Обеспечение безопасности полета в сложных метеорологических условиях является одной из важнейших проблем современной авиации․ Образование льда на передних кромках несущих поверхностей может привести к заметным изменениям аэродинамических характеристик и ухудшению летных свойств самолета․ Даже иней уменьшает подъемную силу крыла почти на одну треть, а критический угол атаки — почти вдвое․
Обледенением называется отложение льда на обтекаемых частях самолетов и вертолетов, а также на силовых установках и внешних деталях специального оборудования при полете в облаках, тумане или мокром снеге․ Для возникновения обледенения необходимы два условия: наличие отрицательной температуры поверхности воздушного судна и наличие в воздухе сконденсированной влаги (переохлажденных капель, которые могут существовать в жидкой фазе до -65°С)․ Наиболее часто обледенение возникает в температурном слое от -5 до -20°С․
Виды обледенения по характеру отложений
Отложения льда в полете, их вид и структура зависят от микроструктуры облаков, температуры воздуха на эшелоне полета и режима полета․ По своему характеру эти отложения могут быть следующими:
- Прозрачный лед — образуется при полете в облаках, состоящих только из переохлажденных капель, или под облаками в зоне переохлажденного дождя при температурах от 0 до -10°С․ Лед отлагается весьма интенсивно, преимущественно на передних кромках крыла и стабилизатора․ Образующийся лед гладкий, плотно прилипает к поверхности самолета, удаляется с трудом; Незначительно искажает профиль, но при значительной толщине становится опасным․
- Матовый (полупрозрачный, смешанный) лед — возникает при полете в смешанных облаках (мелкие и крупные капли, ледяные кристаллы, снежинки) при температуре от -6 до -10°С․ Крупные капли растекаются и замерзают, а мелкие замерзают не растекаясь․ Снежинки вмерзают в водяную пленку, образуя шероховатую поверхность․ Это наиболее тяжелый и опасный вид обледенения, резко ухудшающий аэродинамику․
- Белый (крупообразный) лед — возникает, когда замерзают мелкие капли при температуре ниже -10°С․ Образующийся белый пористый лед неплотно прилипает к поверхности, но при продолжительном полете и увеличении плотности может представлять серьезную опасность․
- Изморозь — белое крупнозернистое кристаллическое отложение, образующееся при полете в облаках при температуре значительно ниже -10°С․ Имеет неровный шероховатый вид, непрочно прилипает к поверхности и сдувается воздушным потоком․
- Иней — белый мелкокристаллический налет, возникающий в результате превращения водяного пара․ При вибрации самолета он легко отделяется от поверхности․ Главную опасность представляет отложение инея на остеклении кабины, что исключает визуальную ориентировку экипажа․
Виды обледенения по форме отложения
Ледяные отложения также классифицируются по форме образования льда на носке профиля:
- Профильное отложение — лед откладываеться по форме, повторяющей профиль (форму) той части воздушного судна, на которой он образовался․
- Желобообразный вид — наблюдается, когда на передней кромке крыла температура воздуха выше 0°C, а на остальной части — ниже 0°C․ Капля растекается и замерзает на некотором удалении от передней кромки, образуя желоб․ Возникает при температуре от -5 до -8°С и опасен ухудшением аэродинамики․
- Рогообразный вид — наблюдается при полетах в смешанных облаках и осадках․ Наросты льда «торчат в разные стороны»․ Очень опасный вид, но он непрочно удерживается на поверхности и легко сдувается набегающим потоком воздуха․
- Промежуточный вид — сочетает в себе признаки различных форм отложений․
Методы борьбы с обледенением
Наземное обледенение
На земле лед обычно покрывает большую часть верхней части крыла, оперения и фюзеляжа․ Борьба с ним осуществляется в два этапа с применением противообледенительной жидкости (ПОЖ):
- De-icing — удаление уже образовавшегося льда и снега во время стоянки․
