrost spalania paliwa

 

Masa i wyważenie


  • wzrost masy samolotu spowodowany lodem odkładającym się na jego powierzchniach
  • spadek stateczności ze względu na nierównomierny rozkład lodu wzdłuż powierzchni profilu skrzydła
  • zmiana położenia środka ciężkości samolotu

 

 

Przyrządy pokładowe

 

Lód może zablokować przewody doprowadzające ciśnienie, powodując błędne wskazania ciśnieniowych przyrządów pilotażowych (wysokościomierz, prędkościomierz, wariometr, wskaźnik liczby Macha).

 

 

Ogólne


  • Oblodzenie szyb, wiatrochronów. Może doprowadzić do utraty widoczności przestrzeni przed samolotem
  • Zamarzanie drzwi podwozia. Może dojść do sytuacji, że goleń podwozia nie wysunie się do lądowania
  • Zakłócenia elektrostatyczne w radiostacji oraz urządzeniach radionawigacyjnych, spowodowane obecnością lodu na antenach

 

 

Instalacje przeciwoblodzeniowe

 

W celu uchronienia załóg statków powietrznych przed trudnymi konsekwencjami oblodzenia płatowca, powstało wiele systemów wspomagających, mających na celu wykrycie, zapobieganie oraz usuwanie oblodzenia z powierzchni płatowca.

 

W technice lotniczej istnieją dwa, zbliżone brzmieniem, pojęcia. Systemy przeciwoblodzeniowe (ang. anti-icing) oraz systemy odladzania (ang. de-icing). Pomiędzy tymi dwoma systemami istnieje jedna zasadnicza różnica:

  • Systemy przeciwoblodzeniowe (anti-icing) mają za zadanie uniemożliwić powstawanie warstwy lodu na powierzchniach płatowca
  • Systemy odladzania (de-icing) mają za zadanie usunięcie warstwy lodu z krytycznych powierzchni płatowca

 

 

Aby uświadomić załogę statku powietrznego o istniejących warunkach oblodzenia, powstało wiele systemów detekcji. Pomagają one we wczesnym wykryciu oblodzenia płatowca oraz jego zapobieganiu. Istnieje wiele systemów detekcji, opierających zasadę swego działania na różnych zjawiskach fizycznych. Najczęściej spotykane opisane są poniżej.

 

Systemy detekcji oblodzenia

 

1. Głowice detekcyjne


Detektor lodu Teddington’a – wizualna metoda wykrywania oblodzenia

 

Jest to niewielki pręt o przekroju poprzecznym w kształcie profilu lotniczego. Znajduje się on na zewnątrz kabiny w miejscu widocznym dla pilota. U podstawy detektora znajduje się lampka podświetlająca, którą można włączać z kokpitu. Podczas lotu w warunkach oblodzenia na detektorze odkłada się warstwa lodu (analogicznie jak na skrzydle). Pilot widząc warstwę lodu na detektorze wie, że znajduje się w warunkach oblodzenia. Pręt jest podgrzewany (włącznik w kabinie) w celu usunięcia powstałej warstwy lodu.

 

 

teddington

Detektor Teddington’a

 

 

Sonda Smith’a – ciśnieniowa metoda wykrywania oblodzenia

 

Sonda Smith’a to rurka o przekroju kołowym z otworami na jednym z jej końców. Sonda znajduje się na zewnątrz (jest wystawiona na opływ powietrza). Powstające oblodzenie powoduje zablokowanie otworów znajdujących się w czołowej części rurki (otwory, na które naciera napływające powietrze). Powoduje to powstanie podciśnienia w otworach znajdujących się po przeciwnej stronie (otwory po stronie „spływu” strug powietrza z rurki). Wówczas czujnik podciśnienia przesyła informację do układu sygnalizacji oblodzenia w kokpicie.

 

 

smith

Detektor Smith’a

2. Detektory mechaniczne

 

Elektryczny Detektor Angielski (typu „Napier”)


W urządzeniu tym znajduje się niewielki wał, który wprawiany jest w obrót poprzez silnik elektryczny. W niewielkiej odległości od wału (około 0.5 mm) znajduje się ostrze ścinające (nie poruszające się). Całość zamontowana jest w kadłubie samolotu w taki sposób, aby wał ustawiony był pod kątem prostym do napływu powietrza. W normalnych warunkach lotu do napędzania wału potrzebny jest stosunkowo niewielki moment obrotowy. W chwili powstawania oblodzenia lód odkłada się na wirującym wale. Gdy warstwa lodu będzie odpowiednio gruba, stacjonarne ostrze zacznie ścinać lód z wału. W tej sytuacji wymagany będzie większy moment obrotowy od silnika. W wyniku reakcji obudowa silnika elektrycznego ulega niewielkiemu obrotowi (ze względu na sprężyste zamocowanie) zwierając mikroprzełącznik. Sygnał elektryczny z mikroprzełącznika wędruje bezpośrednio do układu sygnalizacji w kabinie.

