Kuorrutus. Lentokoneiden jäätymisen voimakkuus ja sen riippuvuus eri tekijöistä Kokeellisen tutkimuksen ja numeerisen mallinnuksen rooli jäätymisongelmissa

Lentokoneiden jään voimakkuus lennon aikana(Minä mm / min) on arvioitu jään kasvunopeuden siiven etureunassa - jään kerrostumisen paksuuden mukaan ajan yksikköä kohti. Voimakkuuden suhteen ne erotetaan:

A) lievä jäätyminen - I alle 0,5 mm / min;

B) kohtalainen jäätyminen - I 0,5-1,0 mm / min;

B) voimakas jäätyminen - I yli 1,0 mm / min;

Jäätymisen vaaraa arvioitaessa voidaan käyttää jäätymisasteen käsitettä. Jääpala -aste jään kokonaislaskeuma koko lentokoneen oleskeluajan jäätymisvyöhykkeellä. Mitä pidempi lentokoneen lento on jäätymisolosuhteissa, sitä suurempi on jäätymisaste.

Jäätymisen voimakkuuteen vaikuttavien tekijöiden teoreettiseen arviointiin käytetään seuraavaa kaavaa:

Jäätymisen voimakkuus; - lentokoneen nopeus; - pilven vesipitoisuus; - kiinteä sieppauskerroin; - jäätymiskerroin; - kasvavan jään tiheys, joka vaihtelee välillä 0,6 g / cm 3 (valkoinen jää); enintään 1,0 g / cm 3 (läpinäkyvä jää);

Ilmassa tapahtuvan jäätymisen voimakkuus kasvaa pilvien vesipitoisuuden kasvaessa. Pilvien vesipitoisuuden arvot vaihtelevat laajalla alueella - tuhannesosista useisiin grammoihin kuutiometriä kohti ilmaa. Pilvien vesipitoisuutta AD: ssä ei mitata, mutta se voidaan epäsuorasti arvioida pilvien lämpötilan ja muodon perusteella. Kun pilven vesipitoisuus on 1 g / cm 3, havaitaan vakavin jäätyminen.

Edellytys lentokoneiden jäätymiselle lennon aikana on niiden pintojen negatiivinen lämpötila (5–50 astetta). Kaasuturbiinimoottorilla varustetun lentokoneen jäätyminen voi tapahtua positiivisissa ilman lämpötiloissa. (0-5 astetta C)

Kun lentokoneen nopeus kasvaa, jäätymisen voimakkuus kasvaa. Kuitenkin suurilla ilman nopeuksilla lentokone kuumenee, mikä estää jäätymisen.

Lentokoneiden jäätymisen voimakkuus on erilainen eri muodoissa.

Cumulonimbus- ja power cumulus -pilvissä ilman lämpötila on nollan alapuolella, lentokoneiden voimakas jäätyminen on lähes aina mahdollista. Nämä pilvet sisältävät suuria pisaroita, joiden halkaisija on vähintään 100 mikronia.

Kerros- ja altostratuspilvien joukossa havaitaan korkeuden kasvaessa tippojen koon ja niiden määrän pienenemistä. Voimakas jäätyminen on mahdollista lentäessäsi pilvimassan alaosassa. Massan sisäiset kerros- ja stratocumulus-pilvet ovat useimmiten vetisiä, ja niille on ominaista korkeampi vesipitoisuus. Lämpötiloissa -0 --20 näissä pilvissä havaitaan yleensä heikkoa jäätymistä; joissakin tapauksissa jäätyminen voi olla voimakasta.

Altocumulus -pilvissä lentäessä havaitaan lievää jäätymistä. Jos näiden pilvien paksuus on yli 600 metriä, niiden jäätyminen voi olla vakavaa.

Suurten jäätymisalueiden lennot ovat lentoja erityisolosuhteet... Voimakas jäätyminen on vaarallinen sääilmiö lennoille.

Merkkejä lentokoneiden vakavasta jäätymisestä ovat: nopea jään kertyminen tuulilasinpyyhkimiin, tuulilasiin; ilmoitetun nopeuden lasku 5-10 minuuttia pilviin tulon jälkeen 5-10 km / h.

(Lennossa on 5 tyyppistä jäätä: läpinäkyvä jää, mattajää, valkoinen jää, pakkanen ja pakkanen.

Läpinäkyvä jää on kaikkein jään tyypin tihein.

matta jää on karkea, kuoppainen pinta. Vääristää voimakkaasti siiven ja lentokoneen profiilia.

valkoista jäätä karkeaa jäätä, huokoisia saostumia, tarttuu löysästi lentokoneeseen ja putoaa helposti tärinän vaikutuksesta.)

Lentokoneiden jäätyminen on vaarallinen sääilmiö lennoille.
Siitä huolimatta moderni lentokone ja helikopterit on varustettu jäätymisenestojärjestelmillä, ja samalla kun varmistetaan lentoturvallisuus, on jatkuvasti otettava huomioon mahdollisuus jään kertymiseen lentokoneessa.
Jäätymisenestovälineiden oikean käytön ja jäänestosysteemien järkevän toiminnan kannalta on välttämätöntä tietää lentokoneen jäätymisprosessin ominaisuudet eri sääolosuhteissa ja eri lentotiloissa sekä luotettava ennustava tieto jäätymisen mahdollisuus. Tämän vaarallisen ennuste on erityisen tärkeä sääilmiö on tarkoitettu kevyille lentokoneille ja helikoptereille, jotka ovat vähemmän suojattuja jäätymiseltä kuin suuret lentokoneet.

Lentokoneiden jäätymisolosuhteet

Jäätyminen tapahtuu, kun pilven, sateen, tihkusateen ja joskus jäähdytettyjen pisaroiden ja märän lumen, jääkiteiden ylikuumennetut vesipisarat törmäävät lentokoneen (AC) pintaan, jonka lämpötila on negatiivinen. Lentokoneen jäätymisprosessi tapahtuu eri tekijöiden vaikutuksesta, jotka liittyvät toisaalta negatiiviseen ilman lämpötilaan lentotasolla, ylikuumentuneisiin pisaroihin tai jääkiteisiin ja mahdolliseen niiden laskeutumiseen lentokoneen pinnalle. Toisaalta jään kerrostumisprosessi johtuu jääpinnan lämpötilan tasapainosta. Näin ollen ilma -alusten jäätymisolosuhteita analysoitaessa ja ennustettaessa on otettava huomioon paitsi ilmakehän tila myös ilma -aluksen suunnitteluominaisuudet, sen nopeus ja lennon kesto.
Jäätymisvaara voidaan arvioida jään kertymisnopeuden perusteella. Nousunopeuden ominaispiirre on jäätymisen voimakkuus (mm / min) eli pinnalle kerrostuneen jään paksuus ajan yksikköä kohti. Heikko jäätyminen erottuu voimakkuudesta (1,0 mm / min).
Lentokoneiden jäätymisen voimakkuuden teoreettiseen arviointiin käytetään seuraavaa kaavaa:
missä V on lentokoneen lentonopeus, km / h; b - pilven vesipitoisuus, g / m3; E on kokonaiskerroin; β - jäätymiskerroin; Rl - jään tiheys, g / cm3.
Kun vesipitoisuus kasvaa, jäätymisen voimakkuus kasvaa. Mutta koska kaikilla tippoihin laskeutuvalla vedellä ei ole aikaa jäätyä (osa siitä puhaltaa ilmavirta ja haihtuu), otetaan käyttöön jäätymiskerroin, joka kuvaa kertyneen jään massan suhdetta vettä, joka on laskeutunut samaan aikaan samaan pintaan.
Jään kasvunopeus lentokoneen pinnan eri osissa on erilainen. Tältä osin kaavaan lisätään hiukkasten kokonaiskerroin, joka kuvastaa monien tekijöiden vaikutusta: siipiprofiili ja koko, lentonopeus, pisarakoko ja niiden jakautuminen pilvessä.
Kun lähestyt virtaviivaista ilmakalvoa, pisara altistuu hitausvoimalle, joka pyrkii pitämään sen häiriöttömän virtauksen suoralla linjalla, ja ilmaväliaineen vastavoimalla, joka estää pisaran poikkeaman ilman liikeradasta hiukkasia, jotka ympäröivät siiven ilmakalvon. Mitä suurempi pudotus, sitä suurempi sen hitausvoima ja sitä enemmän pisaraa kertyy pinnalle. Suuret pisarat ja suuret virtausnopeudet lisäävät jäätymisen voimakkuutta. On selvää, että ohuempi profiili aiheuttaa vähemmän ilmahiukkasten kaarevuutta kuin suurempi profiili. Tämän seurauksena ohuille profiileille luodaan suotuisammat olosuhteet pisaroiden kerääntymiselle ja voimakkaammalle jäätymiselle; siipien päät, tukijalat, ilmanpaineanturi jne. jäätyvät nopeammin.
Pisaran koko ja niiden jakautumisen pilvipolydispersiteetti ovat tärkeitä jäätymisen lämpöolosuhteiden arvioimiseksi. Mitä pienempi pisaran säde, sitä matalampi lämpötila se voi olla nestemäisessä tilassa. Tämä tekijä osoittautuu merkittäväksi, jos otamme huomioon lentonopeuden vaikutuksen lentokoneen pintalämpötilaan.
Kun lentonopeus ei ylitä lukua M = 0,5 vastaavia arvoja, jäätymisen voimakkuus on sitä suurempi, mitä suurempi nopeus. Lentonopeuden kasvaessa havaitaan kuitenkin pisaran laskeutumisen vähenemistä ilman puristuvuuden vaikutuksesta. Pisaroiden jäätymisolosuhteet muuttuvat myös pinnan kineettisen kuumennuksen vaikutuksesta ilmavirran hidastumisen ja puristumisen vuoksi.
Lentokoneen pinnan kineettisen lämmityksen (kuivassa ilmassa) ΔTkin.s laskemiseksi käytetään seuraavia kaavoja:
Näissä kaavoissa T on ympäröivän kuivan ilman absoluuttinen lämpötila, K; V - lentokoneen lentonopeus, m / s.
Nämä kaavat eivät kuitenkaan mahdollista arvioida oikein jään olosuhteita lennon aikana pilvissä ja ilmakehän sateessa, kun paineilman lämpötila nousee märkä-adiabaattisen lain mukaan. Tässä tapauksessa osa lämmöstä käytetään haihdutukseen. Lentäessä pilvissä ja ilmakehän sateissa kineettinen lämmitys on pienempi kuin lentäessä samalla nopeudella kuivassa ilmassa.
Kineettisen lämmityksen laskemiseksi kaikissa olosuhteissa on käytettävä kaavaa:
missä V on lentonopeus, km / h; Yа on kuiva adiabaattinen gradientti, kun lentää pilvien ulkopuolella, ja märkä adiabaattinen lämpötilagradientti, kun lentävät pilvissä.
Koska kosteusadiabaattisen gradientin riippuvuus lämpötilasta ja paineesta on monimutkainen, on suositeltavaa käyttää laskelmissa graafisia rakenteita aerologisessa kaaviossa tai käyttää taulukon tietoja, jotka riittävät karkeisiin arvioihin. Tämän taulukon tiedot viittaavat profiilin kriittiseen pisteeseen, jossa kaikki liike -energia muuttuu lämmöksi.

Siipipinnan eri osien kineettinen lämmitys ei ole sama. Suurin lämmitys on etureunassa (kriittisessä kohdassa), kun se lähestyy siiven takaosaa, lämmitys vähenee. Lentokoneen siipien ja sivuosien yksittäisten osien kineettisen lämmityksen laskeminen voidaan suorittaa kertomalla saatu ΔTkin -arvo keräyskerroimella Rv. Tämä kerroin on arvot 0,7, 0,8 tai 0,9 riippuen lentokoneen pinnan pinta -alasta. Siipien epätasaisen lämmityksen vuoksi voidaan luoda olosuhteita, joissa lämpötila on positiivinen siiven etureunassa ja lämpötila on negatiivinen muussa siivessä. Näissä olosuhteissa siiven etureunassa ei ole kuorrutusta, ja jäätä tulee muualla siivessä. Tässä tapauksessa siiven ympärillä olevan ilmavirran olosuhteet huononevat merkittävästi, sen aerodynamiikka häiriintyy, mikä voi johtaa lentokoneen vakauden menettämiseen ja luoda edellytyksen onnettomuudelle. Siksi, kun arvioidaan jääolosuhteita nopealla lennolla, kineettinen lämmitys on otettava huomioon.
Näihin tarkoituksiin voit käyttää seuraavaa kaaviota.
Täällä abskissa edustaa lentokoneen lentonopeutta, ordinaatti edustaa ympäristön ilman lämpötilaa ja kuvion kentässä olevat isoliinit vastaavat lentokoneen etuosien lämpötilaa. Laskelmien järjestys näytetään nuolilla. Lisäksi ilma -aluksen sivupintojen lämpötilan nolla -arvojen katkoviiva esitetään keskimääräisellä talteenottokertoimella kb = 0,8. Tätä linjaa voidaan käyttää arvioimaan sivupintojen jäätymismahdollisuus, kun siiven etureunan lämpötila nousee yli 0 ° C: n.
Lentokoneen pintalämpötila arvioidaan tämän korkeuden ilman lämpötilan ja aikataulun mukaisen lentonopeuden perusteella, jotta voidaan määrittää pilvien jäätymisen olosuhteet lentokoneen lentotasolla. Negatiiviset arvot lentokoneen pintalämpötilat osoittavat sen jäätymisen mahdollisuuden pilvissä; positiiviset lämpötilat eivät sisällä jäätymistä.
Pienin lentonopeus, jolla jäätyminen ei voi tapahtua, määritetään myös tästä kaaviosta siirtymällä ympäröivän ilman lämpötilan T arvosta vaakasuoraan ilma -aluksen pintalämpötilan isoliiniin ja sitten alas abskissa -akselille.
Siten jäätämisen voimakkuuteen vaikuttavien tekijöiden analyysi osoittaa, että jään laskeutumisen mahdollisuus lentokoneeseen määräytyy ensisijaisesti sääolosuhteiden ja lentonopeuden perusteella. Mäntäkoneiden jäätyminen riippuu pääasiassa sääolosuhteista, koska tällaisten lentokoneiden kineettinen lämmitys on vähäinen. Yli 600 km / h lentonopeudella jäätymistä havaitaan harvoin, tämä estetään lentokoneen pinnan kineettisellä lämmityksellä. Yliäänikoneet ovat alttiimpia jäätymiselle nousun, nousun, laskeutumisen ja lähestymisen aikana.
Kun arvioidaan lennon vaaraa jäävyöhykkeillä, on otettava huomioon vyöhykkeiden pituus ja siten lennon kesto niillä. Noin 70%: ssa tapauksista lento jäänvyöhykkeellä kestää enintään 10 minuuttia, mutta joissakin tapauksissa lennon kesto on 50-60 minuuttia. Ilman jäätymisenestoaineita lentäminen olisi mahdotonta jopa kevyessä jäätymisessä.
Jäätyminen on erityisen vaarallista helikoptereille, koska niiden potkurien lapoille kerääntyy jäätä nopeammin kuin lentokoneen pinnalle. Helikopterien jäätymistä havaitaan sekä pilvissä että sateissa (pakkasella, tihkusateella, räntäsateella). Voimakkain on helikopteripotkurien jäätyminen. Jäätymisen voimakkuus riippuu siipien pyörimisnopeudesta, profiilin paksuudesta, pilvien vesipitoisuudesta, pisaroiden koosta ja ilman lämpötilasta. Potkurien jään kertyminen on todennäköisimmin 0–10 ° C: n lämpötila -alueella.

