Рис. 3 Радиоизотопный датчик обледенения РИО-3
Рис.10 Индуктор
Рис.9 Схема электроимпульсной ПОС
Рис. 6 Устройство обогрева носков крыла самолёта Boeing-737-500
Рис. 5 Обогреваемая обечайка воздухозаборника
Электротепловые ПОС
Электротепловые системы (рис.7) применяются для защиты от обледенения воздушных винтов, лобовых стекол фонаря кабины пилотов и наряду с воздушно-тепловыми системами - для обогрева крыла, стабилизатора и киля.
Электрообогрев достигается пропусканием электрического тока через материал с большим омическим сопротивлением. Токопроводящий слой выполняется в виде отдельных проволочек, сетки или пленки, которые заделываются с обеих сторон слоями изоляции. На крыле и оперении внешний слой изоляции имеет хорошую теплопроводность, внутренний слой - высокие теплоизоляционные свойства. Противообледенительное устройство носовой части крыла показано на рис.7. На лопастях воздушных винтов нагревательные элементы защищены от повреждений накладками из нержавеющей стали или титанового сплава.
|
|
Обогрев с применением прозрачной токопроводящей пленки применяется для лобовых стекол фонаря кабины пилотов (рис.8).
|
Пленку наносят на внутреннюю поверхность внешнего стекла методом напыления. Пленочный обогрев применяется иногда на тонком крыле, стабилизаторе, киле. В этом случае на обшивку методом напыления наносят электротеплоизоляционный слой, а на него - токопроводящую пленку. Сверху пленку покрывают слоем изоляции и защищают абразивостойким покрытием.
Электротепловые системы могут быть непрерывного и циклического действия. Системы циклического действия крыла и оперения имеют обычно тепловые ножи. На лопастях воздушных винтов тепловые ножи не предусматриваются, так как подтаявший лед легко сбрасывается с них действием центробежных сил
Механические ПОС
Принцип действия механических систем основан на скалывании льда механическим путем. Такое удаление льда применяется на крыле и оперении. Существует два вида механических систем: пневматическая и электроимпульсная.
Пневматическая система имеет на защищаемой поверхности протектор из эластичного материала (резины, прорезиненной ткани) со встроенными в нем продольными или поперечными камерами. Протектор разбит на ряд секций, в которые поочередно подается сжатый воздух под давлением 120 - 130 кПа. Воздух раздувает камеры протектора, скалывая лед, который уносится воздушным потоком. При выключении подачи воздух из камер отсасывается эжектором и сбрасывается в атмосферу.
|
|
Пневматическая ПОС имеет небольшую массу, простую конструкцию и при циклической работе не требует большого расхода воздуха, однако протектор увеличивает профильное сопротивление крыла (оперения) не только в рабочем, но и в нерабочем состоянии, особенно в системах с продольными камерами. Протектор имеет ограниченный ресурс, так как его материал от действия динамических нагрузок и атмосферных условий постепенно теряет свои свойства.
Пневматические системы применяют на самолетах, летающих со скоростями не более 600 км/ч, поскольку на более высоких скоростях протектор самопроизвольно деформируется под действием аэродинамических сил.
Электроимпульсная система (рис.9) находит все более широкое применение на современных самолетах для защиты от обледенения крыла и оперения.
1- предкрылок; 2- индуктор; 3- стабилизатор (киль); 4- блок конденсаторов.
Рабочие элементы системы - индукторы (рис. 10), закрепленные с внутренней стороны обшивки вдоль передней кромки защищаемой поверхности. Индуктор представляет собой катушку из медной проволоки, на которую с высоковольтных конденсаторов подаются кратковременные импульсы тока высокого напряжения. Электрический заряд создает в индукторе кратковременное магнитное поле, индуцирующее вихревые токи в обшивку. Создаваемая таким
образом сила отталкивания вызывает упругую деформацию обшивки с малой амплитудой и большим ускорением и проявляется в форме удара, который производит раскалывание льда на поверхности обшивки.
1- каркас; 2- болт клеммный; 3- оболочка; 4- катушка возбуждения.
