Шке верхней атмосферы, о метеорологических условиях по
 Скачать 1.82 Mb.
|
|
Профильное обледенение возникает в переохлажденном дожде и в облаках с большой водностью и крупными каплями при не очень низких температурах. Лед отлагается на большой ширине и почти повторяет профиль крыла. Лед прозрачный или матовый. Данный вид обледенения при большой интенсивности будет представлять большую опасность для полета. Желобкообразное обледенение характерно для скоростных самолетов. Оно возникает, когда вследствие кинетического нагрева на передней кромке крыла температура становится положительной. В этом случае капли стекают по профилю крыла от передней кромки к ее периферии с отрицательной температурой, где и замерзают. Данный вид ледяного отложения сильно искажает профиль крыла и нарушает его аэродинамику, и является наиболее опасным. Бугристая форма образуется при полете в смешанных облаках, когда капли относятся потоком воздуха за нулевую изотерму и там замерзают. При больших скоростях полета вследствие кинетине-, ского нагрева передняя часть профиля может иметь положительную температуру. Тыловая же часть, в частности закрылки и триммеры, будут находиться в условиях отрицательной земпературы. Значительное отложение льда в этой части крыла очень опасно, так как самолет из-за обледенения может стать неуправляемым. 2.1.3 Влияние обледенения на полет и способы борьбы с ним Отложение льда на различных частях ВС оказывает существенное влияние на их летные качества и выполнение полета. Прежде всего, оно влияет на управляемость и устойчивость ВС. При обледенении крыла нарушается нормальное обтекание его воздушным потоком, срыв потока происходит при меньших, углах атаки, максимальный коэффициент подъемной силы уменьшается и значительно возрастает коэффициент лобового сопротивления. Это приводит к уменьшению вертикальной скорости набора высоты, снижению потолка и максимальной скорости полета, увеличению расхода топлива и ухудшению маневренных качеств. Кроме того, отложение льда приводит к увеличению полетной массы ВС и, как следствие, к уменьшению избыточной тяги двигателей. Помимо этого, падение тяги двигателей происходит из-за обледенения их входных устройств и соответственного уменьшения расхода воздуха. Существенное уменьшение мощности двигателей происходит при включении противообледенительной системы (ПОС). Влияние обледенения на летно-технические характеристики ВС видно из следующего примера. При образовании на крыльях и оперении самолета Ан-12 желобкообразного обледенения толщиной около 20 мм скорость полета при постоянном режиме работы двигателей уменьшается на 50-70 км/ч. Включение ПОС этого самолета приводит к уменьшению скорости полета на 25-30 км/ч, скороподъемности на 1,5-2 м/с и потолка на 1200-1500 м. Таким образом, обледенение и работа ПОС, если в ней используется горячий воздух двигателей, оказывает заметное влияние на полет ВС по маршруту. Особенно велико это влияние на режимах взлета и посадки. Взлетать на обледеневшем ВС запрещается. Это объясняется тем обстоятельством, что уменьшение коэффициента подъемной силы и возрастание коэффициента лобового сопротивления из-за искажения отложением льда профиля крыла значительно увеличивает скорость отрыва и длину разбега. Кроме того, возрастает скорость сваливания, а так как управляемость ВС при обледенении ухудшается, возникает опасность входа в режим сваливания. Особенно опасная ситуация возникает на посадке. На режимах предпосадочного снижения основное влияние на устойчивость и управляемость ВС оказывает обледенение крыла и стабилизатора. У ВС возникает тенденция к пикированию, происходит так называемый клевок. Для некоторых I инов В( >то проявляется внезапно и резко, для других до- паточно плавно, что позволяет пилоту предпринять пра- вн выпас действия для вывода ВС из клевка. При отложении льда на передних кромках рулей, замерзании влаги в стыках секции подкрылков, закрылков и I и. может произойти их заклинивание в полете и отказ в работе. Серьезную опасность представляет обледенение дви- га гелей ВС (рисунок 2.2). Наиболее часто отложение льда происходит на