Метеорология_курсовая_Положенцев. Обледенение воздушных судов
 Скачать 321.23 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САСОВСКОЕ ИМЕНИ ГЕРОЯ СОВЕТСКОГО СОЮЗА ТАРАНА Г.А. ЛЕТНОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ – ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «УЛЬЯНОВСКИЙ ИНСТИТУТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ ИМЕНИ ГЛАВНОГО МАРШАЛА АВИАЦИИ Б.П. БУГАЕВА» (СЛУ ГА – ФИЛИАЛ ФГБОУ ВО УИ ГА) Специальность: 25.02.04. Летная эксплуатация летательных аппаратов Курсовая работа на тему «Обледенение воздушных судов» Выполнил: курсант к/о № 1112 Кипдемир И.С. Проверил: преподаватель Мрякина Н.В. Оценка _____________________ Дата _______________________ САСОВО 2020    1112 Кипдемир Ибрахим Серхатович Мрякина Наталья Васильевна «Обледенение воздушных судов» ВведениеДля принятия решения на вылет необходимо оценить метеорологические условия с точки зрения возможности выполнения полета и обеспечения его безопасности в метеорологическом отношении. Чтобы правильно сделать такую оценку, необходимо проанализировать все имеющиеся данные о состоянии погоды, определить характер и направление развития атмосферных процессов, которые приведут к изменению метеоусловий в период полета. При этом требуется разобраться не только в том, какие условия погоды наблюдаются в районе или по маршруту планируемого полета, но и определить, с чем связаны эти условия и как они могут в дальнейшем изменяться, т.е. представить их будущее состояние. Это можно сделать, проводя аэросиноптический анализ метеорологической обстановки. Путем сопоставления аэросиноптических материалов оценивается развитие атмосферных процессов, определяется эволюция барических систем и атмосферных фронтов, трансформация воздушных масс, характер изменения состояния метеорологических величин и явлений погоды. Определяются направление и скорость перемещения различных синоптических объектов, обуславливающих те или иные условия погоды. Изучение погодных процессов на большой территории наиболее эффективно проводить с помощью специальных карт, на которые условными знаками нанесены результаты одновременных метеорологических или аэрологических (высотных) наблюдений. Такие карты получили название синоптических. Обледенение воздушного судна Обледенением называется отложение льда (инея или изморози) на обтекаемых частях ВС, си-ловых установках и внешних деталях специального оборудования при полете в облаках, тумане, дожде или мокром снеге. Необходимым и достаточным условием для обледенения ВС в полете являются наличие доста-точной влаги в воздухе (облака, осадки), отрицательные температуры воздуха и поверхности ВС. Обледенение характеризуется интенсивностью отложения льда на поверхности ВС, которая за-висит от многих параметров как ВС и окружающей среды, так и условий полета. По статистике ICAO, из-за обледенения ежегодно происходит около 7 % всех авиационных ка-тастроф, связанных с метеорологическими условиями, и 1 % всех авиакатастроф вообще. Около 4% авиационных происшествий в сложных метеоусловиях приходится на обледенение. Таким образом, знание экипажем основных сведений об обледенении ВС, его характеристиках и влия-нии на полет ВС позволяют повысить уровень безопасности полетов. Интенсивность обледенения ВС характеризуется толщиной льда, отлагающегося на единице площади обледеневающей поверхности ВС в единицу времени. В зависимости от интенсивности различают три вида обледенения: — слабое  – при интенсивности обледенения, равной 0,5 мм/мин;— умеренное  – при интенсивности обледенения, равной 0,5–1 мм/мин;— сильное  – при интенсивности обледенения, равной 1 мм/мин.Слабое обледенение представляет собой накопление льда, который может быть удален с по-мощью противообледенительного оборудования. Оно не представляет серьезной опасности для воздушного судна, оборудованного противообледенительной системой. Умеренное обледенение – обледенение такой интенсивности, при котором обычные методы борьбы с обледенением обеспечивают лишь ограниченную защиту. Лед продолжает накапливать-ся, но скорость его накапливания еще недостаточна для того, чтобы серьезно повлиять на безопас-ность полета, если воздушное судно не находится в этих условиях в течение длительного периода времени. Сильное обледенение – обледенение, при котором лед продолжает накапливаться, несмотря на все принятые меры борьбы с обледенением. Скорость накапливания льда достаточно велика, что-бы вызвать заметную потерю воздушной скорости и высоты. Этот вид является критическим с точки зрения безопасности полета. Одно и то же значение интенсивности для одного типа ВС может представлять опасность, а для другого быть безопасным. Ледяные отложения на поверхности ВС могут образовываться в результате: • замерзания переохлажденных водяных капель