Warunki oblodzenia - Icing conditions

Lód nagromadzony i częściowo usunięty ze skrzydła Beechcraft King Air

W lotnictwie , w warunkach oblodzenia są warunki atmosferyczne, które mogą prowadzić do powstawania lodu na samolocie. Oblodzenie może wpływać na zewnętrzne powierzchnie samolotu – w takim przypadku określa się je jako oblodzenie płatowca – lub na silnik , powodując oblodzenie gaźnika , wlotu powietrza lub ogólniej oblodzenie silnika . Zjawiska te niekoniecznie zachodzą razem. Oblodzenie płatowca i silnika spowodowało wiele śmiertelnych wypadków w historii lotnictwa.

Nie wszystkie statki powietrzne, a zwłaszcza samoloty lotnictwa ogólnego , są certyfikowane do lotów w stan oblodzenia (FIKI) – czyli pewne lub prawdopodobne warunki oblodzenia, oparte na raportach , obserwacjach i prognozach pilotów . Aby uzyskać certyfikat FIKI, samolot musi być wyposażony w odpowiednie systemy ochrony przed lodem .

Definicja

Warunki oblodzenia występują, gdy powietrze zawiera kropelki przechłodzonej ciekłej wody; Warunki oblodzenia charakteryzują się ilościowo średnią wielkością kropel, zawartością wody w cieczy i temperaturą powietrza. Parametry te wpływają na zasięg i prędkość, które charakteryzują powstawanie lodu na statku powietrznym. Federalne przepisy lotnicze zawierają definicję warunków oblodzenia, w których mogą latać niektóre samoloty. Tak zwane warunki SLD lub przechłodzone duże krople to takie, które przekraczają tę specyfikację i stanowią szczególne zagrożenie dla statków powietrznych.

Jakościowo raporty pilotów wskazują warunki oblodzenia pod względem ich wpływu na statek powietrzny i będą zależeć od możliwości statku powietrznego. W rezultacie różne statki powietrzne mogą zgłaszać te same warunki ilościowe jako różne poziomy oblodzenia. Detektory lodu służą do wskazywania obecności warunków oblodzenia.

Rodzaje lodu strukturalnego

Przechłodzony lód o dużych kroplach (SLD) w samolocie badawczym NASA Twin Otter

Czysty lód jest często przejrzysty i gładki. Krople przechłodzonej wody lub marznący deszcz uderzają w powierzchnię, ale nie zamarzają natychmiast. Często tworzą się „rogi” lub występy, które wystają w strumień powietrza. Ta forma lodu nazywana jest również glazurą.
Lód szronowy jest szorstki i nieprzejrzysty, utworzony przez przechłodzone krople, które szybko zamarzają przy uderzeniu. Formowanie głównie wzdłuż płata jest punktem stagnacji , zwykle jest zgodny z kształtem płata.
Lód mieszany to połączenie lodu czystego i szronowego.
Mróz lód jest wynikiem zamrażania wody niechronionej powierzchni, podczas gdy samolot jest nieruchomy. Może to być niebezpieczne podczas próby lotu, ponieważ zakłóca przepływ powietrza w warstwie granicznej płata, powodując przedwczesne przeciągnięcie aerodynamiczne, a w niektórych przypadkach dramatycznie zwiększony opór, czyniąc start niebezpiecznym lub niemożliwym.
Lód SLD odnosi się do lodu utworzonego w warunkach przechłodzonych dużych kropelek (SLD). Jest podobny do czystego lodu, ale ponieważ wielkość kropli jest duża, rozciąga się na niezabezpieczone części samolotu i tworzy większe kształty lodu, szybciej niż w normalnych warunkach oblodzenia. To był czynnik w katastrofie American Eagle Flight 4184 .

Efekt

Lodowe występy na łopacie wirnika uzyskane w tunelu aerodynamicznym w NASA Glenn Research Center

Skrzydło zwykle zatrzymuje się przy niższym kącie natarcia, a tym samym przy większej prędkości, gdy zostanie zanieczyszczone lodem. Nawet niewielkie ilości lodu będą miały wpływ, a jeśli lód jest szorstki, może to mieć duży wpływ. Dlatego wskazane jest zwiększenie prędkości podejścia, jeśli na skrzydłach pozostaje lód. Jak duży wzrost zależy zarówno od typu samolotu, jak i ilości lodu. Charakterystyki przeciągnięcia samolotu ze skrzydłami skażonymi lodem ulegną pogorszeniu, a poważne problemy z kontrolą przechyłu nie są niczym niezwykłym. Nawarstwianie się lodu może być asymetryczne między dwoma skrzydłami. Również zewnętrzna część skrzydła, która jest zwykle cieńsza i dzięki temu lepiej zbiera lód, może utknąć jako pierwsza, a nie ostatnia.

Zapobieganie i usuwanie oblodzenia

Istnieje kilka metod ograniczania zagrożeń związanych z oblodzeniem za pomocą systemów ochrony przed lodem . Pierwszym i najprostszym jest całkowite uniknięcie oblodzenia, ale w przypadku wielu lotów nie jest to praktyczne.