Lentokoneiden jäätymisen ennuste

Lentokoneiden jäätymisen ennustaminen sisältää synoptisten olosuhteiden määrittämisen ja laskentamenetelmien käytön.
Jäätymiselle suotuisat synoptiset olosuhteet liittyvät ensisijaisesti etusumuuden kehittymiseen. Etupilvissä kohtalaisen ja voimakkaan jäätymisen todennäköisyys on useita kertoja suurempi kuin intramassapilvissä (vastaavasti 51% etuvyöhykkeellä ja 18% homogeenisessa ilmamassassa). Voimakkaan jäätymisen todennäköisyys etuvyöhykkeillä on keskimäärin 18%. Voimakasta jäätymistä havaitaan yleensä suhteellisen kapealla, 150-200 km leveällä nauhalla lähellä etulinjaa maanpinnalla. Aktiivisten lämpimien rintamien vyöhykkeellä havaitaan voimakasta jäätymistä 300-350 km: n päässä etulinjasta, sen toistuminen on 19%.
Intramassapilville on ominaista useampi heikon jäätymisen tapaus (82%). Pystysuuntaisen kehityksen intramassapilvissä voidaan kuitenkin havaita sekä kohtalaista että voimakasta jäätymistä.
Tutkimukset ovat osoittaneet, että jäätymistiheys on syksy-talvikaudella suurempi ja eri korkeuksilla erilainen. Joten talvella, kun lennettiin korkeintaan 3000 metrin korkeudessa, jäätymistä havaittiin yli puolessa kaikista tapauksista, ja yli 6000 metrin korkeudessa se oli vain 20%. Kesällä jopa 3000 metrin korkeuteen asti jäätyminen on hyvin harvinaista, ja yli 6000 metrin lennoilla jäätymisen toistuminen ylitti 60%. Tällaiset tilastot voidaan ottaa huomioon analysoitaessa tämän ilmailun kannalta vaarallisen ilmakehän ilmiön mahdollisuutta.
Pilvien muodostumisolosuhteiden (frontal, intramass) erojen lisäksi jäätä ennustettaessa on otettava huomioon sameuden tila ja kehitys sekä ilmamassan ominaisuudet.
Jäätymismahdollisuus pilvissä liittyy ensisijaisesti ympäristön lämpötilaan T, joka on yksi pilven vesipitoisuutta määrittävistä tekijöistä. Lisätietoja jäätymismahdollisuudesta saadaan kastepisteen T-Ta alijäämää ja advektion luonnetta pilvissä koskevista tiedoista. Jäätymisen todennäköisyys riippuen erilaisista ilman lämpötilan T ja kastepisteen alijäämän Td yhdistelmistä voidaan arvioida seuraavista tiedoista:

Jos T -arvot ovat määritetyissä rajoissa ja T -Ta -arvo on pienempi kuin vastaavat kriittiset arvot, heikko jäätyminen voidaan ennustaa neutraalin advektion tai heikon kylmän advektion alueilla (75%: n todennäköisyys) kohtalainen jäätyminen - kylmissä advektiovyöhykkeissä (80% todennäköisyys) ja kumpupilvien kehittyvillä alueilla.
Pilven vesipitoisuus ei riipu pelkästään lämpötilasta vaan myös pilvien pystysuuntaisten liikkeiden luonteesta, mikä mahdollistaa selkeyttämisen jäänvyöhykkeiden sijainnista pilvissä ja sen voimakkuudesta.
Jäätymisen ennustamiseksi pilvisen läsnäolon toteamisen jälkeen on analysoitava 0, -10 ja -20 ° C isotermien sijainti. Karttojen analysointi osoitti, että jäätymistä esiintyy useimmiten näiden isotermien välisissä pilvikerroksissa (tai saostumisessa). Jäätymisen todennäköisyys alle -20 ° C: n ilman lämpötiloissa on pieni ja enintään 10%. Nykyaikaisten lentokoneiden jäätyminen tapahtuu todennäköisesti alle -12 ° C: n lämpötiloissa. On kuitenkin huomattava, että jäätyminen ei ole poissuljettu myös alhaisissa lämpötiloissa. Jäätymistiheys kylmällä jaksolla on kaksi kertaa korkeampi kuin lämpimällä. Ennustettaessa lentokoneiden jäätymistä suihkumoottoreilla otetaan huomioon myös niiden pinnan kineettinen lämmitys yllä esitetyn kaavion mukaisesti. Jäätymisen ennustamiseksi on määritettävä ympäristön lämpötila T, joka vastaa lentokoneen pintalämpötilaa 0 ° C, kun se lentää tietyllä nopeudella V. T isotermi.
Yläilmatietojen ansiosta operatiivisessa käytännössä on mahdollista käyttää Godsken ehdottamaa suhdetta jäätymisen ennustamiseen ja kastepistevajeen yhdistämiseen jään yläpuolella olevaan kyllästymislämpötilaan Tn.l: Tn.l = -8 (T-Td ).
T -arvojen käyrä esitetään aerologisessa kaaviossa. l, joka on määritetty kymmenesosan tarkkuudella, ja erotetaan kerrokset, joissa Γ ^ Γ, l. Näissä kerroksissa ennustetaan lentokoneiden jäätymisen mahdollisuutta.
Jäätymisen voimakkuus arvioidaan seuraavien sääntöjen mukaisesti:
1) kun lämpötila T - Ta = 0 ° C, jäätyminen AB -pilvissä (pakkasen muodossa) on heikkoa tai kohtalaista;
St, Sc ja Cu (puhtaana jäänä), kohtalainen tai vahva;
2) kun T-Ta> 0 ° C, jäätyminen on epätodennäköistä puhtaan veden pilvissä, sekapilvissä se on pääasiassa heikkoa pakkasen muodossa.
Tämän menetelmän soveltaminen on suositeltavaa arvioitaessa jäätymisolosuhteita ilmakehän alemmassa kahden kilometrin kerroksessa hyvin kehittyneissä pilvijärjestelmissä, joissa on pieni kastepistevaje.
Lentokoneen jäätymisen voimakkuus aerologisten tietojen läsnä ollessa voidaan määrittää nomogrammista.


Se kuvastaa kahden käytännössä helposti määritettävän parametrin - pilvien alarajan korkeuden Hngo ja sen lämpötilan Tngo - jäätymisolosuhteiden riippuvuutta. Nopeille lentokoneille, joiden lentokoneen pintalämpötila on positiivinen, otetaan käyttöön kineettisen lämmityksen korjaus (katso yllä oleva taulukko), määritetään negatiivinen ympäristön ilman lämpötila, joka vastaa pintalämpötilaa; sitten tämän isotermin sijainnin korkeus löytyy. Saatuja tietoja käytetään Tngo- ja Nngo -arvojen sijasta.
On suositeltavaa käyttää kaaviota jäätymisen ennustamiseen vain rintamien tai korkean pystysuuntaisen paksuuden sisältävien pilvien läsnä ollessa (noin 1000 m St, Sc ja yli 600 m Ac).
Kohtalaista ja voimakasta jäätymistä ilmaistaan ​​pilvivyöhykkeellä, joka on korkeintaan 400 km leveä ennen lämmintä ja kylmää rintamaa maanpinnan lähellä ja jopa 200 km leveä lämpimän ja kylmän rintaman takana. Tämän kaavion mukaisten laskelmien perustelut ovat 80%, ja niitä voidaan lisätä ottamalla huomioon alla esitetyt pilvikehityksen merkit.
Etuosa on teroitettu, jos se sijaitsee hyvin muodostetussa pintapaineen bariaalisessa kourussa; lämpötilakontrasti etuvyöhykkeellä AT850: ssä on yli 7 ° С 600 km (toistettavuus on yli 65% tapauksista); havaitaan painehäviön eteneminen etupuolelle tai etupuolen painehäviön absoluuttisten arvojen ylittyminen painon nousun edessä.
Etuosa (ja etusumu) on epäselvä, jos pintapainekentän barinen kouru on heikosti ilmaistu, isobaarit lähestyvät suoraviivaisia; lämpötilakontrasti etuvyöhykkeellä AT850: ssä on alle 7 ° С / 600 km (toistettavuus 70% tapauksista); paineen nousu ulottuu prefrontaalialueelle tai prefrontaalisen paineen nousun absoluuttiset arvot ylittävät edessä olevan painehäviön arvot; etulinjalla esiintyy kohtalaisen voimakasta jatkuvaa pitkäaikaista sadetta.
Sameuden kehittymistä voidaan arvioida myös Т-Тd-arvojen perusteella tietyllä tasolla tai koettimessa: alijäämän pieneneminen 0-1 ° C: een osoittaa pilvien kehittymistä ja alijäämän kasvua 4: een ° С ja enemmän osoittavat eroosiota.
Objektoidakseen pilvien kehityksen merkkejä K. G. Abramovich ja I. A. Gorlach tutkivat mahdollisuutta käyttää aerologisia tietoja ja tietoja diagnostisista pystyvirroista. Tilastollisen analyysin tulokset osoittivat, että pilvien paikallista kehitystä tai eroosiota luonnehtivat hyvin edelliset 12 tunnin muutokset ennustepisteen alueella seuraavilla kolmella parametrilla: pystysuuntaiset virrat AT700, BT7OO, summat kastepisteen alijäämät AT850: ssä ja AT700: ssa sekä ilmankosteuden kokonaispitoisuus δW *. Viimeinen parametri on vesihöyryn määrä ilmapylväässä, jonka poikkileikkaus on 1 cm2. W * lasketaan ottaen huomioon vesihöyryn massaosuutta q koskevat tiedot, jotka on saatu ilmakehän radiohälytyksen tuloksista tai otettu aerologisessa kaaviossa esitetystä kastepistekäyrästä.
Kun on määritetty 12 tunnin muutokset kastepistevajeiden, kokonaiskosteuden ja pystysuuntaisten virtausten summassa, paikalliset muutokset pilvisyydessä määritetään käyttäen nomogrammia.

Laskelmien järjestys näytetään nuolilla.
On pidettävä mielessä, että paikallinen ennuste pilvien kehityksestä mahdollistaa vain jäätymisen voimakkuuden muutosten arvioinnin. Näiden tietojen käyttöä edeltäisi jääpinnan ennustaminen kerroksen etupilvissä käyttämällä seuraavia parannuksia:
1. Pilvien kehittyessä (pitämällä ne muuttumattomina) - jos putoaminen alueelle I on odotettavissa kohtalaista tai voimakasta jäätymistä, alueelle II tullessa heikko tai kohtalainen jäätyminen.
2. Jos pilvi eroosio - jos se saapuu alueelle I, ennustetaan heikkoa tai kohtalaista jäätymistä, jos se tulee alueelle II - ei jäätä tai heikkoa jään kertymistä ilma -alukseen.
Etupilvien kehityksen arvioimiseksi on myös suositeltavaa käyttää peräkkäisiä satelliittikuvia, joiden avulla voidaan tarkentaa etuanalyysia synoptisella kartalla ja määrittää etupilvijärjestelmän vaakasuuntainen laajuus ja sen muutos ajan myötä.
Voidaan tehdä johtopäätös kohtalaisen tai voimakkaan jäätymisen mahdollisuudesta intramassasijoilla pilvien muodon ennusteen perusteella ja ottaen huomioon vesipitoisuus ja jäätymisen voimakkuus lennon aikana.
On myös hyödyllistä ottaa huomioon reittilentokoneista saadut tiedot jäätymisen voimakkuudesta.
Yläilmatietojen ansiosta jäätikön alaraja voidaan määrittää käyttämällä erityistä viivainta (tai nomogrammia) (a).
Yläilmakaavion asteikon vaaka-akseli näyttää lämpötilan ja paine-asteikon pystysuora akseli ilma-aluksen lentonopeuden (km / h). Arvojen käyrä -ΔTkin piirretään, mikä kuvastaa muutosta lentokoneen pinnan kineettisessä lämmityksessä kosteassa ilmassa ja muuttuu lentonopeutta. Jäätymisvyöhykkeen alarajan määrittämiseksi viivaimen oikea reuna on yhdistettävä 0 ° C: n isotermiin aerologisessa kaaviossa, johon on piirretty T (b) -kerrostumiskäyrä. Sitten niitä siirretään annettua lentonopeutta vastaavaa isobaria pitkin vasemmalle viivaimeen piirrettyyn -ΔTkin -käyrään asti (kohta A1). Pisteestä A1 ne siirtyvät isotermiä pitkin osituskäyrän leikkauspisteeseen. Saatu piste A2 osoittaa tason (paineasteikko), jolta jäätymistä havaitaan.
Kuvassa (b) on myös esimerkki vähimmäislentonopeuden määrittämisestä, joka sulkee pois jäätymisen mahdollisuuden. Tätä varten määrätyllä lennon korkeudella piste B1 määritetään kerrostumiskäyrällä T, ja sitten ne siirretään isotermiä pitkin pisteeseen B2. Pienin lentonopeus, jolla jäätymistä ei havaita, on numeerisesti yhtä suuri kuin pisteessä B2 oleva painearvo.
Voit arvioida jäätymisen voimakkuutta ottaen huomioon ilmamassan kerrostumisen käyttämällä nomogrammia:
Vaaka -akselille (vasemmalle) nomogrammiin on merkitty lämpötila Tngo, pystyakselille (alaspäin) - jään voimakkuus / (mm / min). Vasemmassa yläkulmassa olevat käyrät ovat pystysuuntaisen lämpötilagradientin isolinjoja, oikeassa yläkulmassa olevat säteittäiset suorat viivat ovat pilvikerroksen yhtä paksuja (satoja metrejä), viistot viivat alemmassa neliössä - linjat, joilla on sama lentonopeus (km / h). (Koska sitä luetaan harvoin loppuun asti, oletetaan Pi = 5) Laskelmien järjestys näytetään nuolilla. Jäätymisen enimmäisvoimakkuuden määrittämiseksi pilvien paksuus arvioidaan käyttämällä ylempää asteikkoa, joka on merkitty ympyröiden numeroilla. Nomogrammin laskelmien perustelut ovat 85-90%.