воздухозаборнике, на деталях входного каната двигателя и его лопатках. Наибольшее количество льда обычно откладывается на неподвижных частях двигателей. В результате отложения льда на входном устройстве двигателя уменьшаются размеры проточной части, секундный расход воздуха и степень повышения его давления в компрессоре. )го вызывает падение мощности двигателя и может служить причиной помпажа компрессора и самовыключения двигателя. Отложение льда на лопатках двигателя вызывает увеличение его вибрации, что может привести к разрушению подшипников из-за дисбаланса ротора турбокомпрессора. Куски льда, срываемые с лопаток и неподвижных частей входного устройства, ударяют по лопаткам, деформируя и нередко разрушая их.  Рисунок 2.2 - Обледенение двигателя У поршневых и турбовинтовых ВС определенную опасность представляет обледенение лопастей двигателей. Отложение льда происходит, в первую очередь, на втулке и прилегающих к ней частях лопастей, так как вследствие кинетического нагрева их концы имеют более высокую температуру. Обледенение лопастей вызывает тряску двигателей, а куски льда, срываемые с них, могут серьезно повредить обшивку ВС, остекление кабины или другие элементы конструкции. Особенностью обледенения самолетов с газотурбинными двигателями является возможность обледенения в воздухозаборниках при температурах до 1-5 °С. Здесь происходит расширение воздуха, и его температура адиабатически понижается ниже О °С. При обледенении двигателя отложение льда происходит на поверхности входного канала. В результате этого уменьшается входное сечение канала и, следовательно, тяга двигателя. Образовавшийся лед может срываться и попадать в компрессор, вызывая там механические повреждения. Обледенение двигателя - одно из наиболее опасных явлений, поскольку летчик не замечает начала обледенения. При полете в облаках во избежание обледенения двигателя требуется включать ПОС при температуре ниже +§ °С. Очевидно, что во всех случаях нужно сокращать до минимума время пребывания самолета в условиях обледенения. Организация и управление полетами должны осуществляться так, чтобы полеты выполнялись по возможности без обледенения самолетов. Обледенение отрицательно сказывается на функционировании радиосредств. Отложение льда на антеннах затрудняет радиосвязь. Сильное обледенение может привести к замыканию их на корпус ВС или обрыву, вследствие чего радиосвязь прекращается и наступает отказ в работе радионавигационного оборудования. При обледенении приемника воздушного давления (далее ПВД) могут выйти из строя такие важные пилотажные приборы, как указатель скорости, высоты, угла атаки, числа М, скорости набора высоты. Это может привести к непроизвольному выводу ВС на опасные режимы полета. Покрытие льдом остекления кабины пилотов ухудшает обзор и затрудняет выполнение посадки. Таким образом, признаками входа в зону обледенения в облаках и осадках могут быть: внезапное падение тяги двигателя и скорости полета вследствие отложения льда на профиле крыла или на входном устройстве двигателя; отказ указателей скорости, высоты, числа М и вариометров вследствие обледенения ПВД; вибрация и тряска крыльев, хвостового оперения или винта (у поршневых) вследствие неравномерного отложения льда вдоль кромки крыла, хвостового оперения и на лопастях винта; вождение и подергивание ручки управления; ухудшение обзора вследствие обледенения стекол кабины; радиопомехи, ухудшение слышимости при обледенении антенны; уменьшение видимой яркости аэронавигационных огней. Как было сказано ранее, обледенение может возникать при обязательном выполнении двух условий: наличие в воздухе на высоте полета переохлажденных капель воды и отрицательная температура поверхности ВС. Соответственно, при невыполнении хотя бы одного из них обледенения не будет. Значит, в этом направлении и должны развиваться способы борьбы с обледенением. Способы борьбы с обледенением в полете подразделяются на активные и пассивные. Активные способы борьбы заключаются в предотвращении образования льда или его удалении с помощью ПОС. В зависимости от принципа действия системы делятся на