Prezentujemy 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.
|
Prezentujemy 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).
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:
W związku ze wzrostem oporu oraz spadkiem siły nośnej kolejnymi konsekwencjami są:
Masa i wyważenie
Przyrządy pokładowe
Lód może zablokować przewody doprowadzające ciśnienie, powodując błędne wskazania ciśnieniowych przyrządów pilotażowych (wysokościomierz, prędkościomierz, wariometr, wskaźnik liczby Macha).
Ogólne
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:
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.
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.
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.
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.
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).
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:
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.
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:
Oprac. Mateusz Kowalski
Aktualności lotnicze |