Jäätyminen on jään kertymistä lentokoneiden ja helikoptereiden virtaviivaisiin osiin sekä voimalaitoksiin ja erikoislaitteiden ulkoisiin osiin, kun ne lentävät pilvessä, sumussa tai räntäsateessa. Jäätyminen tapahtuu, kun lennon korkeudessa ilmassa on ylijäähdytettyjä pisaroita ja lentokoneen pinnan lämpötila on negatiivinen.

Seuraavat prosessit voivat johtaa lentokoneiden jäätymiseen: - jään, lumen tai rakeiden laskeutuminen suoraan ilma -aluksen pinnalle; - pilvien tai sateen pisarat jäätyvät, kun ne joutuvat kosketuksiin ilma -aluksen pinnan kanssa; - vesihöyryn sublimaatio ilma -aluksen pinnalla. Käytännössä käytetään useita melko yksinkertaisia ​​ja tehokkaita menetelmiä jäätymisen ennustamiseen. Tärkeimmät ovat seuraavat:

Synoptinen ennustamismenetelmä. Tämä menetelmä koostuu siitä, että ennustajan käytettävissä olevien materiaalien mukaan määritetään kerrokset, joissa esiintyy sameutta ja negatiivisia ilman lämpötiloja.

Kerrokset, joissa on mahdollista jäätymistä, määritetään aerologisessa kaaviossa, ja sinä, rakas lukija, tunnet hyvin kaavion käsittelyn. Lisäksi voidaan jälleen kerran todeta, että vaarallisin jäätyminen on havaittavissa kerroksessa, jossa ilman lämpötila on 0–20 ° C, ja vakavan tai kohtalaisen jäätymisen esiintyessä vaarallisin on lämpötilan lasku 0 ... -12 ° C. Tämä menetelmä on melko yksinkertainen, ei vaadi huomattavaa aikaa laskelmien suorittamiseen ja antaa hyviä tuloksia. On epäkäytännöllistä antaa muita selityksiä sen käytöstä. Godske -menetelmä.

Tämä tšekkiläinen fyysikko ehdotti Tn.l. -arvon määrittämistä kuulostetusta datasta. - kyllästymislämpötila jään yläpuolella kaavan mukaan: Тн.л. = -8D = -8 (T - Td), (2) jossa: D - kastepistelämpötilan vaje millä tahansa tasolla. Jos käy ilmi, että kyllästymislämpötila jään yläpuolella on korkeampi kuin ympäristön lämpötila, on odotettavissa jäätymistä tällä tasolla. Jäätymisennuste tällä menetelmällä annetaan myös käyttämällä yläilmakaaviota. Jos kuulostustietojen mukaan käy ilmi, että Godske -käyrä jossakin kerroksessa on kerrostumiskäyrän oikealla puolella, tälle kerrokselle pitäisi ennustaa jäätymistä. Godske suosittelee menetelmänsä käyttöä lentokoneiden jäätymisen ennustamiseen vain 2000 metrin korkeuteen saakka.

Kuten lisäinformaatio jäätä ennustettaessa voidaan käyttää seuraavaa vakiintunutta suhdetta. Jos lämpötila -alueella 0 - 12 ° С kastepistevaje on yli 2 ° С, lämpötila -alueella -8 - - 15 ° С kastepistevaje on yli 3 ° С ja alle - 16 ° С kastepisteen alijäämä on suurempi kuin 4 ° C, jolloin yli 80%: n todennäköisyydellä jäätymistä ei havaita tällaisissa olosuhteissa. Ja tietysti tärkeä apu ennustajalle jäätymisen (ja ei vain sen) ennustamisessa on tiedot, jotka lentävät miehistöt tai lentoonlähtevät ja laskeutuvat miehistöt välittävät maahan.

Ilmaelementti…. Rajaton tila, kimmoisa ilma, syvän sininen ja lumivalkoinen pilvien puuvillavilla. Loistava:-). Kaikki tämä on läsnä siellä, yllä, itse asiassa. On kuitenkin jotain muuta, jota ei ehkä voida luokitella innostuneeksi ...

Ilmeisesti pilvet eivät ole aina lumivalkoisia, ja taivaalla on tarpeeksi harmautta ja usein kaikenlaista likaa ja märkää roskaa, kylmän (jopa hyvin :-)) lisäksi ja siksi epämiellyttävää.

Epämiellyttävä ei kuitenkaan henkilölle (kaikki on selvää hänen kanssaan :-)), vaan hänen lentokoneelleen. Luulen, että taivaan kauneus on välinpitämätön tälle koneelle, mutta kylmä ja niin sanottu ylilämpö, ​​ilmavirtojen nopeus ja vaikutus sekä lopulta kosteus sen eri ilmenemismuodoissa ovat tasossa työskennellä, ja mikä se, kuten mikä tahansa kone, ei tee työstä aina mukavaa.

Otetaan esimerkiksi tämän luettelon ensimmäinen ja viimeinen. Vettä ja kylmää. Tämän yhdistelmän johdannainen on tavallinen, hyvin tunnettu jää. Luulen, että jokainen henkilö, mukaan lukien ne, jotka eivät ole perehtyneet ilmailuasioihin, sanoo heti, että jää lentokoneelle on huono. Sekä maassa että ilmassa.

Maan päällä on kuorrutus rullaus- ja kiitotiet. Kumipyörät eivät ole ystävällisiä jään kanssa, se on selvää kaikille. Ja vaikka lentoonlähtö jäisellä kiitotiellä (tai rullaustiellä) ei ole miellyttävin toiminta (ja koko aihe keskustelua varten :-)), mutta tässä tapauksessa lentokone on ainakin tukevalla alustalla.

Ja ilmassa kaikki on hieman monimutkaisempaa. Täällä vyöhykkeellä erityistä huomiota on kaksi asiaa, jotka ovat erittäin tärkeitä kaikille lentokoneille: aerodynaaminen suorituskyky(sekä lentokoneen runko että turbojet-kompressori sekä potkurikäyttöisellä lentokoneella ja helikopterilla myös potkurin lapojen ominaisuudet) ja tietysti paino.

Mistä jää tulee ilmassa? Yleensä kaikki on melko yksinkertaista :-). Ilmakehässä on kosteutta ja negatiivisia lämpötiloja.

Ulkoisista olosuhteista riippuen jäällä voi kuitenkin olla erilainen rakenne (ja siten lujuus ja tarttuvuus lentokoneen ihoon) sekä muoto, jonka se saa laskeutuessaan rakenneosien pinnalle.

Lennon aikana jää voi näkyä purjelentokoneen pinnalla kolmella tavalla. Alusta loppuun :-) nimetään kaksi niistä vähemmän vaarallisiksi ja niin sanotusti tuottamattomiksi (käytännössä).

Ensimmäinen tyyppi on ns sublimoituminen ... Tässä tapauksessa vesihöyry sublimoituu lentokoneen ihon pinnalle, eli se muuttuu jääksi ohittaen nestefaasin (vesifaasi). Tämä tapahtuu yleensä silloin, kun ilmamassoja täynnä kosteutta kosketuksissa voimakkaasti jäähtyneiden pintojen kanssa (ilman pilviä).

Tämä on mahdollista esimerkiksi, jos pinnalla on jo jäätä (eli pintalämpötila on matala) tai jos lentokone menettää nopeasti korkeutensa siirtyessään kylmemmästä yläilmakehästä lämpimämpään alempaan kerrokseen, jolloin ihon lämpötila. Tässä tapauksessa muodostuneet jääkiteet eivät tartu tiukasti pintaan ja tulevat virtaus puhaltaa ne nopeasti pois.

Toinen tyyppi- niin kutsuttu kuiva kuorrutus ... Tämä on yksinkertaisesti sanottuna valmiiden jään, lumen tai rakeiden laskeutumista lentokoneen lennon aikana kiteisten pilvien läpi, jotka jäähdytetään niin paljon, että niissä on kosteutta jäädytettynä (eli jo muodostuneita kiteitä 🙂) ).

Tällaista jäätä ei yleensä pidetä pinnalla (puhalletaan heti pois) eikä se aiheuta haittaa (ellei tietysti tukita monimutkaisia ​​rakenteellisia toiminnallisia reikiä). Se voi jäädä koteloon, jos sen lämpötila on riittävän korkea, minkä seurauksena jääkiteellä on aikaa sulaa ja sitten jäätyä uudelleen joutuessaan kosketuksiin jo olemassa olevan jään kanssa.

Tämä on kuitenkin jo ehkä erikoistapaus toiselle, kolmas tyyppi mahdollista kuorrutus... Tämä tyyppi on yleisin ja itsessään vaarallisin hyväksikäytölle. ilma-alus... Sen ydin on pilven tai sateen sisältämien kosteuspisaroiden jäädyttäminen kotelon pinnalle ja näiden pisaroiden muodostama vesi on hypoterminen tila.

Kuten tiedät, jää on yksi aineen, tässä tapauksessa veden, kokonaistilasta. Se käy ilmi veden siirtymisestä kiinteään tilaan eli sen kiteytymiseen. Kaikki tietävät veden jäätymispisteen - 0 ° C. Tämä ei kuitenkaan ole aivan "tuo lämpötila". Tämä on ns tasapainon kiteytymislämpötila(eri tavalla teoreettinen).

Tässä lämpötilassa nestemäinen vesi ja kiinteä jää ovat tasapainossa ja voivat olla olemassa niin kauan kuin haluat.

Jotta vesi jäätyy eli kiteytyy, muodostukseen tarvitaan lisäenergiaa kiteytyskeskukset(muuten niitä kutsutaan myös alkioiksi). Itse asiassa, jotta ne kääntyisivät (spontaanisti, ilman ulkoista vaikutusta), on välttämätöntä tuoda aineen molekyylit lähemmäksi tiettyä etäisyyttä, eli voittaa joustavat voimat.

Tämä energia otetaan nesteen (meidän tapauksessamme veden) lisäjäähdytyksen, toisin sanoen sen hypotermian vuoksi. Toisin sanoen vesi on jo jäähtymässä ja lämpötila on huomattavasti alle nollan.

Nyt kiteytymiskeskusten muodostuminen ja lopulta sen muuttuminen jääksi voi tapahtua joko spontaanisti (tietyssä lämpötilassa molekyylit vuorovaikuttavat) tai veden epäpuhtauksien läsnä ollessa (jonkin verran pölytä, vuorovaikutuksessa molekyyleistä voi itsessään tulla kiteytymiskeskus) tai jonkin ulkoisen vaikutuksen, esimerkiksi sokin, vaikutuksesta (myös molekyylit ovat vuorovaikutuksessa).

Siten tiettyyn lämpötilaan jäähdytetty vesi on eräänlaisessa epävakaassa tilassa, jota muuten kutsutaan metastabiiliseksi. Tässä tilassa voi kestää riittävän kauan, kunnes lämpötila muuttuu tai ulkoisia vaikutuksia ei ole.

Esimerkiksi. Voit säilyttää astian, jossa on puhdistettua vettä (ilman epäpuhtauksia) jäädyttämättömässä tilassa jääkaapin pakastinosassa melko pitkään, mutta heti kun tätä vettä ravistellaan, se alkaa heti kiteytyä. Video näyttää tämän hyvin.

Palataan nyt teoreettisesta poikkeamasta käytäntöön. Ylijäähdytetty vesi- tämä on juuri se aine, joka voi olla pilvessä. Loppujen lopuksi pilvi on olennaisesti vesiaerosoli. Sen sisältämien vesipisaroiden koko voi olla useista mikroneista kymmeniin ja jopa satoihin mikroniin (jos pilvi on sade). Ylijäähdytetyt pisarat ovat tyypillisesti kooltaan 5–75 μm.

Mitä pienempi ylikuumennetun veden tilavuus on, sitä vaikeampi on spontaanisti muodostua kiteytymiskeskuksia. Tämä koskee suoraan pieniä vesipisaroita pilvessä. Tästä syystä niin kutsutuissa pisara-nestepilvissä, jopa riittävän alhaisessa lämpötilassa, esiintyy vettä, ei jäätä.