термические, химические и механические. Термические ПОС основаны на разогреве обледеневающей поверхности до температуры выше О °С. Наиболее широко применяются воздушно-тепловые системы, использующие для нагрева горячий воздух двигателей. Они используются для обогрева передних кромок крыльев, киля, воздухозаборников, разделительных перегородок воздушных каналов и других входных устройств двигателей. Другим типом термических систем являются электро- тепловые, которые в качестве рабочей части используют токопроводящий слой. Этот слой располагается между двумя электроизоляционными слоями, один из которых соприкасается с нагреваемой поверхностью. В целях сокращения расхода электроэнергии обогрев производится импульсами. Электротепловые ПОС используются для обогрева носка стабилизатора, остекления кабины и лопастей ВС. Химические системы основаны на понижении температуры замерзания воды. Для этого используются жидкости, имеющие достаточно низкую температуру замерзания, хорошо смачивающие, не коррозирующие и не портящие лакокрасочные покрыт ия. К таким жидкостям относятся спирты, смеси спирта с глицерином и т.п. Химические ПОС используются для защиты от обледенения винтов, стекол кабины, плоскостей и хвостового оперения. Существенным недостатком этих систем являются сложность конструкции, ограниченность действия во времени и необходимость иметь на борту ВС значительный запас жидкости. Так, например, расход спирта в противообледенительных системах на нормальном режиме составляет 1-1,5 л/мин. Механический способ состоит в механическом удалении образовавшегося льда с лобовых частей плоскостей и хвостового оперения. Этот способ применяется на не ско- росгных самолетах. В передних кромках крыла, хвостового оперения прокладываются резиновые протекторы (резиновые шланги), через которые периодически пропускают сжатый воздух. Протекторы пульсируют, ломают лед. а набегающий воздушный поток его сдувает. Недостаток этой системы заключается в нарушении аэродинамических характеристик крыла и оперения при вздутии протекторов, а также в слабой эффективност и протекторов. Пассивные способы или приемы предусматривают принятие летчиком таких мер в полете, которые позволяют избежать зоны обледенения или своевременно выйти из нее, изменив профиль полета. Для этого перед полетом экипаж обязан тщательно изучить метеообстановку и получить подробную консультацию в метеоподразделении, а профиль полета должен быть выбран с учетом наименьшей вероятности обледенения. Перед входом в зону обледенения пилоту необходимо применить все имеющиеся ПОС и принять правильное решение относительно дальнейшего полета с учетом сложившихся метеоусловий. Если обледенение продолжается, безопасность полета не обеспечивается, командир по согласованию с командным пунктом обязан изменить высоту полета для выхода из зоны обледенения (рисунок 2.3). Возможности борьбы с обледенением маневром скорости ограничены и применяются на сверхзвуковых самолетах, обладающих широким диапазоном скоростей. На рисунке 2.3 проиллюстрировано, что при полетах в теплое время года выход из зоны обледенения следует производить путем снижения в слои с положительной температурой. В холодное время года выход из зоны обледенения можно осуществлять набором высоты в область более низких температур. В этом случае исключается одно из обязательных условий возникновения обледенения. В слое с положитель- ной температурой поверхность ВС не будет иметь отрицательной температуры, а в области низких температур на больших высотах маловероятно наличие переохлажденной воды в жидком агрегатном состоянии.  