Система работает циклически. Для этой цели индукторы разбиты на группы, включаемые в работу последовательно. На каждую группу индукторов подается два-три импульса энергии с промежутком в 2 - 3 с, необходимым для подзарядки конденсаторов. Включение системы в работу осуществляется автоматически от сигнализатора обледенения и вручную.
Рис.11 Установка индукторов в носке крыла
Система экономична, имеет небольшую массу, не создает барьерного льда, образующегося в тепловых системах при растекании воды. Недостаток системы - большой шум при работе.
Жидкостные ПОС
Жидкостные системы используются в качестве вспомогательного средства, предназначенного для удаления льда с лобовых стекол фонаря кабины пилотов, в некоторых случаях применяются для удаления льда с лопастей воздушных винтов. В качестве рабочей жидкости используется этиловый спирт, подаваемый на стекла через форсунки или другие распределительные устройства, а на лопасти вращающегося винта под действием центробежных сил.
Спирт, смешиваясь с переохлажденными каплями воды, понижает температуру их замерзания и предотвращает образование льда. Со стекла смесь удаляется стеклоочистителями, с винтов - центробежными силами.
Жидкостные системы в настоящее время применяются в основном в профилактических целях, поскольку малоэффективны при наличии льда на защищаемой поверхности.
Эффективность противообледенительных систем во многом зависит от своевременности обнаружения начала обледенения. Для этого ВС имеют сигнализаторы обледенения. Датчики сигнализаторов устанавливают в воздухозаборниках двигателей и в местах с наименьшим искажением воздушного потока. Сигнализаторы обледенения могут быть автономными приборами или входить в состав противообледенительных систем. Сигнализаторы делятся на две группы - прямого и косвенного действий.
Сигнализаторы прямого действия реагирует на слой льда, образовавшегося на датчике (РИО, ДСЛ). Он имеет пониженную чувствительность, так как для нарастания льда на датчике требуется время.
Сигнализатор косвенного действия реагирует на состояние внешней воздушной среды. Простейший сигнализатор прямого действия представляет собой штырь, установленный в поле зрения пилотов. По такому указателю приближенно можно определить начало обледенения и толщину льда. Широко распространены радиоизотопные сигнализаторы прямого действия. Их работа основана на ослаблении радиоактивного излучения при прохождении через слой льда, образующегося на поверхности датчика. Такой сигнализатор дает возможность установить начало и конец обледенения, непрерывно определять толщину льда и интенсивность обледенения. Датчик радиоизотопного сигнализатора (рис.3) в верхней части штыря имеет герметичный патрон с радиоактивным изотопом, облучающим газоразрядный счетчик. По всей высоте штыря намотан нагревательный элемент для периодического нагревания экрана и сбрасывания образовавшегося льда с целью обнаружения момента прекращения обледенения. Датчик радиоизотопного сигнализатора дает возможность автоматического включения в работу противообледенительной системы. Сигнализаторы обледенения косвенного действия реагируют на присутствие в атмосфере переохлажденных капель воды путем измерения теплоотдачи, электропроводности, электросопротивления и других характеристик воздуха. Такие сигнализаторы имеют высокую чувствительность, но не всегда отличают обычные капли воды от переохлажденных. Для исключения ложных срабатываний при положительных температурах воздуха в них устанавливают датчики температуры.
|
|
1- радиоактивное вещество; 2- стенка штыря; 3- нагревательный элемент; 4- счетчик частиц;
5- окно
Географическая оболочка и ее компоненты направленно развиваются во времени. В этом процессе им свойственны ритмические колебания, при которых состояния геосистем периодически повторяются.
Понятие о ритмах. Ритмическими колебаниями (ритмикой) называют повторяемость во времени комплекса явлений, которые каждый раз развиваются в одном направлении. Ритмика – это всегда процесс, одна из закономерностей существования и развития природы, проявляющаяся в изменчивости всех географических объектов и явлений. Ритмика подразумевает волнообразное изменение их характерных параметров во времени – это колебательный процесс.
|
|
В естественных науках целесообразно различать два вида ритмических колебаний: периодические и циклические. Под периодами понимаются ритмы одинаковой длительности (например, время оборота Земли вокруг оси или период обращения ее вокруг Солнца). Ритмы различной продолжительности именуются циклами. Цифры временных интервалов у циклов означают только среднюю продолжительность изменчивости явления (например, 11-летний цикл колебания солнечной активности). Таким образом, периодичность означает равновеликий характер временных интервалов, а цикличность – возвращение системы в исходное состояние через определенные промежутки времени. Ритмичность, следовательно, включает в себя свойства и цикличности, и периодичности, одновременно не обладая хронологической строгостью, и не возвращая систему в исходное состояние.
