Интенсивность обледенения

Скорость нарастания льда на различных частях самолета в единицу времени называется интенсивностью обледенения. Она обычно измеряется толщиной отложившегося льда в миллиметрах в одну минуту, принято считать, что слабое обледенение соответствует скорости отложения льда не более 0,5мм/мин, умеренное – до 1мм/мин, сильное – более 1мм/мин. Иногда интенсивность обледенения может достигать 5-6 мм/мин и даже более. Интенсивность обледенения зависит от водности облаков (количества воды в жидком и твердом виде в граммах в кубическом метре облака), агрегатного состояния облаков и размеров облачных капель, скорости полета, профиля крыла самолета и других факторов, учесть которые не всегда представляется возможным.

Степень обледенения при прочих равных условиях зависит от интенсивности обледенения и продолжительности полета в зоне обледенения.

Интенсивность обледенения растет с ростом водности облака. Однако на интенсивность в этом случае влияет главным образом не общая водность облака (капли и кристаллы), а количество жидкой воды в единице объема. Наиболее интенсивное обледенение наблюдается при водности, превышающей 1г/м³.

Рассматривая агрегатное состояние облаков, следует указать, что наиболее опасное и интенсивное обледенение бывает в зонах переохлажденного дождя и в облаках с крупными переохлажденными каплями. В смешанных облаках интенсивность обледенения и его вероятность уменьшается, а в чисто кристаллических облаках вероятность обледенения незначительна.

Обледенение движущегося самолета происходит следующим образом. При установившемся движении частицы воздуха, обтекая крыло, движутся по линии тока. Воздушный поток до подхода к профилю разделяется на две части – верхнюю и нижнюю и смыкается за крылом. Вместе с воздухом движутся и переохлажденные капли. Вначале они перемещаются прямолинейно и лишь там, где линии тока искривляются, огибая профиль крыла, капли по инерции, стремясь сохранить свое движение, отклоняются от линий тока и оседают на передней кромке крыла. Чем крупнее капли, тем (вследствие большей силы инерции) прямолинейнее будет их траектория и тем больше их осядет на выступающей поверхности крыла. Мелкие капли, имеющие небольшую массу, увлекаются воздушным потоком и вместе с ним огибают профиль крыла. (См. Приложение Рис. 61.)

Интенсивность обледенения увеличивается с ростом скорости полета. Это объясняется, во-первых, увеличением объема воздуха, обтекающего самолет в единицу времени, так как больше капель сталкивается с ним, и, во-вторых, тем, что при возрастании скорости все более мелкие капли оседают на частях самолета (с ростом скорости увеличивается сила инерции).

Однако при значительном увеличении скорости наблюдается явление, препятствующее дальнейшему обледенению: происходит кинетический нагрев поверхности самолета вследствие сжатия воздуха перед лобовыми частями самолета и трения частиц воздуха о его поверхность.

Наибольший нагрев наблюдается у лобовых частей самолета в критических точках, так как здесь происходит полное торможение встречного воздушного потока, и вся кинетическая энергия превращается в тепловую. Таким образом, температура поверхности летящего самолета, а, следовательно, и его обледенение зависят не только от температуры окружающего воздуха, но и от кинетического нагрева.

Для боковых поверхностей самолета повышение температуры составляет около 50% от ΔТ.

При полете в облаках и зонах дождя кинетический нагрев бывает обычно меньше, чем при полете в безоблачном пространстве, так как капли, оседая на поверхности самолета, частично испаряются, понижая температуру. Величина кинетического нагрева в этом случае будет составлять 60% от нагрева в безоблачном пространстве.

Таким образом, температура поверхности самолета при определенной скорости может быть выше температуры окружающего пространства даже на тех высотах, где она значительно ниже 0⁰С. Поэтому нижний уровень обледенения скоростных самолетов не всегда совпадает с высотой изотермы 0⁰С в облаках, а располагается выше, причем тем выше, чем больше скорость самолета.

Практика показывает, что наибольшее число случаев обледенения наблюдается при скорости самолета меньше 600км/час, в особенности при скорости 400-500км/час. При скорости выше 800км/час обледенение маловероятно.

Скорость полета самолета в км/час

Интенсивность обледенения зависит также от профиля крыла самолета. Установлено, что тонкие профили крыльев обледеневают более интенсивно, чем толстые. Это объясняется тем, что более тонкий профиль крыла вызывает разделение встречного набегающего потока на более близком расстоянии от крыла, чем в случае толстого профиля. Такое перемещение места разделения потока делает линии тока, обтекающие крыло, более крутыми, инерционные силы капель большими, поэтому почти все капли (большие и малые) оседают на тонком ребре крыла.