обледенение самолета чем опасно
Был только миг: как пилоты обледеневшего A321 спасли 200 жизней
В четверг, 2 декабря, самолет авиакомпании S7, выполнявший рейс Магадан–Новосибирск, экстренно приземлился в аэропорту Иркутска. На борту находились 199 пассажиров и пять членов экипажа. Как заявил перевозчик, из-за обледенения борта отключился автопилот. По информации источника «Известий», обледенели оба двигателя, самолет стал крениться и быстро терять высоту. О том, как развивалась ситуация в небе и сколько времени было у пилотов, чтобы избежать катастрофы, — в материале «Известий».
«Жутко страшно»
Airbus 321 вылетел из Магадана в 11:42 по местному времени. Четыре с небольшим часа спустя он аварийно приземлился в аэропорту Иркутска, и 205 человек теперь с полным правом могут праздновать второй день рождения. Как рассказала «Известиям» одна из пассажирок, рейс с самого начала не был спокойным.
— Мы взлетели, и началась турбулентность, скажем так, очень сильная. Потом мы или теряли, или набирали скорость, но, в общем, давление испытывали очень сильное. Очень сильно качало. Жутко страшно. Не передать словами, — поделилась Екатерина.
По ее словам, сильная качка продолжалась около часа, пассажиры ощущали, что самолет резко потерял высоту.
— Мне казалось, что еще чуть-чуть — и мы ударимся о землю, — отметила Екатерина.
Пилот объявил, что будет техническая посадке в Якутске, но она не состоялась, и борт пошел на Иркутск, рассказала девушка. После этого ситуация, казалось, нормализовалась, пассажирам разрешили вставать.
Андрей Никитин, также летевший этим рейсом, говорит, что пассажиры сразу почувствовали — ситуация нештатная. В течение полутора часов самолет то проваливался вниз, то поднимался.
— Его постоянно кренило из стороны в сторону. Мы всеми фибрами души чувствовали это напряжение, которое было в салоне. Прекрасно понимали, что в любой момент может случиться трагедия. От себя скажу, что я уже мысленно простился со всеми родными и близкими, подумал о том, что у меня было в жизни, чего достиг, чего не достиг. Слава богу, чудо случилось, и мы не просто выжили, а не получили никаких увечий, самолет успешно сел в Иркутске. Я считаю, что это подарок судьбы, — рассказал он.
Взгляд из кабины
«5220, Mayday, Mayday, Mayday. Unreal board speed, research airport», — прозвучал международный сигнал бедствия из кабины пилотов. В Telegram-каналах появилась аудиозапись переговоров, во время которых пилот сообщил диспетчеру о «сильнейшем обледенении» и запросил посадку в ближайшем аэропорту. Сначала его направили на Якутск, но борт не смог зайти там на посадку.
О том, как развивалась ситуация, «Известиям» рассказал источник, близкий к следствию. По его словам, примерно через 15 минут после взлета вышла из строя система автопилота, предположительно, из-за обледенения. Управление самолетом перешло в ручной режим. Само по себе это не катастрофа: все пилоты тщательно отрабатывают эту ситуацию на тренажерах, а те, что поопытнее, оттачивали ручное управление и на самолетах. Однако борт бросало вверх-вниз, были проблемы с поддержанием скорости.
Уже после запроса экстренной посадки, на подлете к Якутску, пилот доложил, что экипаж не может стабилизировать самолет.
— Сибирь 5220, если есть возможность, набирайте 170-й эшелон для стабилизации.
— Пока ничего не можем, справиться со взлетом…
Обледенение не позволило самолету набрать нужную высоту, и вскоре борт начал заваливаться, самолет перешел на так называемый голландский шаг.
— Это колебания с постоянно возрастающей амплитудой. То есть самолет начинает немного терять высоту или образуется крен. Чтобы его блокировать, экипаж старается либо создать крен в другую сторону, либо, если самолет теряет высоту, задрать нос. После того как самолет с некоторой задержкой воспринимает это управляющее воздействие, он быстро переходит через нейтральное положение, и пилоту приходится парировать изменение в пространстве уже в другую сторону. Потом проблема повторяется, но уже с увеличением угла постоянно. Возникают риски, что самолет в какой-то момент потеряет управляемость, — рассказал глава аналитической службы агентства «АвиаПорт» Олег Пантелеев.