Трудность изучения ритмических явлений заключается в том, что ритмов много, продолжительность их разная, происхождение не одинаково, и в действительности мы всегда имеем дело с ансамблем колебаний.
Проявляясь одновременно, ритмы нередко накладываются друг на друга.
Классификация ритмических колебаний. При классификации ритмических колебаний обычно исходят из понятия о длительности протекания процессов, изменчивость которых определяется соответствующими пространственно-временными масштабами (от нескольких сотен миллионов лет (гигациклы) до периодов случайных флуктуации длительностью в минуты, секунды и их доли).
Геологические циклы. Геологические циклы – самая крупная единица установленной ритмики. Они отразились в смене режимов осадконакопления, вулканизма и магматизма; эпохах расчленения и выравнивания рельефа; в чередовании морских трансгрессий и регрессий; в изменении палеоклимата планеты и содержания основных газов атмосферы – СО2 и О2; в чередовании ледниковых и межледниковых эпох; в палеонтологических находках, изменении облика Земли.
Вся известная нам геологическая история Земли обнаруживает циклы в несколько сотен миллионов лет. Наиболее продолжительным астрономическим периодом является галактический год – время между двумя последовательными прохождениями Солнца через одну и ту же точку галактической орбиты. Этот период составляет 160-200 млн лет, и с ним связывают эпохи тектонической активизации: каледонской, герцинской, мезозойской, альпийской. Колебательными движениями земной коры и обусловленным ими изменением распределения суши и моря определяется геологическая цикличность с ритмом порядка 35-45 млн лет, который положен в основу подразделения геологических эр – периодов. Указанные отрезки времени представляют собой своеобразные «сезоны» галактического (космического) года, к которому приурочены различные феномены функционирования планетной системы: крупные тектоно-магматические циклы, эпохи трансгрессий и регрессий, выравнивания или расчленения суши, возникновение глобальных ледниковых эпох и т.п.
При некотором различии в длительности эти этапы обладают общими чертами, которые позволяют говорить о цикличности: начало каждого этапа ознаменовано общим опусканием земной коры, а завершение – ее поднятием. В эпоху опускания господствуют морской режим и более однообразный климат, в эпоху поднятий широко распространены суша, мощные складкообразовательные и горообразовательные движения, дифференциация климата. Средняя продолжительность этих этапов в 170-190 млн. лет примерно соответствует длительности галактического года.
Сверхвековые ритмы. Продолжительность сверхвековой ритмики заключена в диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. Особенно хорошо выражен ритм продолжительностью 1800-1900 лет (например, смена влажного и засушливого климата Сахары).
В 1930 г. югославский геолог Милутин Миланкович установил, что Земля при своем обращении вокруг Солнца испытывает три глобальных колебания за счет: 1) качания оси вращения, способствующей прецессии (предварению равноденствия) и изменению положения географических полюсов; 2) изменения наклона земной оси от 22° до 24,5°, происходящего каждые 41 тыс. лет; 3) пульсации эллиптичности (эксцентриситета) земной орбиты каждые 100 (точнее, 92) тыс. лет, которое влияет на общее количество поступающей на Землю солнечной радиации (в связи с изменением расстояния между Солнцем и Землей), и на продолжительность сезонов года. Эти циклы подтверждаются при анализе океанских осадков; в колебании климата; при определении возраста льда.
Внутривековые ритмы (межгодовая или многолетняя изменчивость). Внутривековые ритмы имеют космическое происхождение, поскольку они обнаруживаются в функционировании Солнечной системы и отдельных небесных тел (гелио-геофизическими связями). Для межгодовых колебаний системы атмосфера - океан - суша обычен следующий набор близких к вековому периоду изменчивости циклов, каждый из которых имеет свою природу: 111 лет, 80-90 лет, 44 года, 35-40 лет, 22 года, 19 лет, 11 лет, 6-7 лет, 3-4 года, 2 года.