облака, тумана или дождя при соприкосновении их с частями ВС; • непосредственного оседания кристаллов льда, снега, града; • сублимации водяного пара на поверхности ВС. Процесс образования льда на ВС вследствие замерзания переохлажденных капель является са-мым распространенным и опасным. Кристаллы, сухой снег и град обычно не оседают на поверхности ВС, так как сметаются пото-ком воздуха. Однако при полетах реактивных самолетов отмечались случаи обледенения в кри-сталлических облаках. Это объясняется тем, что поверхность ВС вследствие кинетического нагре-ва может иметь значительную положительную температуру, и кристаллы, соприкасаясь с ней, плавятся. Затем, замерзая снова, они образуют нарост шероховатого (бугристого) льда. В табл. 4.3 приведена зависимость кинетического нагрева поверхности ВС в сухом воздухе (Δtk) и облаках (Δtk1) в зависимости от скорости полета (V).  Как видно из таблицы, кинетический нагрев в облаках примерно на 40 % меньше, чем в сухом воздухе. Кинетический нагрев различных участков крыла не одинаков по мере перемещения к боковой и задней частям крыла ВС. Могут возникнуть такие условия, что из-за неравномерного кинетического нагрева возникнет неравномерное отложение льда на поверхности ВС, что может нарушить условия обтекания крыла воздушным потоком и привести к ухудшению аэродинамиче-ских качеств, потере устойчивости и управляемости самолета или вертолета. Процесс сублимации имеет место, когда упругость водяного пара превышает упругость насы-щенного водяного пара надо льдом. Это наблюдается при соприкосновении водяного пара с более холодными, чем воздух, частями ВС. Например, при быстром снижении ВС из более холодных верхних слоев атмосферы в более теплые нижние слои или при входе в слой инверсии на поверх-ности ВС образуются ледяные кристаллы, которые через некоторое время (когда температура ВС сравняется с температурой окружающего воздуха) исчезают. Обычно это тонкий налет, не созда-ющий угрозы полету, но на некоторое время он может покрыть остекление кабины ВС и тем са-мым ухудшить визуальный контакт с ВПП при посадке. Процесс сублимации наблюдается также при стоянке ВС на земле. При кратковременной стоянке ВС холодное топливо в баках (с отрица-тельной температурой) может привести к обледенению верхней поверхности крыла над топлив-ными баками в условиях более теплого влажного воздуха. В этом случае на поверхности крыла отлагается гладкий, прозрачный лед, который при взлете срывается и кусками попадает в воздухозаборники двигателей, расположенных в хвостовой части ВС. Такое обледенение называется «топливным» обледенением. При обледенении самолетов и вертолетов применяют следующую классификацию снежно-ледяных отложений на поверхности ВС (рис. 4.7).  Рис. 4.7. Классификация снежно-ледяных отложений на поверхности ВС Прозрачный лед– отложения льда компактного стекловидного строения. Прозрачный лед образуется, как правило, при полете в кучевых облаках, содержащих преимущественно крупные капли, или в зоне переохлажденного дождя при температуре от 0 до –10 ºС и ниже. Столкновение крупных переохлажденных капель с ВС приводит к их растеканию и распространению потоком воздуха перед замерзанием по поверхности ВС. В результате образуется гладкий ледяной покров. В начале процесса отложения или при небольшом отложении льда его поверхность ровная и почти не искажает профиля несущих поверхностей ВС. Но при значительном нарастании лед становится бугристым, что делает этот вид отложения, обладающего наибольшей плотностью, очень опасным из-за изменения аэродинамических характеристик ВС и веса отложения. Матовый (полупрозрачный) смешанный лед образуется при полете в смешанных облаках, состоящих из большого количества мелких и крупных переохлажденных капель воды в сочетании с ледяными кристаллами и снежинками, при температуре от –6 до –10 оС. Крупные капли расте-каются перед замерзанием, мелкие же замерзают, не успевая растечься, снежинки и кристаллы прилипают к замерзающей водяной пленке и вмерзают в нее. В результате образуется ледяное от-ложение матового цвета с неровной шероховатой поверхностью, растущее в направлении потока. Плотность матового льда лишь немногим меньше плотности прозрачного льда, а форма его отло-жения значительно ухудшает аэродинамические характеристики крыльев ВС, поэтому матовый лед является наиболее тяжелым и опасным видом обледенения ВС. Белый (крупообразный) лед образуется при полете в чисто водяных облаках, состоящих, главным образом, из сравнительно однородных мелких капель, наиболее часто при температуре ниже –10 оС. Капли быстро замерзают при ударе о поверхность ВС, сохраняя свою сферическую форму. Этот вид льда отличается пористостью, небольшими плотностью и весом. Наличие воздуха между смерзшимися каплями придает ему белый цвет. Он слабее