Система подала сигнал «опасность сваливания», а также уведомила об обледенении первого и второго двигателей, рассказал источник. Примерно за 10 секунд борт потерял 2,7 тыс. м высоты. По мнению собеседника «Известий», если бы такая ситуация продлилась еще секунд восемь-десять, катастрофа была бы неизбежна.
Однако пилот смог взять управление под контроль и благополучно приземлиться в аэропорту Иркутска.
В Telegram-каналах появилось интервью с командиром воздушного судна Михаилом Кулагиным. Он подтвердил, что проблемы начались сразу после взлета.
— Буквально через две минуты после взлета заледенели все приборы, которые измеряют скорость, высоту и всё другое. Отказало всё, и понеслась чехарда. (…) Попробовали [зайти на посадку в Магадане], попытка эта не удалась, непонятно, какая скорость, мы не успели определиться, и жуткая болтанка, при которой не видно показаний скоростей. Всё наугад исполнялось, тангажи летали. По ощущениям, это было в течение 10–15 минут. Судя по расшифровкам, провалы были до 2 тыс. м, — рассказал он.
Пилот добавил, что в Якутской зоне экипаж дал отбой сигналу «Мэйдэй» и начал набор высоты.
Вина, ошибка или героизм
В авиакомпании S7 подтвердили, что сильное обледенение привело к отключению автопилота.
— S7 Airlines не исключает вероятности, что противообледенительная обработка ВС в аэропорту вылета была проведена с нарушениями. Таким образом, обледенение могло образоваться не только в воздухе, но и еще до взлета — на земле, — сказано в пресс-релизе компании.
В нем уточнено, что были потеряны «некоторые сигналы», и судно попало в «сложное пространственное положение». Также в компании отметили, что из-за обледенения показатели скорости, а также некоторые другие, в том числе крена и тангажа, могли быть недостоверны.
— Есть стандарты, как надо обрабатывать [самолет]. И крылья обрабатывают, и фюзеляж, чтобы там не было наледи и снега. Всё это прописано. Это же всё исторически на крови написано, как и все авиационные правила, — отметил исполнительный директор Авиарегистра России Александр Книвель.
Он вспомнил случаи, когда самолеты, которым не провели антигололедную обработку или провели ее неправильно, падали и разбивались. Так произошло с Як-40, который потерпел крушение при взлете в Шереметьево в 2000 году. Тогда погибли девять человек. Так вышло с АTR-72 авиакомпании «ЮТэйр», который рухнул 2 апреля 2012 года сразу после вылета из тюменского аэропорта Рощино. Следствие пришло к выводу, что причиной крушения стало обледенение самолета во время стоянки. Перед взлетом лайнер не был обработан противообледенительной жидкостью.
Однако есть видеозаписи, подтверждающие, что самолет S7 в аэропорту Магадана был обработан. Правда, пользователи соцсетей задаются вопросом, чем именно. Некоторые предполагают, что обледенение произошло из-за того, что вместо необходимых реагентов борт обработали автомобильной «незамерзайкой».
Пилот самолета заявил, что крыло у этой модели вынесено далеко назад, в связи с чем из кабины не видно, как происходила обработка. Он пояснил, что всё делается на доверии к обслуживающей компании.
Источник «Известий» уточнил: на самом деле неважно, чем именно обработают самолет, хоть горячей водой. Главная задача — полностью смыть лед. Это подтвердил бывший командир воздушного судна Александр Романов. Он пояснил, что двигатели защищает от льда специальная электроника.
— Надо более тщательно разбираться, потому что при проектировании двигателей такие вещи предусмотрены. Есть входные направляющие аппараты, которые нагреваются. Двигатели сделаны таким образом, что лед с них должен сбрасываться. Есть и электрический обогрев, и наддувы. Поэтому здесь что-то странное произошло, скорее всего, отказ противообледенительной системы, — считает он.
Иркутский следственный отдел на транспорте Восточного межрегионального СУТ СК России сообщил на своем сайте о том, что проводит доследственную проверку по ч. 1 ст. 263 УК РФ («Нарушение правил безопасности движения и эксплуатации воздушного транспорта»).