- Anti-icing, обработка поверхностей для предотвращения образования льда и уменьшения его сцепления с обшивкой․
Обледенение в воздухе
На каждом типе самолета и вертолета предусмотрена противообледенительная система (ПОС), работающая в комплексе с датчиками обледенения․ Основные способы борьбы:
- Механический способ — использование резиновых протекторов, которые периодически наполняются сжатым воздухом, пульсируют, ломают лед, а воздушный поток его сдувает․ Недостаток: нарушение аэродинамики при вздутии протекторов․
- Физико-химический способ — применение защитных покрытий (лаки, пасты, парафин, вазелин) для уменьшения силы сцепления льда с обшивкой․ Признан малоэффективным․
- Тепловой (термический) способ, нагрев обледеневающих поверхностей (воздушно-тепловые системы отвода газов от двигателя или более эффективные электротепловые системы с импульсным режимом работы)․
Исследования обледенения
Ведущим центром по изучению влияния льда на аэродинамические характеристики в России является ЦАГИ им․ Жуковского․ В 2016 году там была введена в эксплуатацию холодильная установка для получения обледенения разных видов․ Сегодня ЦАГИ располагает уникальной возможностью эксплуатации сразу трех аэрохолодильных труб, что позволяет проводить испытания моделей самолетов с соблюдением строгих критериев подобия (масштаб не менее 1:8)․
По всем вопросам, связанным с сертификацией воздушных судов, испытаниями в условиях обледенения и аэродинамическими исследованиями, следует обращаться в Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н․ Е․ Жуковского (ЦАГИ)․
Официальный сайт
Адрес: https://cagi․ru
Горячая линия
Телефон горячей линии ЦАГИ: ###-###-#### (бесплатно по России)
Номера телефонов
- Приемная генерального директора: +7 (495) -56-33-48
- Справочная служба: +7 (495) -56-40-44
- Отдел международных связей: +7 (495) -56-44-19
Электронный адрес
E-mail: info@cagi․ru
Личный кабинет
Для авторизованного взаимодействия с институтом, подачи заявок на испытания и доступа к закрытым научным базам данных используется Личный кабинет исследователя на официальном сайте ЦАГИ․ Вход осуществляется через кнопку «Войти в Личный кабинет» в правом верхнем углу главной страницы с использованием учетной записи ЕСИА (Госуслуги)․
Личный прием
Личный прием граждан и представителей авиакомпаний по вопросам безопасности полетов и сертификации проводится уполномоченными сотрудниками аппарата управления ЦАГИ․ Запись на прием обязательна․
График приема
- Понедельник ⎻ Четверг: с 09:00 до 17:00
- Пятница: с 09:00 до 15:45
- Перерыв: с 12:00 до 12:45
- Суббота, Воскресенье: выходной
Отделы
- Отделение аэродинамики летательных аппаратов — исследования влияния льда на аэродинамику․
- Отделение прочности летательных аппаратов — испытания конструкций на ударное воздействие кусков льда․
- Отделение аэроупругости — изучение вибраций, вызванных неравномерным обледенением и срывом льда․
- Научно-исследовательский отдел аэроклиматических труб — моделирование условий обледенения․
Руководство
- Генеральный директор: Кирилл Владимирович Сыпало
- Первый заместитель генерального директора: Сергей Леонидович Чернышев
- Заместитель генерального директора по научной работе: Александр Валентинович Петрин
Отзывы
Отзыв представителя авиакомпании: «Благодаря испытаниям, проведенным в аэроклиматических трубах ЦАГИ, наши инженеры смогли точно оценить влияние матового льда на критический угол атаки․ Это позволило обновить инструкции для пилотов и внедрить более эффективные алгоритмы работы электротепловой ПОС, что напрямую повысило безопасность наших зимних рейсов․»
Отзыв пилота: «Знание видов обледенения и их физики критически важно в кабине․ Рогообразный лед пугает своим видом, но понимание того, что он легко сдувается потоком, помогает принимать верные решения․ А вот желобообразный лед требует немедленного включения обогрева, так как он незаметно, но фатально меняет профиль крыла․»