пристает к поверхности ВС и при вибрации в полете обычно легко отделяется и слетает. Однако при продолжительном полете в облаках (более 1 ч) скапливающийся белый лед под влиянием механических ударов воздуха уплотняется, и отложение этого льда может увеличиться до опасных размеров, причем основную опасность представляет изменение аэродинамических характеристик ВС. Из всех перечисленных видов отложений льда наиболее часто встречается матовый лед, по-скольку в переохлажденных облаках обычно существуют капли различных размеров. Лишь внут-римассовые слоистые облака и туман состоят из сравнительно однородных мелких капель, замер-зание которых дает белый (крупообразный) лед. Изморозь – более крупнозернистое кристаллическое отложение льда при полете в облаках, происходящем при температуре воздуха, равной –10 оС. Изморозь возникает при замерзании мел-ких капель с активным участием ледяных кристаллов. Отложение изморози обычно очень неров-ное, шероховатое, непрочно примыкает к поверхности ВС, при вибрации в полете относительно легко скалывается и сдувается воздушным потоком. Но при продолжительном полете в облаках изморозь может достигать большой толщины, имеет очень неровную форму с рваными выступа-ющими краями, отдельными иглами и столбиками. Такое отложение изморози является опасным для полета. Иней представляет собой легкий мелкокристаллический ледяной налет, возникающий вслед-ствие сублимации водяного пара. Это образование никогда не достигает опасных размеров и легко стряхивается с поверхности ВС под воздействием воздушного потока и вибрации ВС. Опасность представляет лишь отложение инея на стекле кабины пилота, затрудняющий визуальный обзор и управление ВС при заходе на посадку. Образование инея прекращается, как только ВС принимает температуру окружающего воздуха, после чего быстро исчезает. Обледенение на поверхности ВС может принимать различные формы в зависимости от вида льда и скорости полета (рис. 4.8).  Об опасности обледенения свидетельствуют данные статистики и летных испытаний. Так, например, образование льда на передних кромках плоскостей толщиной 13 мм может привести к снижению скорости полета на 56 км/ч и увеличению скорости сваливания на 28 км/ч. Для вертолетов основную угрозу безопасности полета при обледенении представляет значительный рост потребной мощности и резкое ухудшение авторотационных свойств несущего винта. При этом весьма опасно неодновременное удаление льда с лопастей, в результате чего вызывается тряска из-за неуравновешенности несущего винта. Обледенение воздухозаборников реактивных двигателей вследствие особенностей аэродина-мики их обтекания и местных понижений давления и температур может начаться раньше, чем других элементов, и протекать интенсивнее. Соответственно, помимо изменения массовых характеристик, это влечет за собой ухудшение показателей работы двигателей, а возможность попадания осколков льда в компрессор грозит его повреждением. Обледенение приемника воздушного давления и входных каналов статического давления мо-жет оказаться крайне опасным для выполнения полета по приборам, поскольку вносит большие неточности в показания указателя скорости и высотомера. Это может касаться и других баромет-рических приборов, например, вариометра, указателя поворота и скольжения (в зависимости от конструкции системы статического давления). Обледенение стекол кабины приводит к резкому ухудшению обзора внешнего пространства. Од-ним из основных условий обеспечения безопасности полетов в условиях обледенения является своевременное включение противообледенительной системы. В основе действия противообледенительных систем, применяемых на воздушных судах, лежит нагрев, механические принципы и противообледенительные жидкости. Так, для предупреждения обледенения на входе в двигатель и на лобовой поверхности крыла ВС создается водонепроницаемый электронагревательный слой, через который по команде от сигнализатора обледенения при температуре воздуха, близкой к 0 °С, пропускается электриче-ский ток. Обычно ПОС состоит из двух слоев изоляции, между которыми расположен нагревательный элемент, и водонепроницаемого слоя, на внешней поверхности которого в предохранительной оболочке установлен датчик, сигнализирующий о наличии обледенения. Противообледенительные системы, использующие специальные жидкости, могут применяться на самолетах и вертолетах. Жидкость подается на те места конструкции, которые наиболее под-вержены обледенению и наиболее важны с точки зрения надежности полета. Чтобы избежать опасности обледенения, рекомендуется руководствоваться следующими положениями: 1. При отрицательных температурах у поверхности земли ВС может подвергнуться наземно-му обледенению еще во время стоянки. ICAO для предотвращения наземного обледенения рекомендована концепция «чистого ВС»: при проведении эксплуатационных наземных операций в условиях, способствующих наземно-му обледенению ВС, нельзя предпринимать попытку взлета, если на крыльях, воздушных вин-тах, поверхностях управления, воздухозаборниках двигателей или других критических поверх-ностях присутствует или налип лед, снег, слякоть или ледяной налет. Наземное обледенение возможно в морозную погоду при большой влажности воздуха, гололе-де, а также при наступившем резком похолодании после выпадения мокрого снега. Такое обле-денение резко ухудшает условия пилотирования ВС на взлете и может ускорить отложение но-вого льда при входе ВС в облачность. Поэтому при подготовке ВС к полету нужно обязательно очистить его поверхность от льда, снега, изморози или инея. 2. При ознакомлении с метеорологической обстановкой необходимо, прежде всего, опреде-лить зоны наиболее вероятного обледенения, которые расположены на высотах изотерм 0 и –10 ºС. Одновременно с этим нужно выяснить, как распределяется облачность по горизонтали и вертикали и каковы ее микроструктурные особенности. Если облака (фронтальные и внутри-массовые) не распространяются выше изотермы –10 °С, то в них возможно интенсивное обле-денение. В таком случае нужно скорее пробивать облака и лететь над ними. Если внутримассо-вые или фронтальные облака имеют характер кучево-дождевых, то интенсивное обледенение в них возможно на больших высотах при температуре до –35–40 °С. В случае гололеда при тем-пературе у поверхности земли, равной от –1 до –3 °С, опасная зона обледенения обычно рас-пространяется по высоте не более 800–1000 м. 3. При начавшемся обледенении нужно убедиться, насколько оно опасно, для чего следует пролететь 5–10 мин. Если при этом встретилось умеренное или сильное обледенение, но одно-родное по своей интенсивности, то это указывает на однородность строения слоистой или слоисто-кучевой облачности, которая связана со слоем инверсии. В этом случае наиболее правильным решением будет пробивание облачности вверх. 4. Если интенсивность обледенения резко изменяется от слабой до сильной, то район полета занят неоднородной кучево-дождевой облачностью. Обычно в таких случаях наблюдается и резко выраженная болтанка. В этих случаях целесообразнее продолжать полет, не меняя эше-лона, и периодически использовать противообледенительные устройства для сбрасывания льда. Пробивание облака вверх возможно лишь при известной высоте верхней границы облачности. Можно считать, что в холодное полугодие в тылу циклона она должна составлять не менее 3,5–4 км. 5. Старые размытые фронты, так же как фронтальные разделы в антициклонических областях и седловинах, зимой очень часто являются причиной сильного обледенения в нижних слоях. Ширина опасной зоны составляет при этом 50–100 км, а ее верхняя граница находится чаще всего на высоте, не превышающей 1000 м. 6. Наиболее опасными по возможности обледенения являются обостренные, медленно дви-жущиеся фронты. Особое внимание следует обращать на те фронты, которые наряду со слои-сто-дождевой и высокослоистой облачностью вызывают также образование замаскированных кучево-дождевых облаков, в которых может произойти внезапное сильное обледенение. 7. Такие явления, как изморозь у земной поверхности, выпадение крупы большего или мень-шего размера, являются признаками возможности обледенения в облаках. 8. В горных местностях опасность обледенения возрастает с наветренной стороны хребта и становится менее вероятной с подветренной стороны. 9. При полете в зоне обледенения на ВС, имеющем большой диапазон скоростей, нужно учи-тывать соотношение между температурой воздуха в зоне обледенения и скоростью полета. В нижних слоях атмосферы, где такие зоны встречаются обычно при температурах не ниже –10 °С, увеличение скорости до 600–700 км/ч в большинстве случаев обеспечивает освобождение от обледенения. Однако в верхних слоях тропосферы, где при попадании в кучево-дождевые облака можно встретить обледенение при гораздо более низких температурах, увеличение скорости полета может привести к усилению обледенения. При этом нужно учитывать, что обледенение турбореактивных ВС на больших высотах может произойти не только при наличии переохлажденных капель, но и вследствие высокой концентрации снежинок или ледяных кристаллов. Освобождаться от обледенения в подобных случаях следует либо путем выхода из облаков вверх, если известна высота их верхней границы, либо отклонением в сторону. 10. При полетах на турбореактивных ВС в холодное время года во время снижения ВС и захо-да на посадку сравнительно небольшая скорость полета, не обеспечивая достаточного кинетического нагрева, может привести к внезапному интенсивному обледенению при пробивании переохлажденных облаков, расположенных в нижнем двух-трехкилометровом слое тропосферы. |