На грани катастрофы
Источник «Известий» также рассказал о вероятных причинах того, что самолет стало резко кренить из стороны в сторону. По его словам, технические особенности А321 не позволяют двум пилотам одновременно управлять бортом, так как суммируются передаваемые ими сигналы. Предположительно, после отключения автопилота управление вел второй пилот, потом его взял командир воздушного судна. Затем второй пилот тоже вмешался в управление и из-за одновременных сигналов судно начало раскачивать, сказал собеседник издания. Он уточнил, что такое действие можно охарактеризовать как ошибку, за которой обычно следует выговор. По данным источника издания, второй пилот уже опрошен следствием и его ждет отработка ручного управления на тренажере.
В то же время заслуженный пилот России Юрий Сытник заявил «Известиям», что пилоты проявили редкое мастерство пилотирования, справившись с критической ситуацией, когда счет шел на секунды.
— Просто удивительные летчики. Хватило у них мужества, хватило умения управлять этим самолетом с полным обледенением. Это редкий случай, когда на электрическом самолете ребята справились. Они просто молодцы. Это настоящие герои. (…) Сделали они всё правильно. Очень было сложно, потому что при обледенении самолет легко мог полностью потерять управление и упасть, — сказал он. — Если бы они потеряли скорость ниже критической, они бы не спаслись. Замечательный командир корабля и экипаж, второй пилот. Не растерялись в такой сложной ситуации. Крены достигали 90 градусов, по тангажу доходило до 40 градусов плюс-минус и перегрузки [были] мощнейшие.
Иного мнения придерживается заслуженный пилот СССР, председатель комиссии общественного совета по гражданской авиации Ространснадзора Олег Смирнов.
— Самолет попал в зону интенсивного обледенения, в результате чего начали отказывать приборы, которые показывают скорость. Экипаж это своевременно не заметил и обнаружил только тогда, когда самолет несколько раз свалился в штопор, — предположил он. — По тем показателям, которые мы имеем, самолет был на грани катастрофы.
Магаданская транспортная прокуратура проводит проверку соблюдения требований законодательства в сфере безопасности полетов, уделяя внимание и наземному обслуживанию самолетов в аэропорту.
Опасное явление – обледенение воздушного судна
Дорогие друзья!
Многие из вас пользуются таким видом транспорта, как самолет, а некоторые даже слышали, что во время полета он может покрываться льдом и вполне обоснованно опасаются этого. Да, одно из самых опасных явлений, приводящих к авиапроишествиям, а порой и к катастрофам – это обледенение воздушного судна. Самолет может покрываться льдом как в полете, так и на земле.
Но если на земле обледенение не приводит к фатальным последствиям (за исключением плохой подготовки воздушного судна (ВС) техсоставом, или просто разгильдяйства), то в полете это может закончиться катастрофой.
Как же бороться с этим опасным явлением? Постараюсь рассказать об этом без всяких малопонятных научных терминов, исходя из собственного опыта (хотя и 18-ти летней давности!) на примере моего любимого самолета – Ил-86.
Причины обледенения воздушного судна.
Обледенение ВС происходит по нескольким причинам:
— при большой влажности воздуха, когда самолет резко идет на снижение, и более холодная обшивка самолета контактирует с насыщенным влагой теплым воздухом. При этом на поверхности образуются кристаллы льда. Но они не прочно держатся на обшивке и сдуваются встречным потоком воздуха:
— оседание уже готового льда, снега при прохождении через облака, влага в которых уже сформировалась в кристаллы. И такой лед обычно сдувается и вреда не приносит, если только не забивает отверстия, к примеру, приемников воздушного давления (ПВД);
— и наконец, наиболее опасная причина образования льда, связанная с нахождением в воздухе переохлажденной воды в виде капель дождя, тумана, мороси. Наиболее часто этот вид обледенения встречается при температурах воздуха близких к 0°С.
Как бороться с обледенением воздушного судна в полете?
Для этого у самолета существуют соответствующие противообледенительные системы (ПОС). Расскажу на примере аэробуса Ил-86:
В приемники воздушного давления (ПВД), датчики углов атаки, сигнализаторы обледенения встроены нагревательные элементы, и они включаются экипажем перед полетом.