Jeśli lód (lub inne zanieczyszczenia) jest obecny na statku powietrznym przed startem, należy je usunąć z powierzchni krytycznych. Usunięcie może przybrać różne formy:

Środki mechaniczne, które mogą być tak proste, jak użycie miotły lub szczotki do usuwania śniegu
Zastosowanie płynu do odladzania lub nawet gorącej wody w celu usunięcia lodu, śniegu itp.
Korzystanie z ogrzewania na podczerwień do topienia i usuwania zanieczyszczeń
Umieszczanie samolotu w ogrzewanym hangarze, aż śnieg i lód stopią się
Ustawienie samolotu w kierunku Słońca, aby zmaksymalizować nagrzewanie się powierzchni pokrytej śniegiem i lodem W praktyce metoda ta ogranicza się do niewielkich zanieczyszczeń, ze względu na czas i warunki pogodowe.

Wszystkie te metody usuwają istniejące zanieczyszczenia, ale nie zapewniają praktycznej ochrony w warunkach oblodzenia. Jeśli warunki oblodzenia istnieją lub są spodziewane przed startem, stosuje się płyny zapobiegające oblodzeniu. Są one gęstsze niż płyny do odladzania i przez pewien czas są odporne na działanie śniegu i deszczu. Mają one na celu odcięcie samolotu podczas startu i nie zapewniają ochrony podczas lotu.

Odladzania rozruchu na skrzydle Dash 8 samolotów. Krawędzie są wynikiem napompowania buta powietrzem w celu pęknięcia i usunięcia nagromadzonego lodu.

W celu ochrony statku powietrznego przed oblodzeniem w locie stosuje się różne formy zapobiegania oblodzeniu lub odladzania :

Powszechnym podejściem jest kierowanie „powietrza” z silnika do kanałów wzdłuż krawędzi natarcia skrzydeł i usterzeń. Powietrze ogrzewa przednią krawędź powierzchni, która topi lub odparowuje lód w kontakcie. W samolotach z napędem turbinowym powietrze jest pobierane z sekcji sprężarki silnika. Jeśli samolot jest napędzany silnikiem tłokowym z turbodoładowaniem, powietrze może zostać usunięte z turbosprężarki.
Niektóre samoloty są wyposażone w pneumatyczne buty do odladzania, które rozpraszają nagromadzony lód na powierzchni. Systemy te wymagają mniejszej ilości powietrza z silnika, ale zwykle są mniej skuteczne niż ogrzewana powierzchnia.
Kilka samolotów wykorzystuje system płaczących skrzydeł , który ma setki małych otworów w krawędziach natarcia i na żądanie uwalnia płyn przeciwoblodzeniowy, aby zapobiec gromadzeniu się lodu.
Ogrzewanie elektryczne służy również do ochrony samolotów i komponentów (w tym śmigieł) przed oblodzeniem. Ogrzewanie może być stosowane w sposób ciągły (zwykle na małych, krytycznych elementach, takich jak czujniki statyczne Pitota i łopatki kąta natarcia) lub z przerwami, dając efekt podobny do stosowania butów do odladzania .

We wszystkich tych przypadkach chronione są zazwyczaj tylko krytyczne powierzchnie i komponenty samolotu. W szczególności zwykle chroniona jest tylko krawędź natarcia skrzydła.

Ciepło gaźnika jest doprowadzane do silników gaźnikowych, aby zapobiegać i usuwać oblodzenie. Silniki z wtryskiem paliwa nie są podatne na oblodzenie gaźnika, ale mogą cierpieć z powodu zablokowanych wlotów. W tych silnikach często dostępne jest alternatywne źródło powietrza.

Istnieje różnica między odladzaniem a zapobieganiem oblodzeniu. Odladzanie odnosi się do usuwania lodu z płatowca; zapobieganie oblodzeniu odnosi się do zapobiegania gromadzeniu się lodu na płatowcu.

Oblodzenie na bezzałogowych statkach powietrznych

Bezzałogowe statki powietrzne to nowa technologia mająca wiele zastosowań komercyjnych i wojskowych. Oblodzenie podczas lotu występuje podczas lotu w przechłodzonych chmurach lub marznących opadach i stanowi potencjalne zagrożenie dla wszystkich statków powietrznych. Oblodzenie w locie na UAV nakłada poważne ograniczenia na obwiednię operacyjną. Bezzałogowe statki powietrzne są bardziej wrażliwe i podatne na oblodzenie w porównaniu z załogowymi statkami powietrznymi.

Wypadki z oblodzeniem

Data	Wypadek
15 października 1943	American Airlines Flight 63 ( flagowy Missouri )
13 stycznia 1982	Lot Air Florida 90
12 grudnia 1985	Lot Arrow Air 1285
10 marca 1989	Lot Air Ontario 1363
22 marca 1992 r.	Lot USAair 405
31 października 1994	Lot amerykańskiego orła 4184
9 stycznia 1997	Comair Lot 3272
21 listopada 2004 r.	Lot 5210 Flight China Eastern Airlines
16 sierpnia 2005	Lot linii West Caribbean Airways 708
1 czerwca 2009	Lot Air France 447
9 stycznia 2011	Lot Iran Air 277
4 listopada 2010	Lot Aero Caribbean 883
18 maja 2011	Lot Sol Lineas Aéreas 5428
24 lipca 2014	Lot Air Algérie 5017
11 lutego 2018	Saratov Airlines Lot 703