Nämä ylijäähdytetyt vesipisarat törmäävät lentokoneen rakenneosiin (eli kokevat ulkoisen vaikutuksen), kiteytyvät nopeasti ja muuttuvat jääksi. Lisäksi näiden jäädytettyjen tippojen päälle kerrostetaan uusia, minkä seurauksena meillä on kuorrutus puhtaimmassa muodossaan :-).

Useimmiten ylijäähdytettyjä vesipisaroita on kahdenlaisia ​​pilviä: kerrostettu ( kerrospilvi tai ST) ja kumpupilvi ( Kumpupilviä tai Cu) sekä niiden lajikkeet.

Jäätymisen todennäköisyys esiintyy keskimäärin ilman lämpötilassa 0 ° C --20 ° C, ja suurin voimakkuus saavutetaan alueella 0 ° C --10 ° C. -67 ° C.

Kuorrutus(tuloaukossa) voi esiintyä jopa + 5 ° C .. + 10 ° C lämpötilassa, toisin sanoen moottorit ovat haavoittuvampia täällä. Tätä helpottaa ilman laajentuminen (virtauksen kiihtymisen vuoksi) ilmanottokanavassa, minkä seurauksena lämpötila laskee, kosteus tiivistyy ja sen jälkeen jäätyy.

Turbosuihkumoottorin kompressorin kevyt jäätyminen.

Kompressorin kuorrutus.

Tämän seurauksena on todennäköistä, että kompressorin ja koko moottorin tehokkuus ja vakaus heikkenevät. Lisäksi jos jääpaloja osuu pyöriviin teriin, ne voivat vaurioitua.

Vahvaa jäätymistä kompressorissa (SAM146 -moottori).

Tunnettu sellainen ilmiö kuin kaasuttimen kuorrutus , jota helpottaa polttoaineen haihtuminen sen kanavissa ja yleinen jäähdytys. Samaan aikaan ulkoilman lämpötila voi olla positiivinen, jopa + 10 ° C asti. Tämä on täynnä polttoaine-ilmakanavien jäätymistä (ja siksi kaventumista), kaasuventtiilin jäätymistä ja sen liikkuvuuden heikkenemistä. vaikuttaa lopulta koko lentokoneen moottorin suorituskykyyn.

Kaasuttimen kuorrutus.

Jäänmuodostuksen nopeus (voimakkuus) voi olla erilainen ulkoisista olosuhteista riippuen. Se riippuu lentonopeudesta, ilman lämpötilasta, pisaroiden koosta ja sellaisesta parametrista kuin pilven vesipitoisuus. Tämä on veden määrä grammoina pilven tilavuusyksikköä kohti (yleensä kuutiometri).

Hydrometeorologiassa jäätymisen voimakkuus on tapana mitata millimetreinä minuutissa (mm / min). Asteikko on seuraava: lievä jäätyminen - jopa 0,5 mm / min; 0,5-1,0 mm / min - kohtalainen; 1,0 - 1,5 mm / min - vahva ja yli 1,5 mm / min - erittäin vahva kuorrutus.

On selvää, että lennon nopeuden kasvaessa jäätymisen voimakkuus kasvaa, mutta tälle on rajansa, koska riittävän suurella nopeudella sellainen tekijä kuin kineettinen lämmitys ... Vuorovaikutuksessa ilmamolekyylien kanssa lentokoneen iho voi kuumentua melko havaittaviin arvoihin.

Voit antaa joitain likimääräisiä (keskimääräisiä) laskettuja tietoja kineettisestä lämmityksestä (joskin kuivasta ilmasta :-)). Kun lentonopeus on noin 360 km / h, lämmitys on 5 ° С, nopeudella 720 km / h - 20 ° С, nopeudella 900 km / h - noin 31 ° С, nopeudella 1200 km / h - 61 ° С, nopeudella 2400 km / h - noin 240 ° C.

On kuitenkin ymmärrettävä, että nämä tiedot ovat kuivaa ilmaa (tarkemmin sanottuna pilvien ulkopuolista lentoa varten). Kun märkä, lämmitys vähenee noin puoleen. Lisäksi sivupintojen lämpöarvo on vain kaksi kolmasosaa etupintojen lämmitysarvosta.

Toisin sanoen kineettinen lämmitys tietyillä lentonopeuksilla on otettava huomioon jäätymisen mahdollisuuden arvioimiseksi, mutta todellisuudessa se on tärkeämpää nopeille lentokoneille (jossain 500 km / h). On selvää, että kun iho lämmitetään, noin kuorrutus ei ole tarpeen puhua.

Mutta yliäänikoneet eivät aina lentä suurella nopeudella. Lennon tietyissä vaiheissa he voivat olla alttiita jäänmuodostukselle, ja mielenkiintoisinta on, että he ovat tässä suhteessa haavoittuvampia.

Ja siksi :-). Yhden profiilin jäätymiskysymyksen tutkimiseksi otetaan käyttöön käsite "sieppausalue". Kun virtaat tällaisen profiilin ympärille virtauksella, joka sisältää ylikuumentuneet tipat, tämä virtaus taipuu sen ympärille profiilin kaarevuuden mukaan. Kuitenkin tässä tapauksessa pisarat, joiden massa on suurempi, hitauden seurauksena eivät voi äkillisesti muuttaa liikerataansa ja seurata virtausta. Ne törmäävät profiiliin ja jäätyvät siihen.

Sieppausalue L1 ja suojavyöhyke L.S - levitysvyöhykkeet.

Toisin sanoen jotkut pisaroista, jotka ovat riittävän kaukana profiilista, pystyvät pyöristämään sen ja jotkut eivät. Tätä vyöhykettä, jolle ylikuumennetut pisarat putoavat, kutsutaan sieppausalueeksi. Tässä tapauksessa pisaroilla on koostaan ​​riippuen kyky levitä törmäyksen jälkeen. Siksi enemmän tippuvyöhykkeet.

Tämän seurauksena saamme vyöhykkeen L, niin kutsutun "suojavyöhykkeen". Tämä on siipiprofiilin alue, joka on tavalla tai toisella suojattava jäätymiseltä. Sieppausalueen koko riippuu lentonopeudesta. Mitä korkeampi se on, sitä suurempi alue. Lisäksi sen koko kasvaa pisaroiden koon kasvaessa.

Ja mikä tärkeintä, mikä on tärkeää nopeille lentokoneille, sieppausalue on sitä suurempi, mitä ohuempi profiili. Tällaisessa profiilissa pisaran ei todellakaan tarvitse muuttaa lentomatkaa merkittävästi ja taistella hitauden kanssa. Hän voi lentää pidemmälle, mikä lisää kaappausaluetta.

Suurempi otealue ohuelle siivelle.

Tämän seurauksena ohut siipi, jossa on terävä reuna (ja tämä on suurnopeuslentokone 🙂), voi saada jopa 90% tulevan virtauksen sisältämistä pisaroista. Ja suhteellisen paksun profiilin ja jopa alhaisilla lentonopeuksilla tämä luku putoaa 15%: iin. Osoittautuu, että yliäänilentoa varten pienillä nopeuksilla suunniteltu lentokone on paljon huonommassa asemassa kuin alleäänikone.

Käytännössä suojavyöhykkeen koko ei yleensä ylitä 15% profiilin akordin pituudesta. On kuitenkin aikoja, jolloin lentokone altistuu erityisen suurille ylikuumennetuille pisaroille (yli 200 mikronia) tai joutuu ns. jäätävä sade(tipat ovat vielä suurempia).

Tässä tapauksessa suojavyöhyke voi kasvaa merkittävästi (pääasiassa tippojen leviämisen vuoksi siipiprofiilia pitkin), jopa 80% pinnasta. Lisäksi paljon riippuu profiilista itsestään (esimerkki tästä ovat vakavat lento -onnettomuudet lentokoneella) ATR -72- siitä lisää alla).

Lentokoneen rakenneosiin ilmestyvät jääkerrostumat voivat ulkonäöltään ja luonteeltaan vaihdella olosuhteista ja lentotavasta, pilvien koostumuksesta ja ilman lämpötilasta riippuen. Mahdollisia kerrostumia on kolme tyyppiä: huurre, jää ja jää.

Frost- vesihöyryn sublimoitumisen seurauksena se on hieno kiteinen rakenne. Se tarttuu huonosti pintaan, erottuu helposti ja puhaltaa virtauksen läpi.

Kuura... Muodostuu lennettäessä pilvien läpi, joiden lämpötila on paljon alhaisempi - 10 ° C.Se on karkearakeinen muodostuma. Täällä pienet pisarat jäätyvät melkein heti pinnan törmäyksen jälkeen. Tuleva virta voi tuhota sen helposti.

Itse jää... Se on kolme tyyppiä. Ensimmäinen on läpinäkyvää jäätä. Se muodostuu lennettäessä pilvien läpi ylijäähdytettyjen pisaroiden kanssa tai ylikuumentuneen sateen alla vaarallisimmalla lämpötila -alueella 0 ° C --10 ° C. . Paksuuden kasvaessa siitä tulee vaarallista.

Toinen - matta(tai sekoitettu) jäätä. Suurin osa vaarallinen laji kuorrutus. Lämpötila -6 ° C ... -10 ° C. Samaan aikaan suuret levitetyt ja pienet levittämättömät pisarat, kiteet, lumihiutaleet jäätyvät yhdeksi massaksi. Kaikella tällä massalla on karkea, kuoppainen rakenne, mikä heikentää suuresti laakeripintojen aerodynamiikkaa.

Kolmas - huokoinen valkoinen, kroppa Muodostuu alle -10 ° C: n lämpötilassa pienten pisaroiden jäätymisen seurauksena. Huokoisuutensa vuoksi se ei tartu tiukasti pintaan. Paksuuden kasvaessa siitä tulee vaarallista.

Aerodynamiikan kannalta herkin on todennäköisesti edelleen kuorrutus siiven ja hännän etureuna... Yllä kuvatusta suojavyöhykkeestä tulee haavoittuva. Tällä vyöhykkeellä kasvava jää voi muodostaa useita luonteenomaisia ​​muotoja.

Ensimmäinen- Tämä on profiilin muotoinen (tai kiilamainen)... Jää, kun se kerrostetaan, toistaa sen ilma -aluksen rakenteen osan muodon, jolla se sijaitsee. Muodostuu alle -20 ° C: n lämpötiloissa pilvissä, joissa on vähän vesipitoisuutta ja pieniä pisaroita. Se tarttuu tiukasti pintaan, mutta on yleensä vähäisessä vaarassa, koska se ei vääristä suuresti muotoaan.

Toinen muoto – uritettu... Se voidaan muodostaa kahdesta syystä. Ensinnäkin: jos siipivarren etureunan lämpötila on nollan yläpuolella (esimerkiksi kineettisen lämmityksen vuoksi) ja muilla pinnoilla se on negatiivinen. Tätä lomakkeen versiota kutsutaan myös sarven muotoiseksi.

Jäänmuodostuksen muodot profiilin varpaassa. a - profiili; b - uritettu; c - sarven muotoinen; d - välituote.

Toisin sanoen profiilin varpaiden suhteellisen korkeasta lämpötilasta johtuen kaikki vesi ei jääty, ja sarven näköiset jäämuodostumat kasvavat varren reunoja pitkin ylä- ja alareunassa. Täällä jää on karkeaa ja kuoppaista. Se muuttaa voimakkaasti ilmakalvon kaarevuutta ja vaikuttaa siten sen aerodynamiikkaan.

Toinen syy on profiilin vuorovaikutus suurien jäähdytettyjen pisaroiden kanssa (koko> 20 µm) pilvissä, joissa on paljon vesipitoisuutta suhteellisen korkeassa lämpötilassa (-5 ° C ... -8 ° C). Tässä tapauksessa pisaroilla, jotka törmäävät profiilin varpaan etureunaan, ei niiden koon vuoksi ole aikaa jäätyä heti, vaan leviävät varpaita pitkin korkeammalle ja alas ja jäätyvät siellä kerrostumalla päällekkäin.

Tuloksena on jotain kourua, jolla on korkeat reunat. Tällainen jää tarttuu tiukasti pintaan, sillä on karkea rakenne ja muodon vuoksi se muuttaa myös suuresti profiilin aerodynamiikkaa.

On myös välimuodot (sekoitettu tai kaoottinen). kuorrutus... Muodostuu suojavyöhykkeelle lentäessä sekoitettujen pilvien tai sateiden läpi. Tässä tapauksessa jään pinta voi olla kaikkein vaihtelevin ja karheampi, mikä vaikuttaa erittäin kielteisesti ilmakalvon ympärillä olevaan virtaukseen. Tämäntyyppinen jää on kuitenkin tarttunut huonosti siipien pintaan ja tuleva ilmavirta puhaltaa sen helposti.

Vaarallisimmat aerodynaamisten ominaisuuksien muutosten ja nykyisen käytännön yleisimpien jäätymistyyppien kannalta ovat kourut ja sarvimaiset.

Yleensä jään muodostumiselle alttiilla alueella kulkevan lennon aikana jäätä muodostuu yleensä lainkaan lentokoneen etupinnat... Siipi- ja takayksikön osuus on tältä osin noin 75%, ja tämä on syy useimpiin vakaviin lento -onnettomuuksiin, jotka tapahtuivat maailman ilmailun käytännössä tapahtuneesta jäätymisestä.

Suurin syy tähän on aerodynaamisten pintojen kantavuusominaisuuksien merkittävä heikkeneminen, profiilin kestävyyden lisääntyminen.

Muutokset profiilin ominaisuuksissa jäätymisen seurauksena (laatu ja nostokerroin).