 

 

napier

Detektor typu Napier

 

Detektor lodu typu Rosemount


To urządzenie składa się z krótkiego cylindrycznego pręta zamocowanego na wprowadzanej w drgania obudowie. Częstotliwość oscylacji układu wynosi około 35 kHz. Układ znajduje się na zewnątrz samolotu i jest ustawiony w przepływie powietrza. Odkładający się na pręcie lód powoduje zwiększenie jego masy. W związku z tym maleje częstotliwość drgań całego układu. Gdy spadnie ona poniżej określonej wartości, znajdujący się wewnątrz obudowy układ pomiaru częstotliwości wysyła sygnał do systemu sygnalizacji oblodzenia w kabinie.

 

 

rosemount

Detektor typu Rosemount

 

Systemy odladzania (ang. de-icing)

 

1. Odladzanie mechaniczne

 

Mechaniczne systemy odladzania (zwane również pneumatycznymi) stosowane są najczęściej na samolotach z napędem tłokowym (np. Piper PA-34 Seneca) oraz niektórych samolotach z napędem turbośmigłowym (np. ATR-42).

Ich podstawowym komponentem są gumowe elementy krawędzi natarcia skrzydeł (tzw. ang. boots). Ich konstrukcja pozwala na pompowanie sprężonego powietrza do ich wnętrza, co powoduje chwilowe „uwypuklenie” powierzchni krawędzi natarcia. W ten sposób kruszą one lód, który znajduje się na krawędziach natarcia i powodują jego odpadanie. Gumowe pasy mogą być ustawione zarówno w poprzek, jak i wzdłuż krawędzi natarcia skrzydła (lub stateczników).

 

 

boots

Gumowe elementy systemu odladzania krawędzi natarcia (ang. boots)

 

2. Odladzanie śmigła


Jak wspomniano wcześniej, na oblodzenie narażone są również śmigła samolotu. Warstwa lodu zmniejsza sprawność śmigła, maksymalny ciąg oraz powoduje niewyważenie masowe, prowadzące do wibracji i w rezultacie do poważnych uszkodzeń.

By temu zapobiec stosowany jest elektryczny system podgrzewający łopaty śmigła w jego najbardziej narażonych sekcjach. Zasada działania systemu polega na cyklicznym ogrzewaniu poszczególnych sekcji śmigła naprzemiennie.

 

 

Systemy przeciwoblodzeniowe (ang. anti-icing)

 

1. Cieplne systemy przeciwoblodzeniowe

 

Ogrzewanie ciepłym powietrzem

Systemy ogrzewania płatowca ciepłym powietrzem są najczęściej spotykanymi układami w samolotach z napędem turbinowym oraz odrzutowym. Stosowane są do podgrzewania wszystkich najbardziej narażonych elementów płatowca, takich jak: krawędzie natarcia skrzydeł oraz stateczników, slotów oraz wlotów do silników.

 

Ciepłe powietrze uzyskiwane może być w dwojaki sposób:

 

  • pobór powietrza z jednej ze sprężarek, znajdujących się w silniku turbinowym lub odrzutowym
  • ogrzewanie powietrza z otoczenia w wymienniku ciepła z wykorzystaniem gorących gazów spalinowych

 

Wewnątrz wszystkich ogrzewanych elementów płatowca poprowadzone są kanały, którymi przepływa ciepłe powietrze. Zadaniem tych systemów jest podgrzanie chronionych elementów do takiej temperatury, w jakiej oblodzenie nie będzie mogło się wytworzyć na ich powierzchniach.

 

 

thermalheating

Elementy płatowca ogrzewane za pomocą ciepłego powietrza

 

Elektryczny system ogrzewania


W systemie tym wykorzystywany jest prąd elektryczny do podgrzewania narażonych na oblodzenie elementów płatowca. Do zasilania elementów grzewczych (rezystancyjnych) wykorzystywany jest przeważnie trójfazowy prąd zmienny. Rozwiązanie to najczęściej stosowane jest do ogrzewania stosunkowo niewielkich powierzchni (najczęściej wloty do silników turbinowych). Jednakże w mniejszych samolotach system taki stosuje się także do podgrzewania krawędzi natarcia skrzydeł oraz stateczników.

 

2. Płyny przeciwoblodzeniowe


W celu uniknięcia oblodzenia płatowca stosowane są również specjalne płyny, których zadaniem jest uniemożliwienie powstania lodu na pokrytych nimi powierzchniach. Warunkiem skuteczności tej metody jest konieczność pokrycia płynem chronionej powierzchni przed zaistnieniem warunków oblodzenia.

Płyny przeciwoblodzeniowe stosuje się zarówno na ziemi (przed startem) oraz w powietrzu (przed wejściem w warunki oblodzenia). Na ziemi specjalny płyn nakładany jest poprzez spryskiwanie powierzchni samolotu przy użyciu urządzeń naziemnych.

W powietrzu natomiast płyn (często glikol) dostarczany jest na chronioną powierzchnię za pomocą dysz o niewielkiej średnicy, znajdujących się na krawędziach natarcia samolotu.

Zasadniczą wadą tej metody jest zużywalność płynu, czyli w znacznym stopniu ograniczony czas przebywania w warunkach oblodzenia.

 

3. Pozostałe systemy


Do pozostałych systemów instalacji przeciwoblodzeniowych należy zaliczyć:

  • podgrzewanie rurki Pitote’a (zasilającej ciśnieniowe przyrządy pilotażowe)
  • podgrzewanie szyb samolotu

 

 

Oprac. Mateusz Kowalski