Причин у вышеназванных периодичностей может быть несколько.
1. Основная причина связана с солнечной активностью (за счет усиления каждого восьмого 11-летнего солнечного цикла).
2. Установлены ритмы, обусловленные изменениями приливообразующей силы за счет разного положения Земли, Луны и Солнца.
3. Нестабильность вращения Земли (изменения скорости ее вращения и колебания земной оси) порождает в океане и атмосфере полюсной прилив, который, в свою очередь, влияет на движения атмосферы и океана и протекающие в них процессы. Его амплитуда в океане порядка 0,5 см и зависит от величины смещения полюса. В итоге в системе атмосфера - океан - суша наблюдаются нелинейные колебания: атмосфера и океан раскачивают Землю, а Земля влияет на колебания атмосферы и океана, и нутационные движения Земли, атмосферы и океана упорядочиваются и усиливаются. Таким образом, вся система Земля - атмосфера - океан совершает согласованные колебания. По крайней мере два ритма объясняются нутацией полюсов Земли периодичностью в 3 и 6 лет.
Внутригодовые ритмы. Годовая (точнее внутригодовая) или сезонная ритмика отражает влияние внешних (космических, главным образом от Солнца) факторов на Землю и ответную реакцию геосфер на внеземное воздействие. Этот тип ритмики проявляется в смене времен года, временном ходе климатических элементов, гидрологических явлений (ледостав, ледоход, половодье), почвообразовательных и геоморфологических процессов (активизация термокарста летом и его замирание зимой, изменение эрозии в разные времена года), периодах вегетации, сезонных миграциях животных, рыб, птиц и др. Эта изменчивость свойственна любой географической зоне, но она определяется различными причинами: в умеренных широтах – преимущественно ходом температуры, в субэкваториальных областях – режимом увлажнения, в полярных районах – световым режимом. Сезонная ритмика наиболее выражена в высоких и умеренных широтах, слабо – в низких (всего два сезона: сухой и сезон дождей).
Внутримесячная ритмика. Внутримесячная ритмика имеет несколько причин, главная из которых связана с изменчивостью периода обращения Солнца, который колеблется от 25 до 36 суток. Изменение фаз и склонений Луны обусловливает соответствующие колебания атмосферных, гидрологических и биологических процессов. Внутримесячные колебания скорости вращения Земли обнаруживают периодичности в 27, 14 и 9 суток.
Суточная (внутрисуточная) ритмика проявляется в изменениях всех гидрометеорологических параметров (температуры, влажности, атмосферного давления), приливо-отливных явлениях, фотосинтезе, биологической активности животных и др. Нагревание горных пород днем и остывание их ночью создает суточный ритм физического выветривания. Такой же ритм присущ и процессам почвообразования. Бризы и горнодолинные ветры – это проявление суточной ритмики движения воздуха, вызванной изменением его плотности под действием нагревания и охлаждения.
Общие замечания о ритмах. Закон целостности географической оболочки исключает возможность существования изолированной ритмики отдельных компонентов, не затрагивающей другие компоненты. Ритмичность явлений – это форма своеобразного «дыхания» географической оболочки как целостной системы.
Вследствие пространственной изменчивости своей структуры ГО реагирует неодинаково даже на синхронные и периодические внешние воздействия. Поэтому фактически наблюдается сдвиг фаз ритмов во времени и пространстве, то есть гетерохронность (неравномерное развитие во времени) и метахронность (неравномерное развитие от места к месту) их проявления.
Ритмические явления, как и круговороты вещества, не замкнуты в себе (деревья, сбрасывая листву, растут; равнина до ледника и после него).
Всякий географический ландшафт изменяется с возрастом, всё равно, исчисляется ли этот возраст сутками или тысячелетиями. Поэтому ритмические явления, протекающие на фоне непрерывного развития ГО, не могут повторить в конце ритма то состояние, какое было в его начале – каждый географический процесс повторяется только один раз.