Jään kertyminen edellä mainittujen sarvien, urien tai muiden jääkerrostumien muodossa voi muuttaa kokonaan siipiprofiilin tai hännän ympärillä olevaa virtauskuviota. Profiilivastus kasvaa, virtaus muuttuu myrskyisäksi, monissa paikoissa se pysähtyy, nostovoiman arvo laskee merkittävästi, arvo kriittinen hyökkäyskulma lentokoneen paino kasvaa. Jumiutuminen ja pysähtyminen voi tapahtua jopa hyvin pienillä hyökkäyskulmilla.

Esimerkki tällaisesta tapahtumien kehityksestä on American Eagle Airlinesin ilma-aluksen ATR-72-212 (rekisterinumero N401AM, lento 4184) tunnettu katastrofi, joka tapahtui Yhdysvalloissa (Roselawn, Indiana) 31. lokakuuta 1994.

Tässä tapauksessa kaksi asiaa osuivat täysin epäonnistuneesti yhteen: lentokoneen melko pitkä oleskelu odotusalueella pilvissä ja erityisen suuret jäähdytetyt vesipisarat ja ominaisuudet (tai pikemminkin haitat) aerodynamiikka ja rakenteet tämän tyyppisistä lentokoneista, mikä edistää jään kertymistä siiven yläpinnalle erityisessä muodossa (rulla tai sarvi) ja paikoissa, jotka periaatteessa (muissa lentokoneissa) eivät ole kovin alttiita tälle (tämä on juuri edellä mainitun suojavyöhykkeen merkittävän nousun tapauksessa) ...

American Eagle Airlines ATR-72-212 -lentokone (Florida, USA, helmikuu 2011). Analoginen katastrofi 31.10.1994, Roselawn, Indiana.

Miehistö käytti alusta jäätymisenestojärjestelmä sen suunnitteluominaisuudet eivät kuitenkaan vastanneet syntyvän jäätymisen olosuhteita. Tämän järjestelmän palveleman siipialueen taakse muodostui jäärulla. Lentäjillä ei ollut tietoa tästä, samoin kuin heillä ei ollut erityisiä ohjeita tämän tyyppisen lentokoneen toiminnasta tällaisella jäätymisellä. Näitä ohjeita (riittävän tarkkoja) ei yksinkertaisesti ole vielä kehitetty.

Lopulta kuorrutus valmisteli olosuhteet tapahtumalle, ja miehistön toimet (tässä tapauksessa väärin - läpien vetäytyminen hyökkäyskulman kasvun ja pienen nopeuden kanssa) olivat sysäys sen alkamiselle.

Turbulenssia ja virtauksen pysähtymistä tapahtui, lentokone putosi oikealle siivelle ja siirtyi pyörimään pitkittäisakselin ympäri, koska oikea siipi oli "imeytynyt" ylöspäin pyörre, joka muodostui virtauksen erottamisen ja turbulenssin alueella. Siiven takareuna ja siiveke.

Samaan aikaan hallintalaitteiden kuormat olivat erittäin suuret, miehistö ei voinut selviytyä autosta, tarkemmin sanottuna heillä ei ollut tarpeeksi korkeutta. Katastrofin seurauksena kaikki koneessa olleet ihmiset kuolivat - 64 ihmistä.

Voit katsoa videon tästä tapahtumasta (En ole vielä julkaissut sitä sivustolla :-)) National Geographicin venäläisessä versiossa. Mielenkiintoista!

Lento -onnettomuus lentokoneella kehittyi suunnilleen saman skenaarion mukaisesti. ATR -72-201(rekisteröintinumero VP-BYZ) Utair joka kaatui 2. huhtikuuta 2012 heti nousun jälkeen Roshchinon lentokentältä (Tjumen).

Vedä läpät sisään, kun automaattiohjaus on kytketty + hidas nopeus = lentokoneen pysähtyminen... Syy tähän oli kuorrutus siiven yläpinnalle, ja tässä tapauksessa se muodostettiin maahan. Tämä on ns maan jäätyminen.

Ennen lähtöä lentokone seisoi yöllä ulkona matalalla parkkipaikalla negatiiviset lämpötilat(0 ° C ... - 6 ° C). Tänä aikana havaittiin toistuvasti sateita sateen ja räntää. Tällaisissa olosuhteissa jään muodostuminen siipien pinnoille oli lähes väistämätöntä. Ennen lähtöä ei kuitenkaan suoritettu erityiskohtelua maan jäätymisen poistamiseksi ja jään muodostumisen estämiseksi (lennossa).

Lentokone ATR-72-201 (reg. VP-BYZ). Tämä lauta kaatui 02.04.2012 Tjumenin lähellä.

Tulos on surullinen. Lentokone reagoi aerodynaamisten ominaisuuksiensa mukaisesti siiven ympärillä tapahtuvan virtauksen muutokseen heti läppien vetämisen jälkeen. Siellä oli pilttuu, ensin toisessa siivessä, sitten toisessa, äkillinen menetys korkeudet ja törmäys maahan. Lisäksi miehistö ei todennäköisesti edes ymmärtänyt, mitä koneelle tapahtui.

Maa kuorrutus se on usein erittäin voimakasta (sääolosuhteista riippuen) ja voi peittää paitsi etureunat ja etupinnat, kuten lennon aikana, mutta myös koko siiven yläpinnan, painon ja rungon. Samaan aikaan voimakkaan tuulen pitkäaikainen suunta yhteen suuntaan voi olla epäsymmetrinen.

On tunnettuja tapauksia, joissa jää on jäätynyt pysäköinnin aikana siiven ja hännän säätimien rakoihin. Tämä voi johtaa ohjausjärjestelmän virheelliseen toimintaan, mikä on erittäin vaarallista erityisesti nousun aikana.

Mielenkiintoinen maaperän tyyppi on ”polttoainejää”. Lentokone, joka tekee pitkiä lentoja korkeita korkeuksia pitkä aika on matalien lämpötilojen alueella (-65 ° C asti). Tässä tapauksessa suuret polttoainemäärät polttoainesäiliöissä jäähdytetään voimakkaasti (-20 ° C).

Laskeutumisen jälkeen polttoaineella ei ole aikaa lämmetä nopeasti (varsinkin kun se on eristetty ilmakehästä), joten kosteus tiivistyy ihon pinnalle polttoainesäiliöiden alueella (ja tämä on usein siipipinta) ), joka sitten jäätyy alhaisen pintalämpötilan vuoksi. Tämä ilmiö voi ilmetä parkkipaikan positiivisessa ilman lämpötilassa. Samalla muodostuva jää on hyvin läpinäkyvää, ja usein se voidaan havaita vain kosketuksella.

Lähtö poistamatta maan jäätymisen jälkiä on kielletty minkä tahansa valtion ilmailussa kaikkien ohjeiden mukaisesti. Vaikka joskus haluan vain sanoa, että "lait on luotu rikkomaan niitä". Video…..

KANSSA kuorrutus kone on kytketty ja niin edelleen epämiellyttävä ilmiö, Miten aerodynaaminen "nokka" ... Sen ydin on, että lentokone on lennon aikana melko terävä ja lähes aina odottamattomasti miehistölle, laskee nenänsä ja sukeltaa. Lisäksi miehistön on melko vaikeaa selviytyä tästä ilmiöstä ja siirtää kone vaakasuoralle lennolle, joskus se on mahdotonta. Lentokone ei tottele peräsintä. Tällaiset onnettomuudet eivät olleet katastrofeja.

Tämä ilmiö esiintyy pääasiassa laskeutumisen lähestyessä, kun lentokone laskeutuu ja siipien koneistus on päällä laskeutumiskokoonpano, toisin sanoen läppiä on pidennetty (useimmiten maksimikulmaan). Ja syy siihen on stabilisaattorin kuorrutus.

Vakaaja, joka suorittaa tehtävänsä tarjota pituussuuntainen vakaus ja hallittavuus, toimii yleensä negatiivisilla hyökkäyskulmilla. Samaan aikaan se luo niin sanotusti negatiivisen nostokerroksen :-), eli aerodynaamisen voiman, joka on samanlainen kuin siiven nosto, vain alaspäin suuntautuva.

Jos se on läsnä, luodaan hetki pitchingille. Se toimii vastakohtana sukellushetki(kompensoi sen), jonka synnyttää siiven nosto, joka lisäksi läppien vapauttamisen jälkeen siirretään niiden suuntaan ja lisää sukellusmomenttia. Hetket korvataan - kone on vakaa.

TU-154M. Kaavio voimasta ja hetkistä vapautetun koneistuksen avulla. Lentokone on tasapainossa. (TU-154M: n käytännön aerodynamiikka).

On kuitenkin ymmärrettävä, että läpien laajentumisen seurauksena siiven takana olevan virtauksen kaltevuus (alaspäin) kasvaa ja vastaavasti virtauksen kaltevuus vakaajan ympärillä kasvaa, eli negatiivinen iskukulma kasvaa .

Jos samalla stabilointiaineen (pohjan) pinnalle ilmestyy jäätä (esimerkiksi sarvet tai urat, kuten edellä on käsitelty), niin profiilin kaarevuuden muutoksen vuoksi kriittinen kulma vakaajan hyökkäys voi olla hyvin pieni.

Stabilointiaineen ominaisuuksien muutos (heikkeneminen) sen jäätymisen aikana (TU-154M).

Siksi tulevan virran iskukulma (vielä enemmän läppien viisto) voi helposti ylittää jäisen stabilointiaineen kriittiset arvot. Tämän seurauksena ilmenee virtauksen pysähtyminen (pohjapinta), stabilisaattorin aerodynaaminen voima vähenee huomattavasti ja vastaavasti nousumomentti pienenee.

Tämän seurauksena lentokone laskee äkillisesti nenänsä ja sukeltaa. Ilmiö on erittäin epämiellyttävä ... Se on kuitenkin hyvin tunnettu ja yleensä kunkin lentokonetyypin lentokäsikirjassa, ja siinä kuvataan luettelo miehistön tarvittavista toimista tässä tapauksessa. Siitä huolimatta se ei silti voi pärjätä ilman vakavia lento -onnettomuuksia.

Täten kuorrutus- asia, lievästi sanottuna, erittäin epämiellyttävä, ja sinänsä oletetaan, että on olemassa tapoja käsitellä sitä tai ainakin etsiä tapoja voittaa se kivuttomasti. Yksi yleisimmistä tavoista on (PIC). Kaikki nykyaikaiset lentokoneet eivät voi tavalla tai toisella pärjätä ilman sitä.

Tällaisten teknisten järjestelmien toiminnalla pyritään estämään jään muodostuminen ilma -aluksen rakenteen pinnoille tai poistamaan jo alkaneen (mikä on yleisempi) jäätymisen seuraukset eli poistamaan jään tavalla tai toisella.

Periaatteessa lentokone voi jäätyä mihin tahansa pintaan, ja siihen muodostuva jää on täysin paikoillaan :-) riippumatta siitä, kuinka suuri vaara se aiheuttaa lentokoneelle. Siksi olisi hyvä poistaa kaikki tämä jää. Olisi kuitenkin edelleen järjetöntä tehdä vankka PIC lentokoneen kuoren (ja samalla moottorin syöttölaitteen) sijaan :-), epäkäytännöllinen ja teknisesti mahdoton (ainakin toistaiseksi :-)).

Siksi todennäköisimmän ja voimakkaimman jäänmuodostuksen alueet sekä ne alueet, jotka vaativat erityistä huomiota lentoturvallisuuden kannalta, muuttuvat POS -käyttölaitteiden mahdollisen sijainnin paikkoiksi.

Jäänestolaitteiden sijoittelu IL-76-lentokoneessa. 1 - hyökkäyskulman anturien sähköinen lämmitys; 2 - jäänsignalointilaitteen anturit; 3 - ajovalaisin ilmanottoaukkojen sukkien valaisemiseen; 4 - ilmanpainevastaanottimien lämmitys; 5-Lyhtylasien (sähköiset, neste-mekaaniset ja ilmalämpö) lasit; 6.7 - POS -moottorit (liesi ja VNA); 8 - Ilmanottoaukkojen sukkien POS; 9 - POS -siiven etureuna (säleet); 10 - POS -höyhenpeite; 11 - ajovalaisin, joka valaisee höyhenpeitteen varpaat.

Nämä ovat siipi- ja takayksikön etupinnat (etureunat), moottoreiden ilmanottoaukkojen kuoret, moottorien tulo -ohjaimet ja jotkut anturit (esimerkiksi isku- ja luistosensorit, lämpötila -anturit), antennit ja ilmanpaineanturit.

Jäänestojärjestelmät on jaettu kahteen osaan mekaaniset, fysikaalis -kemialliset ja termiset ... Lisäksi ne ovat toimintaperiaatteen mukaisesti jatkuva ja syklinen ... Päällekytkennän jälkeen jatkuvan toiminnan POS toimii pysähtymättä eikä salli jään muodostumista suojatuille pinnoille. Sykliset POS -laitteet suojaavat eri jaksoissa samalla kun vapauttavat pinnan tauon aikana muodostuneesta jäästä.

Mekaaninen jäätymisenestojärjestelmät- nämä ovat vain syklisen toiminnan järjestelmiä. Työn sykli on jaettu kolmeen osaan: tietyn paksuisen (noin 4 mm) jääkerroksen muodostuminen, sitten tämän kerroksen eheyden tuhoaminen (tai sen kiinnittymisen heikkeneminen ihoon) ja lopuksi jään poistaminen nopean paineen vaikutuksesta.

Pneumomekaanisen järjestelmän toimintaperiaate.

Rakenteellisesti ne on valmistettu erityisestä ohuista materiaaleista (jotain kumia) valmistetusta suojasta, johon on rakennettu kamerat ja jotka on jaettu useisiin osiin. Tämä suoja on sijoitettu suojattaville pinnoille. Yleensä nämä ovat siivet ja hännän sukat. Kamerat voivat sijaita sekä siipiväliä että sen poikki.