Рисунок 2.3 - Пассивные способы борьбы с обледенением Рекомендации по выполнению полетов в зонах обледенения Перед полетом изучить метеорологическую обстановку, используя приземные синоптические карты и карты барической топографии, аэрологические диаграммы. Запрещается взлетать на ВС, поверхность которых покрыта льдом, снегом или инеем. Полеты в условиях обледенения на ВС, не имеющих допуска к эксплуатации в этих условиях, запрещаются. В полете вести наблюдение за температурой наружного воздуха и перед входом в облака и осадки при температуре +5 °С и ниже включать ПОС. Зимой из зоны обледенения уходить вверх, в сторону более низких отрицательных температур, летом - вниз, в сторону положительных температур. Признаками обледенения большой интенсивности является быстрое нарастание льда на остеклении кабины и уменьшение приборной скорости. Если принятые экипажем меры по борьбе с обледенением оказываю гея не эффективными и безопасное продолжение полета не обеспечивается, командир воздушного судна обязан по согласованию с руководителем полетов изменить высоту или маршрут для выхода из зоны обледенения или уйти на запасной аэродром. Всегда необходимо придерживаться основного принципа: время нахождения ВС в условиях обледенения должно быть минимальным. 2.2 Грозовая деятельность. Турбулентность, болтанка самолета 2.2.1 Грозовая деятельность Гроза - комплексное атмосферное явление, выраженное в интенсивном процессе образования кучево-дождевого облака, сопровождающееся электрическими разрядами в виде молний и звуковыми эффектами в виде грома, а часто и выпадением ливневых осадков. Обозначается символом |§. Кучево-дождевые облака (рисунок 2.4) образуются в результате интенсивных восходящих потоков влажного воздуха. Такие потоки возникают в результате: а) термической конвекции; б) вынужденной конвекции: вынужденный подъем воздуха вдоль горных склонов; -вытеснение вверх теплого воздуха на атмосферных фронтах (чаще на холодных). Термическая конвекция и вынужденный подъем воздуха нередко действуют одновременно. Грозы возникают в кучево-дождевых облаках, которые в этом случае называются грозовыми. Площадь хорошо развитых кучево-дождевых облаков обычно не превышает 50-100 км2. В грозовых облаках сконцентрирована колоссальная энергия, проявления которой всегда поражают человеческое воображение.  Условные обозначеии я: Направление движения облава Направление воздушных лотовая Рисунок 2.4 - Схема строения кучево-дождевого облака Расчеты показывают, что в грозовом облаке небольших размеров (площадью около 30 км2) при конденсации водяного пара выделяется около 1,8-10’ калорий тепла. Примерно такое же количество тепла (2-1013) выделяется при взрыве атомной бомбы среднего калибра или взрыве 20000 т тротила. Количество тепла, выделяемое при конденсации водяною пара в хорошо развитом облаке, занимающем площадь около 100 км2, равно количеству тепла, образующемуся при взрыве водородной бомбы, что примерно в 1000 раз больше, чем при взрыве атомной бомбы, и эквивалентно взрыву 20 млн. г тротила. Вся эта громадная тепловая энергия, выделяющаяся при конденсационных процессах, расходуется на развитие в облаке восходящих токов, которые поддерживают во взвешенном состоянии сотни тысяч тонн воды. Восходящие токи иногда способствуют развитию грозовых облаков до больших высот. Вершины облаков могут пробивать тропопаузу и проникать в нижнюю стратосферу. В умеренных широтах грозовые облака могут развиваться до 12-14 км, в Закавказье, Средней Азии и Дальнем Востоке - до 15-16 км, в Индии - до 18 км, в экваториальной зоне - до 20-21 км. В грозовых облаках наибольшую угрозу для авиации представляют такие опасные явления, как сильная турбулентность, мощные вертикальные токи воздуха, интенсивное обледенение, электрические разряды, град и ливневые осадки. Следует отметить, что все эти опасные явления могут наблюдаться одновременно. Под облаками опасность представляют шквалистые ветры, достигающие иногда ураганной силы, смерчи, ливневые осадки (дождь, град, снежные заряды), между облаками - сильные нисходящие и восходящие воздушные потоки, сдвиги ветра. Для образования грозового облака необходимы следующие условия: Вертикально направленные восходящие потоки воздуха (конвекция). Большое влагосодержание воздуха (абсолютная влажность я>13 г/м3 или упругость водяного пара е>15 гПа). Большая положительная энергия неустойчивости в тропосфере (до 400 гПа). Вертикальный температурный градиент Т> 0.65 °С/100 м. Продолжительность существования кучево-дождевого облака составляет несколько часов. За это время кучеводождевое облако проходит три стадии своего развития. |