Kun järjestelmä kytketään päälle, ilmaa syötetään paineen alaisena tiettyjen osien kammioihin eri aikoina, jotka otetaan moottorista (turboreaktiivinen moottori tai moottorin käyttämä kompressori). Paine on noin 120-130 kPa. Pinta "turpoaa", muodostuu, kun taas jää menettää kiinteän rakenteensa ja saapuva virta puhaltaa sen pois. Katkaisun jälkeen ilma imetään ilmakehään erityisellä injektorilla.

Tämän toimintaperiaatteen POS on yksi ensimmäisistä, joka löysi sovelluksen ilmailussa. Sitä ei kuitenkaan voida asentaa nykyaikaisiin suurnopeuslentokoneisiin (maks. V enintään 600 km / h), koska nopean paineen vaikutuksesta suurilla nopeuksilla kulutuspinnan muodonmuutos ja sen seurauksena profiilin muodon muutos, jota ei tietenkään voida hyväksyä.

B-17-pommikone mekaanisella jäätymisenestojärjestelmällä. Kumiset suojat (väriltään tummat) näkyvät siivessä ja hännässä.

Bombardier Dash 8 Q400 -lentokoneen siiven etureuna on varustettu pneumaattisella jäänpoistokärjellä. Pituussuuntaiset pneumaattiset kammiot ovat näkyvissä.

Lentokone Bombardier Dash 8 Q400.

Tässä tapauksessa poikittaiskammiot ovat niiden luoman aerodynaamisen vastuksen kannalta edullisemmassa asemassa kuin pitkittäiset (tämä on ymmärrettävää 🙂). Yleensä profiilin vastuksen lisääntyminen (työkunnossa jopa 110%, ei-toimintakunnossa jopa 10%) on yksi tällaisen järjestelmän suurimmista haitoista.

Lisäksi suojat ovat lyhytikäisiä ja altistuvat ympäristön tuhoisille vaikutuksille (kosteus, lämpötilan muutokset, auringonvalo) ja erilaisia ​​dynaamisia kuormia. Tärkein etu on yksinkertaisuus ja keveys sekä suhteellisen alhainen ilmankulutus.

Syklisen toiminnan mekaaniset järjestelmät voivat myös sisältää sähköinen pulssi POS ... Tämän järjestelmän perusta on erityiset sähköiset magneettikäämit, joissa ei ole ytimiä ja joita kutsutaan pyörrevirta -induktoreiksi. Ne sijaitsevat ihon lähellä jäätymisvyöhykkeellä.

Kaavio sähköpulssista POS IL-86-koneen esimerkissä.

Heille syötetään sähkövirta voimakkailla pulsseilla (1-2 sekunnin välein). Pulssien kesto on useita mikrosekunteja. Tämän seurauksena iholle syntyy pyörrevirtauksia. Ihon virtakenttien ja induktorin vuorovaikutus aiheuttaa ihon elastisia muodonmuutoksia ja vastaavasti sen päällä olevaa jääkerrosta, joka tuhoutuu.

Termiset jäänpoistojärjestelmät ... Lämpimän energian lähteenä voidaan käyttää kuumaa ilmaa, joka on otettu kompressorista (turboreaktiiviset moottorit) tai joka kulkee pakokaasujen lämmittämän lämmönvaihtimen läpi.

Profiilin nenän ilmalämmityskaavio. 1 - lentokoneen iho; 2 - seinä; 3 - aallotettu pinta; 4 - spar; 5 - jakeluputki (keräin).

Kaavio Cessna Citation Sovereign CE680 -lentokoneen ilmalämpöpisteestä.

Lentokone Cessna Citation Sovereign CE680.

Cessna Citation Sovereign CE680 -lentokoneen POS -ohjauspaneeli.

Tällainen järjestelmä on nykyään yleisin sen yksinkertaisuuden ja luotettavuuden vuoksi. Ne ovat myös syklisiä ja jatkuvia. Suurten alueiden lämmittämiseen käytetään useimmiten syklisiä järjestelmiä energiansäästön vuoksi.

Jatkuvia lämmitysjärjestelmiä käytetään pääasiassa estämään jään muodostumista paikoissa, joissa jäänpoisto (syklisessä järjestelmässä) voisi vaarallisia seurauksia... Esimerkiksi jään putoaminen ilma -aluksen keskiosasta, jonka moottorit sijaitsevat hännän osassa. Tämä voi vahingoittaa kompressorin siipiä, jos puhallettua jäätä pääsee moottorin imuaukkoon.

Kuuma ilma syötetään suojattujen alueiden alueelle erityisten pneumaattisten järjestelmien (putkien) kautta erikseen jokaisesta moottorista (järjestelmän luotettavuuden ja toiminnan varmistamiseksi jonkin moottorin vian sattuessa). Lisäksi ilmaa voidaan jakaa lämmitetyille alueille, kulkeen sekä pitkin että niiden yli (niillä on suurempi hyötysuhde). Tehtäviensä suorittamisen jälkeen ilma vapautuu ilmakehään.

Tämän järjestelmän suurin haitta on huomattava moottorin tehon lasku käytettäessä kompressori -ilmaa. Se voi pudota jopa 15% lentokoneen tyypistä ja moottorista riippuen.

Tätä haittaa ei ole lämpöjärjestelmässä, joka käyttää lämmitys sähkövirta... Siinä suoraan toimiva yksikkö on erityinen johtava kerros, joka sisältää lämmityselementtejä langan muodossa (useimmiten) ja joka sijaitsee eristekerrosten välissä lähellä lämmitettyä pintaa (esimerkiksi siipien ihon alla). Se muuntaa sähköenergian lämmöksi tunnetulla tavalla :-).

Lentokoneen siipivarvas, jossa on sähkölämmitteisen POS -lämmityselementit.

Nämä järjestelmät ovat yleensä pulsseja energian säästämiseksi. Ne ovat erittäin kompakteja ja kevyitä. Ilma -lämpöjärjestelmiin verrattuna ne eivät käytännössä ole riippuvaisia ​​moottorin toimintatilasta (virrankulutuksen kannalta) ja niillä on huomattavasti suurempi hyötysuhde: ilmajärjestelmän suurin hyötysuhde on 0,4, sähköjärjestelmän - 0,95 .

Ne ovat kuitenkin rakenteellisesti monimutkaisempia, työvoimavaltaisempia ylläpitää ja niillä on melko suuri todennäköisyys epäonnistua. Lisäksi ne tarvitsevat työhönsä riittävän suuren tuotetun tehon.

Eräänä eksoottisena lämpöjärjestelmien joukossa (tai ehkä niiden edelleen kehittämisessä 🙂) on syytä mainita tutkimuskeskuksen vuonna 1998 käynnistämä hanke NASA (NASA John H.Glenn Research Center)... Sitä kutsutaan Lämpö(lämpösiipi). Sen ydin on käyttää sitä peittämään siipiprofiili erityisellä joustavalla grafiitipohjaisella kalvolla. Toisin sanoen yksittäisiä elementtejä ei lämmitetä, vaan koko siiven varvas (tämä koskee kuitenkin myös koko siipiä).

Tätä pinnoitetta voidaan käyttää sekä jään poistamiseen että jään muodostumisen estämiseen. Siinä on erittäin korkea suorituskyky, suuri tehokkuus, kompakti ja kestävyys. Esisertifioitu ja Columbia Aircraft Manufacturing Corporation yrittää tätä tekniikkaa komposiittimateriaaleja käyttävien purjelentokoneiden valmistuksessa uusille Columbia 300/350/400 (Cessna 300350/400) -lentokoneille. Samaa tekniikkaa käytetään Cirrus Aircraft Corporationin valmistamissa Cirrus SR-22 -lentokoneissa.

Columbia 400 lentokone.

Lentokone Ciruss SR22.

Video tällaisen järjestelmän toiminnasta Ciruss SR22 -lentokoneessa.

Sähkölämpöpisteitä käytetään myös erilaisten ilmanpaineanturien ja -vastaanottimien lämmittämiseen sekä lentokoneiden hyttien tuulilasin lasin jäänpoistoon. Tässä tapauksessa lämmityselementit asetetaan anturikoteloihin tai laminoidun tuulilasin kerrosten väliin. Taistelu ohjaamon lasin huurtumista (ja jäätymistä) vastaan ​​tapahtuu puhaltamalla lämmintä ilmaa ( ilmalämpöohjelmisto KANSSA ).

Tällä hetkellä harvemmin käytetty (yhteensä) jäänpoistomenetelmä on fysikaalis-kemiallinen... Tässä on myös kaksi suuntaa. Ensimmäinen on jään tarttumiskerroimen väheneminen suojattuun pintaan ja toinen veden jäätymispisteen lasku (lasku).

Jään tarttumisen vähentämiseksi pintaan voidaan käyttää erilaisia ​​pinnoitteita, kuten erikoislakkoja tai erikseen levitettyjä aineita (esimerkiksi rasvoihin tai parafiinipohjaisia). Tällä menetelmällä on monia teknisiä haittoja, eikä sitä käytännössä käytetä.

Jäätymispisteen alentaminen voidaan saavuttaa kostuttamalla pinta nesteillä, joiden jäätymispiste on alempi kuin vedellä. Lisäksi tällaisen nesteen tulisi olla helppokäyttöinen, kastaa pinta hyvin ja olla aggressiivinen lentokoneen rakenteen materiaaleja kohtaan.

Käytännössä tässä tapauksessa useimmin käytetty sopii kaikkiin vaadittuihin parametreihin. alkoholia ja sen seoksia glyseriinin kanssa... Tällaiset järjestelmät eivät ole kovin yksinkertaisia ​​ja vaativat suuren tarjonnan erityisiä nesteitä... Lisäksi ne eivät liukene jo muodostunutta jäätä. Alkoholilla on myös yksi parametri, joka ei ole kovin kätevä jokapäiväisessä käytössä 🙂. Tämä on sen epäsuoraa, niin sanottua sisäistä käyttöä. En tiedä kannattaako tästä aiheesta vitsailla vai ei 🙂 ...

Lisäksi näihin tarkoituksiin käytetään pakkasnestettä, eli seoksia, jotka perustuvat etyleeniglykoliin (tai propyleeniglykoliin, koska ne ovat vähemmän myrkyllisiä). Tällaisia ​​järjestelmiä käyttävissä lentokoneissa on paneelit, joissa siiven ja hännän etureunoissa on rivejä hyvin pieniä reikiä.

Näiden reikien läpi lennon aikana, kun jäätymisolosuhteet ilmenevät, erityinen pumppu syöttää reagenssia ja puhaltaa siipiä pitkin vastavirtausta. Tällaisia ​​järjestelmiä käytetään pääasiassa yleiskäyttöisissä mäntäkoneissa ja myös osittain liike- ja sotilasilmailussa. Samassa paikassa kevyiden lentokoneiden potkureiden jäänestokäsittelyyn käytetään nestejärjestelmää, jossa on pakkasnestettä.

Alkoholia sisältävät nesteet käytetään usein tuulilasien käsittelyyn laitteiden kanssa, jotka ovat itse asiassa tavallisia "pyyhkimiä". On käynyt ilmi niin sanottu neste-mekaaninen järjestelmä. Sen toiminta on ennaltaehkäisevää, koska se ei liuota jo muodostunutta jäätä.

Ohjaamon lasinpyyhkimien ("pyyhkimet") ohjauspaneeli.

Vähemmän lentokoneet jäätyvät. He ovat alttiina tälle ilmiölle paitsi kaikki siihen asennetut anturit, myös molemmat ruuvit - kantaja ja häntä... Potkurien jäätyminen on suurin vaara.

Pääroottori... Sen terällä, joka on tietyssä mielessä siiven malli, on kuitenkin paljon monimutkaisempi kuva aerodynaamisesta virtauksesta. Kuten tiedetään, virtausnopeudet sen ympärillä helikopterin kehityksestä riippuen voivat vaihdella lähestyvästä äänestä (terän kärjessä) negatiiviseen takaisinvirtausvyöhykkeellä.

Näin ollen jään muodostuminen mahdollisen jäätymisen olosuhteissa voi saada erikoisen luonteen. Periaatteessa terän etureuna jäätyy aina. Riittävän alhaisissa ilman lämpötiloissa (-10 ° ja alle) se jäätyy koko pituudeltaan ja voimakkuudeltaan kuorrutus kasvaa säteen kasvaessa (virtausnopeus on suurempi), vaikka terän kärjessä se voi pienentyä kineettisen lämmityksen vuoksi.

V paluuvirtausalue takareuna voi jäätyä. Tämän vyöhykkeen etureuna on vähemmän jään peitossa alhaisten kehänopeuksien ja suoran virtauksen epätäydellisen liikevaihdon vuoksi. Koska pilven vesipitoisuus on korkea ja terän takapuolen alueella on suuria jäähdytettyjä pisaroita, sekä takareuna että terän yläpinta voidaan peittää jäällä.

Likimääräinen kaavio helikopterin pääroottorin siiven jäätymisestä.

Tämän seurauksena, kuten siivessä, terien aerodynaamiset ominaisuudet heikkenevät merkittävästi. Profiilin vastus kasvaa huomattavasti, nostovoima pienenee. Tämän seurauksena koko potkurin nostovoima pienenee, mitä ei aina voida kompensoida tehon lisäyksellä.

Lisäksi tietyllä paksuusjäällä sen lujuus ja tarttuvuus eivät kykene kestämään keskipakovoimaa ja ns. jään vapautuminen itsestään... Tämä tapahtuu melko kaoottisesti, ja siksi luonnollisesti syntyy tietty epäsymmetria, eli terät saavat erilaiset massat ja eri virtauksen. Tämän seurauksena helikopterin lennon voimakas tärinä ja melko todennäköinen vakauden menetys. Kaikki tämä voi päättyä huonosti.

Mitä tulee hännän roottoriin, se on vielä alttiimpi kuorrutus pienen kokonsa vuoksi. Sen keskipakovoimat ylittävät siis merkittävästi pääroottorin voimat (jopa viisi kertaa) jään vapautuminen itsestään esiintyy useammin ja tärinäkuormat ovat merkittäviä. Lisäksi jään pudottaminen voi vahingoittaa roottorin siipiä ja helikopterin rakenneosia.

Helikopterilevyjä ei useimmiten suoriteta helikopterien lapojen erityisen herkkyyden vuoksi jäätymiselle ja tämän ilmiön huomattavalle vaaralle, kun sääennusteessa ilmoitetaan kohtalaisen tai voimakkaan jäätymisen mahdollisuus.

Likimääräinen kaavio helikopterin takaroottorin sähkölämmitysjärjestelmästä. Tässä 5 ja 6 ovat sähkölämmityselementtejä.

Mitä tulee helikopterin teriin käytettäviin POS -laitteisiin, yleisimmät ovat sähkölämpö... Ilmalämmitysjärjestelmiä ei käytetä, koska ilmanjako on monimutkaista siipien varrella. Mutta niitä käytetään heliilmanottoaukkojen lämmittämiseen. Tuulilasien jään torjumiseksi käytetään usein alkoholia (ainakin helikoptereissamme) 🙂 ).

Yleensä pääroottorin aerodynamiikan monimutkaisuuden vuoksi riittää suojatun alueen koon ja sijainnin määrittäminen sen terällä vaikea prosessi... Yleensä kuitenkin etureunan terät suojaavat koko pituudelta (joskus alkaen 1/3 pituudesta). Ylhäällä se on noin 8-12% soinnusta, alhaalla 25-28% soinnusta. Häntäroottori suojaa etureunaa noin 15% soinun pituudella.

Perän lähellä oleva takareuna (jolla on taipumus jäätyä) ei ole täysin suojattu sähkölämmitysmenetelmällä, koska lämmityselementin sijoittaminen siihen on vaikeaa. Tältä osin helikopterin vaakasuoran lennon nopeus on rajoitettu jäätymisvaaran vuoksi.

Samoin tapahtuu kuorrutus potkurit ilma-alus. Tässä prosessi etenee kuitenkin tasaisemmin, koska ei ole paluuvirtausvyöhykkeitä, vetäytyviä ja eteneviä teriä, kuten helikopterin pääroottorilla 🙂. Kuorrutus alkaa etureunasta ja kulkee sitten sointaa pitkin noin 25% sen pituudesta. Terien kärjet risteilyn aikana eivät ehkä jääty kineettisen lämmityksen vuoksi. Potkurikolikkaan muodostuu suuri jään kertyminen, mikä lisää huomattavasti vastusta.

Jään irtoaminen tapahtuu niin sanotusti säännöllisesti 🙂. Kaikki nämä herkut johtavat työntövoiman laskuun, potkurin tehokkuuteen, sen epätasapainoon, merkittävään tärinään, mikä johtaa lopulta moottorivaurioihin. Lisäksi jääpalat voivat vahingoittaa rungon. Tämä on erityisen vaarallista suljetun hytin alueella.

Lentokoneiden potkureiden PIC: nä käytetään useimmiten sähkölämpöisiä, useimmiten syklisiä. Tällaisia ​​järjestelmiä on tässä tapauksessa helpointa käyttää. Lisäksi niiden tehokkuus on korkea. Riittää vain hieman vähentää jään tarttumista pintaan ja sitten keskipakovoima 🙂 tulee peliin. Tässä menetelmässä lämmityselementit upotetaan terän runkoon (yleensä etureunaa pitkin) toistamalla sen ääriviivat ja roottorin kammen pintaa pitkin.

Kaikista edellä mainituista tyypeistä jäätymisenestojärjestelmät joitain käytetään yhdessä. Esimerkiksi ilmalämpö, ​​jossa on sähkölämpö tai sähköpulssi, jossa on sähkölämpö.

Monet modernit jäätymisenestojärjestelmät työskennellä yhdessä jäätymisanturit (tai hälytykset)... Ne auttavat hallitsemaan lennon sääolosuhteita ja havaitsemaan ajoissa aloitetun prosessin. kuorrutus... Jäätymisenestojärjestelmät voidaan aktivoida joko manuaalisesti tai näiden hälytysten antamalla signaalilla.

Esimerkki jäänanturien sijainnista. Lentokone A320.

POS -ohjauspaneeli A320: ssa. Ilmalämpöjärjestelmän ohjauspaneeli on ympyröity keltaiseksi. Pienempi konsoli kytkee sähkölämmityksen päälle.

Tällaiset anturit asennetaan lentokoneisiin paikkoihin, joissa tuloilmavirta vääristyy vähiten. Lisäksi ne on asennettu moottoreiden ilmanottoaukkoihin ja niitä voi olla kahta tyyppiä: välillistä ja suoraa.

Ensimmäinen havaita vesipisarat ilmassa. Ne eivät kuitenkaan voi erottaa ylikuumennettua vettä tavallisesta vedestä, joten niissä on lämpötilan korjaimet, jotka kytkevät ne päälle vain negatiivisissa ilman lämpötiloissa. Tällaiset hälytykset ovat erittäin herkkiä. Anturien toiminta perustuu sähkövastuksen ja lämmönsiirron mittauksiin.

Toinen reagoi suoraan jään muodostumiseen ja paksuuteen itse anturissa. Herkkyys olosuhteille kuorrutus ne ovat alempia, koska ne reagoivat vain jäähän, ja sen muodostuminen vie aikaa. Tällaisen merkinantolaitteen anturi on valmistettu virralle altistuneen tapin muodossa. Sen päälle muodostuu jäätä, kun sopivat olosuhteet syntyvät.

Jäätymishälytysten toimintaperiaatteita on useita. Mutta yleisimpiä ovat kaksi niistä. Ensimmäinen- radioisotooppi, joka perustuu radioaktiivisen isotoopin β-säteilyn heikkenemiseen ( strontium - 90, yttrium - 90) anturiin muodostui jääkerros. Tämä hälytin reagoi jään alkuun ja loppuun sekä nopeuteen.

Radioisotooppinen jääilmaisimen anturi (tyyppi RIO-3). Tässä 1 - profiili -ikkunat; 2 - säteilyvastaanotin; 3 - jääkerros; 4 - säteilylähde.

Toinen- Värinä. Tässä tapauksessa indikaattori reagoi luonnollisen taajuuden muutokseen tunnistava elementti(kalvo) anturista, johon uusi jää muodostuu. Siten jäätymisen voimakkuus kirjataan.

Moottorien ilmanottoaukot voidaan varustaa CO -tyyppisillä jäätymishälytyksillä, jotka toimivat paine -eromittarin periaatteella. Anturi on L-muotoinen, ja sen päätypinta on asennettu ylävirtaan ja yhdensuuntaisesti sen kanssa. Merkinantolaitteen sisällä on kaksi kammiota: dynaaminen (5) ja staattinen (9) paine. Kammioiden väliin on asennettu herkkä kalvo (7), jossa on sähkökoskettimet (6).

Jäänilmaisinanturi, CO -tyyppi.

Kun moottori ei ole käynnissä, paine dynaamisessa kammiossa on yhtä suuri kuin staattinen paine (suuttimen 3 kautta) ja koskettimet ovat kiinni. Lennon aikana ne ovat auki (paine on). Mutta heti kun jää ilmestyy anturin tuloon (1), joka tukkii tulon, dynaaminen paine laskee jälleen ja koskettimet sulkeutuvat. Signaali noin kuorrutus... Se tulee moottorin jäänestojärjestelmän ohjausyksikköön ja ohjaamoon. Numero 4 on lämmitin, joka estää merkinantolaitteen sisäisten ontelojen jäätymisen.

Lisäksi voidaan asentaa ilmaisimet kuorrutus visuaalinen tyyppi... Yleensä he seisovat näköetäisyydellä (lähellä tuulilasia), heillä on valaistus ja ohjaaja pystyy hallitsemaan visuaalisesti jään muodostumista niihin, jolloin tarvittavat tiedot mahdollisesta jäätymisestä.

Matkustajakoneen jäänestolaitteiden asettelu. Tässä 1 - ohjaamon lasi; 2,3 - iskukulmien ja paineen anturit; 4 - siiven etureuna (säleet); 5 - ilmanottoaukkojen sukat; 6 - häntäyksikön sukat; 7.8 - ajovalojen valaistus; 9 - moottorien sisäänkäynti; 10 - jäätymishälytys.

Joihinkin lentokonetyyppeihin on asennettu erityiset ajovalot, jotka tarkastavat silmämääräisesti siiven ja hännän etureunat sekä moottorin ilmanottoaukot yöllä ohjaamosta ja matkustamosta. Tämä lisää visuaalisen ohjauksen mahdollisuuksia.

Hälytysanturit kuorrutus Kuten jo mainittiin, lentokoneen rungon tietyn paikan lisäksi ne on asennettava kunkin moottorin ilmanottoaukkoon. Syy tähän on ymmärrettävä. Moottori on elintärkeä yksikkö, ja sen kunnon hallintaan (myös jäätymiseen) liittyy erityisvaatimuksia.

TO jäätymisenestojärjestelmät, jotka varmistavat moottorien toiminnan, vaatimukset eivät ole yhtä tiukat. Nämä järjestelmät toimivat lähes jokaisella lennolla, ja niiden kokonaiskäyttöaika on 3-5 kertaa pidempi kuin yleisen lentokonejärjestelmän.

Likimääräinen kaavio ilmalämpöpisteestä turbosuihkumoottorille (tulo).

Niiden suojatoimintojen lämpötila -alue on laajempi (jopa - 45 ° C) ja ne toimivat jatkuvasti. Syklinen vaihtoehto ei sovellu tähän. Käytetyt järjestelmätyypit ovat - ilmalämpö ja sähkölämpö samoin kuin niiden yhdistelmät.

Taistelussa vastaan kuorrutus junajärjestelmien lisäksi käytetään myös lentokoneiden maahuoltoa. Se on varsin tehokasta, mutta tämä tehokkuus on niin sanotusti lyhytikäinen. Itse käsittely on itse asiassa jaettu kahteen tyyppiin.

Ensimmäinen Onko jäätä ja lunta poistettu jo pysäköinnin aikana (englanniksi)? jäänpoisto ). Se suoritetaan eri tavoilla, yksinkertaisesta mekaanisesta, eli jään ja lumen poistamisesta käsin erityislaitteilla tai paineilmalla, pintojen käsittelyyn erityisillä nesteillä.

Lentokoneen käsittely ATR-72-500.

Näiden nesteiden jäätymispisteen on oltava vähintään 10 º nykyisen ilman lämpötilan alapuolella. Ne poistavat tai "sulavat" olemassa olevan jään. Jos käsittelyn aikana ei sateita ja ilman lämpötila on lähellä nollaa tai korkeampi, voit käsitellä pinnat jään poistamiseksi vain kuumalla vedellä.

Toinen näkymä Onko lentokoneen pintojen käsittely estää jään muodostuminen ja vähentää sen tarttumista ihoon (englanniksi) anti -kuorrutus). Tällainen käsittely suoritetaan olosuhteissa mahdollisen jäätymisen varalta. Levitys suoritetaan tietyllä tavalla erityisillä mekaanisilla laitteilla - erityyppisillä ruiskuilla, useimmiten autotekniikan perusteella.

Jäänpoisto.

Tällaisiin käsittelyihin käytetty erityinen reagenssineste valmistetaan veden ja glykolin (propyleeniglykoli tai etyleeniglykoli) perusteella lisäämällä joukko muita ainesosia, kuten sakeutusaineita, väriaineita, pinta -aktiivisia aineita (kostutusaineita), korroosionestoaineita jne. Näiden lisäaineiden määrä ja koostumus ovat yleensä valmistajan liikesalaisuuksia. Tällaisen nesteen jäätymispiste on melko alhainen (jopa -60 ° C).

Käsittely suoritetaan juuri ennen lentoonlähtöä. Neste muodostaa lentokoneen rungon pinnalle erityisen kalvon, joka estää saostumisen jäätymisen. Käsittelyn jälkeen lentokoneella on varausaika lentoonlähtöön (noin puoli tuntia) ja nousu korkeuteen, jolloin lento-olosuhteet sulkevat pois jäätymisen mahdollisuuden. Kun tietty nopeus saavutetaan, tulevan ilmavirtaus puhaltaa suojakalvon pois.

KS-135. Jäätymisenesto.

Boeing-777-koneen käsittely (jäänesto).

Boeing-777-koneiden jäätymisenesto.

SAE -standardien (SAE AMS 1428 ja AMS 1424) mukaan erilaisia ​​sääolosuhteita varten on olemassa neljää tällaista nestettä. Tyyppi I- neste, jolla on melko alhainen viskositeetti (useimmiten ilman sakeutusainetta). Käytetään pääasiassa leikkaukseen de -kuorrutus... Tässä tapauksessa se voi lämmetä lämpötilaan 55 ° - 80 ° C.Käytön jälkeen se virtaa helposti pinnalta yhdessä liuenneen jään jäännösten kanssa. Se voidaan värjätä oranssiksi tunnistamisen helpottamiseksi.

Tyyppi II... Se on neste, jota kutsutaan joskus "pseudoplastiseksi". Se sisältää polymeeripaksuainetta ja siksi sen viskositeetti on melko korkea. Tämän ansiosta se voi pysyä lentokoneen pinnalla, kunnes se saavuttaa nopeuden lähellä 200 km / h, minkä jälkeen vastavirta puhaltaa sen pois. Se on väriltään vaaleankeltainen ja sopii suuriin kaupallisiin lentokoneisiin.

Tyyppi I V ... Tämä neste on parametreiltaan lähellä tyyppiä II, mutta sillä on pidempi odotusaika. Toisin sanoen tällaisella reagenssilla käsitellyllä lentokoneella on enemmän aikaa ennen lentoonlähtöä ja ankarammissa sääolosuhteissa. Nesteen väri on vihreä.

Erityiset nesteet jäätymisenestoon. Tyyppi IV ja tyyppi I.

Tyyppi III... Tämä neste on parametreissaan I- ja II -tyypin välillä. Sen viskositeetti on alhaisempi kuin tyypin II ja se huuhtoutuu vastaan ​​tulevan virtauksen yli 120 km / h nopeuksilla. Suunniteltu ensisijaisesti alue- ja yleisilmailua varten. Väri on useimmiten vaaleankeltainen.

Näin ollen anti -kuorrutus käytetään II, III ja IV tyyppisiä reagensseja. Niitä käytetään tässä tapauksessa sääolosuhteiden mukaan. Tyyppiä I voidaan käyttää vain keuhkosairaudet jäätymistä (kuten pakkasta, mutta ilman sadetta).

Erikoisnesteiden levittämiseen (laimentamiseen) säästä, ilman lämpötilasta ja mahdollisen jäätymisen ennusteesta riippuen on olemassa tiettyjä laskentamenetelmiä, joita tekninen henkilöstö käyttää. Keskimäärin yhden suuren vuorauksen käsittely voi kestää jopa 3800 litraa konsentraattiliuosta.

Jotain tällaista on universaalia vastaan ​​taistelun edessä kuorrutus🙂. Valitettavasti riippumatta siitä, kuinka täydellisiä nykyaikaiset POS- tai maanpäälliset jäänestojärjestelmät ovat, niillä on ominaisuuksia, jotka rajoittuvat tiettyyn kehykseen, rakentavaan, tekniseen tai muuhun, objektiiviseen tai ei kovinkaan.

Luonto, kuten aina, tekee velvollisuutensa, eivätkä tekniset temput yksinään aina riitä voittamaan esiin nousevia ongelmia kuorrutus ilma-alus. Paljon riippuu henkilöstä, sekä lento- että maahenkilöstöstä, ilmailutekniikan luojaista ja niistä, jotka ottavat sen päivittäiseen käyttöön.

Aina etualalla. Ainakin näin sen pitäisi olla 🙂. Jos tämä on yhtä selvää kaikille, jotka ovat jotenkin mukana sellaisella vastuullisella ihmisen toiminnan alueella kuin ilmailu, niin meillä kaikilla on suuri ja mielenkiintoinen tulevaisuus 🙂.

Tämä päättyy. Kiitos, että luit loppuun asti. Ensi kertaan.

Lopuksi pieni video. Video jään vaikutuksesta TU-154: een (hyvä elokuva, vaikkakin vanha :-)), seuraava jäänpoistokäsittelystä ja sitten PIC: n työstä ilmassa.

Kuvat ovat klikattavissa.

Alueilla, joilla on vaikeat ilmasto -olosuhteet, kun rakennetaan teknisiä rakenteita, on otettava huomioon useita kriteerejä, jotka ovat vastuussa työmaiden luotettavuudesta ja turvallisuudesta. Näissä kriteereissä olisi erityisesti otettava huomioon ilmakehän ja ilmastolliset tekijät, jotka voivat vaikuttaa kielteisesti rakenteiden tilaan ja rakenteiden toimintaprosessiin. Yksi näistä tekijöistä on ilmakehän jäätyminen.

Jäätyminen on jään muodostumista, kerrostumista ja kerääntymistä eri esineiden pinnoille. Jäätyminen voi tapahtua ylikuumentuneiden pisaroiden tai märän lumen jäätymisen sekä ilmassa olevan vesihöyryn suoran kiteytymisen seurauksena. Tämän ilmiön vaara rakennustyömaille on, että sen pinnoille muodostunut jäänmuutos muuttaa rakenteiden suunnitteluominaisuuksia (paino, aerodynaamiset ominaisuudet, turvamarginaali jne.), Mikä vaikuttaa tekniikan kestävyyteen ja turvallisuuteen rakenteita.

Erityistä huomiota olisi kiinnitettävä jäätymiseen voimajohtojen (PTL) ja tietoliikenneyhteyksien suunnittelussa ja rakentamisessa. Voimajohtojen jäätyminen häiritsee niiden normaalia toimintaa ja johtaa usein vakaviin onnettomuuksiin ja katastrofeihin (kuva 1).

Kuva 1. Voimajohtojen jäätymisen seuraukset

Huomaa, että voimajohtojen jäätymisongelma on ollut tiedossa jo pitkään, ja on olemassa erilaisia ​​tapoja käsitellä jäätä. Tällaisia ​​menetelmiä ovat pinnoitus erityisillä jäätymisenestoaineilla, sulatus lämmittämällä sähkövirralla, jään mekaaninen poisto, vaippa ja lankojen ennaltaehkäisevä lämmitys. Mutta eivät aina eivätkä kaikki nämä menetelmät ole tehokkaita, ne ovat mukana korkeat kustannukset, sähkön menetys.

Jäätymisprosessin fysiikan tuntemus edellyttää tehokkaampien ohjausmenetelmien tunnistamista ja kehittämistä. Uuden kohteen kehittämisen alkuvaiheessa on tarpeen tutkia ja analysoida prosessiin vaikuttavia tekijöitä, jään kerrostumisen luonnetta ja voimakkuutta, jäätymispinnan lämmönsiirtoa sekä mahdollisesti heikkojen ja alttiimpien jäätymispaikat kohteen rakenteessa. Siksi kyky simuloida jäätymisprosessia eri olosuhteissa ja arvioida mahdollisia seurauksia tämä ilmiö on kiireellinen tehtävä sekä Venäjälle että koko maailman yhteisölle.

Kokeellisen tutkimuksen ja numeerisen mallinnuksen rooli jäätymisongelmissa

Voimajohtojen jäätymisen mallintaminen on laajamittainen tehtävä, jonka ratkaisemisessa on kokonaisuudessaan otettava huomioon kohteen ja ympäristön monet globaalit ja paikalliset ominaisuudet. Näitä ominaisuuksia ovat: tarkasteltavan alueen pituus, ympäröivän alueen helpotus, ilmavirran nopeusprofiilit, kosteuden ja lämpötilan arvo riippuen maanpinnan yläpuolella olevasta etäisyydestä, kaapelien lämmönjohtavuus, yksittäisten pintojen lämpötila , jne.

Täydellisen matemaattisen mallin luominen, joka kykenee kuvailemaan jäätymisprosesseja ja jäärakenteen aerodynamiikkaa, on tärkeää ja erittäin vaikeaa. tekninen haaste... Nykyään monet olemassa olevista matemaattisista malleista on rakennettu yksinkertaistettujen menetelmien pohjalta, jolloin tietyt rajoitukset otetaan tietoisesti käyttöön tai joitain vaikuttavia parametreja ei oteta huomioon. Useimmissa tapauksissa tällaiset mallit perustuvat tilastollisiin ja kokeellisiin tietoihin (mukaan lukien SNIP-standardit), jotka on saatu laboratoriotutkimusten ja pitkän aikavälin kenttähavaintojen aikana.

Jäätymisprosessin lukuisten ja monivaiheisten kokeellisten tutkimusten aloittaminen ja suorittaminen vaatii merkittäviä taloudellisia ja aikakustannuksia. Lisäksi joissakin tapauksissa ei yksinkertaisesti ole mahdollista saada kokeellisia tietoja kohteen käyttäytymisestä, esimerkiksi äärimmäisissä olosuhteissa. Siksi on taipumus täydentää täysimittaista kokeilua numeerisella mallinnuksella yhä useammin.

Erilaisten ilmastoilmiöiden analysointi käyttäen nykyaikaiset menetelmät tekninen analyysi tuli mahdolliseksi sekä itse numeeristen menetelmien kehittämisen että HPC -tekniikoiden (high performance computing technology High Performance Computing) nopean kehityksen myötä. . Tekninen analyysi, joka suoritetaan supertietokonesimulaatiolla, tarjoaa tarkimman ratkaisun. Numeerinen mallinnus mahdollistaa ongelman ratkaisemisen täydellisessä ympäristössä, virtuaalikokeiden suorittamisen vaihtelevilla eri parametreilla, monien tekijöiden vaikutuksen tutkimisen tutkittavaan prosessiin, kohteen käyttäytymisen simuloinnin äärimmäisissä kuormituksissa jne.

Nykyaikaiset korkean suorituskyvyn laskentajärjestelmät, joissa käytetään asiantuntevia laskentatyökaluja tekniseen analyysiin, mahdollistavat ratkaisun saamisen sopivassa ajassa ja voivat seurata ongelman ratkaisun edistymistä reaaliajassa. Tämä vähentää merkittävästi monimuuttujakokeiden suorittamisen kustannuksia ottaen huomioon monikriteeriset formulaatiot. Luonnollista kokeilua voidaan tässä tapauksessa käyttää vain tutkimus- ja kehitystyön loppuvaiheessa numeerisesti saadun ratkaisun varmistuksena ja yksittäisten hypoteesien vahvistuksena.

Jäätymisprosessin tietokonesimulointi

Jäätymisprosessin simulointiin käytetään kaksivaiheista lähestymistapaa. Aluksi lasketaan kantajavaiheen virtausparametrit (nopeus, paine, lämpötila). Tämän jälkeen lasketaan suoraan jäätymisprosessi: mallinnetaan nestepisaroiden pinnalle laskeutuminen, lasketaan jääkerroksen paksuus ja muoto. Kun jääkerroksen paksuus kasvaa, virtaviivaisen rungon muoto ja koko muuttuvat ja virtausparametrit lasketaan uudelleen virtaviivaisen rungon uuden geometrian avulla.

Työväliaineen virtausparametrien laskeminen suoritetaan numeerisella ratkaisulla epälineaaristen differentiaaliyhtälöiden järjestelmän avulla, joka kuvaa säilyttämisen peruslakeja. Tällainen järjestelmä sisältää jatkuvuuden yhtälön, vauhdin yhtälön (Navier-Stokes) ja energian. Turbulenttien virtausten kuvaamiseen paketti käyttää Reynoldsin keskiarvoisia Navier-Stokesin yhtälöitä (RANS) ja suurten pyörreiden LES-menetelmää. Impulssiyhtälön diffuusiotermin edessä oleva kerroin saadaan molekyyli- ja turbulenttisen viskositeetin summana. Jälkimmäisen laskemiseksi tässä työssä käytetään yhden parametrin Spallart-Allmaras-turbulenssimallia, jota käytetään laajasti ulkoisissa virtausongelmissa.

Jäätymisprosessia simuloidaan kahden sulautetun mallin perusteella. Ensimmäinen on sulamis- ja jähmettymismalli. Se ei nimenomaisesti kuvaa neste-jäärajapinnan kehitystä. Sen sijaan entalpiaformulaatiota käytetään määrittämään nesteen osa, johon kiinteä faasi (jää) muodostuu. Tässä tapauksessa virtaus on kuvattava kaksivaiheisella virtausmallilla.

Toinen malli, joka mahdollistaa jään muodostumisen ennustamisen, on ohutkalvomalli, joka kuvaa pisaroiden kerrostumisprosessia virtaviivaisen rungon seinille ja mahdollistaa siten kostutuspinnan saamisen. Tämän lähestymistavan mukaan tarkastelu sisältää joukon Lagrangin nestehiukkasia, joilla on massa, lämpötila ja nopeus. Vuorovaikutuksessa seinän kanssa hiukkaset voivat lämpövuon tasapainosta riippuen joko lisätä jääkerrosta tai pienentää sitä. Toisin sanoen simuloidaan sekä pinnan jäätymistä että jääkerroksen sulamista.

Esimerkkinä, joka havainnollistaa paketin kykyjä mallintaa kappaleiden jäätymistä, tarkasteltiin ongelmaa ilmavirrasta sylinterin ympärillä, jonka nopeus oli U = 5 m / s ja lämpötila T = -15 0C. Sylinterin halkaisija on 19,5 mm. Laskennallisen alueen jakamiseksi kontrollitilavuuksiksi käytettiin polyhedristä solutyyppiä, jossa oli prismakerros sylinterin pinnalla. Tässä tapauksessa sylinterin jälkeisen heräämisen paremman resoluution saavuttamiseksi käytettiin verkon paikallista paksuuntumista. Ongelma ratkaistiin kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa, käyttäen yksivaiheisen nesteen mallia, laskettiin nopeus-, paine- ja lämpötilakentät "kuivalle" ilmalle. Saadut tulokset ovat laadullisesti sopusoinnussa lukuisten kokeellisten ja numeeristen töiden kanssa yksivaiheisesta virtauksesta sylinterin ympärillä.

Toisessa vaiheessa virtaukseen ruiskutettiin Lagrangian -hiukkasia, jotka simuloivat hienojen vesipisaroiden esiintymistä ilmavirrassa, joiden liikeradat ja absoluuttinen ilman nopeuskenttä on esitetty kuvassa 2. Jään paksuuden jakautuminen sylinterin pinnalle eri ajankohtina on esitetty kuvassa 3. Jääkerroksen suurin paksuus havaitaan lähellä virtauksen pysähtymispistettä.

Kuva 2. Pisarareitit ja absoluuttisen ilman nopeuden skalaarikenttä

Kuva 3. Jääkerroksen paksuus eri ajankohtina

Kaksiulotteisen tehtävän laskemiseen käytetty aika ( fyysistä aikaa t = 3600c), oli 2800 ydituntia käyttäen 16 laskentaydintä. Sama määrä ydituntia tarvitaan vain t = 600 s laskemiseen kolmiulotteisessa tapauksessa. Analysoimalla testimallien laskemiseen käytetty aika voidaan sanoa, että laskettaessa täydellisessä ympäristössä, jossa laskennallinen alue koostuu jo useista kymmenistä miljoonista soluista, joissa otetaan huomioon suurempi määrä hiukkasia ja monimutkainen objektigeometria huomioon, vaadittua laitteiston laskentatehoa lisätään merkittävästi. Tässä suhteessa kehon kolmiulotteisen jäätymisen ongelmien täydellisen mallinnuksen suorittamiseksi on käytettävä nykyaikaisia ​​HPC-tekniikoita.