Для предотвращения образования льда на воздухозаборниках двигателей и входном направляющем аппарате (ВНА) компрессора в них подается горячий воздух, который отбирается из компрессора высокого давления (КВД). Экипаж включает ПОС двигателей при температуре воздуха ниже 0°С, либо, если температура ниже +5, и имеются осадки в виде дождя, мороси, тумана, мокрого снега. Опасность образования льда на ВЗ авиадвигателя заключается в том, что отколовшиеся частицы льда могут побить лопатка компрессора, а намерзший лед нарушает параметры воздушного потока на входе в двигатель.
А вот самое опасное, когда лед образуется на поверхности крыла и стабилизатора. Нарушается аэродинамика крыла, падает подъемная сила. Затрудняется работа управляющих поверхностей: механизации крыла, элеронов, рулей высоты. Для предотвращения образования льда на предкрылке установлена электроимпульсная ПОС. Это специальные электрокатушки-соленоиды, которые установлены на внутренней поверхности предкрылка. В них с определенной периодичностью подается электрический ток и взаимодействие токов обшивки и индукторов вызывает упругую деформацию поверхности. Ну это, как бы молоточками постукивать по предкрылку!
Носок стабилизатора обогревается электрическим током. Для этого на него устанавливается специальный токопроводящий слой, содержащий нагревательные элементы. Для экономии они работают в импульсном режиме.
Кроме этого, из-за перепада температур в полете, кристаллы льда могут образовываться в топливных баках самолета. Для предотвращения попадания льда в систему управления двигателем, на входе установлен специальный фильтр-подогреватель. Кроме функции очистки топлива от механических примесей он выполняет функцию подогрева топлива, соответственно кристаллы льда тают. Фильтр-подогреватель обогревается воздухом, отбираемым из КВД.
Как бороться с обледенением воздушного судна на земле?
Обледенение воздушного судна на земле происходит при неблагоприятных погодных условиях: снег, град, дождь, туман при температуре воздуха близкой к 0°С. В аэропортах, при высокой периодичности полетов, самолет перед вылетом обрабатывается специальной противообледенительной жидкостью. Из топливных баков сливают отстой. Для этого в нижних точках отсеков топливных баков установлены специальные клапаны. Так как лед тяжелее авиатоплива, то он оседает и скапливается в районе этих клапанов. Авиатехник с помощью специальной штанги сливает так называемый «отстой», а также контролирует наличие в нем кристаллов льда. Кроме этого при заправке проверяется топливо на наличие воды. У нас это происходило следующим образом. У авиатехника есть специальная банка, в которую летом засыпали марганцовку. У топливозаправщика (у нас были ТЗ-22) в емкости есть отстойник. И вот от туда техник сливает топливо в эту банку и если в керосине есть вода, то он окрашивается в красный цвет. Зимой же кристаллы льда видны невооруженным глазом.
Когда периодичность полетов низкая, как у нас на ЛИСе, и на следующий день в плане полет, инженер запрашивает прогноз на сутки у метеостанции и если ожидаются осадки, самолет зачехляют. На Ил-86 мы зачехляли нос самолета, крыло, стабилизатор, пилоны и мотогандолы двигателей. Если же машина в снегу, как у нас бывало (таков техпроцесс отработки), мы обливали фюзеляж, крыло, хвостовое оперение горячей водой, после чего просушивали. На крыло набрасывали чехол и под него подводили рукав от моторного подогревателя (у нас МП-300). Горячий воздух подавался под чехол и высушивал поверхность. Особое внимание уделяли рельсам закрылков и предкрылков, рулевым приводам.
Какая же еще неприятность, связанная со льдом, может ожидать самолет на земле? Это взлетно-посадочная полоса в непогоду. Хотя ее и чистят от снега, сушат с помощью специальных машин, на которых установлены реактивные двигатели, в непогоду лед все равно остается. Поэтому, чтобы предотвратить скольжение самолета при торможении, на колесах основных стоек шасси установлена антиюзовая автоматика. Это как АВС на автомобиле.
На этом заканчиваю. Спасибо, что дочитали мою статью до конца. Если у кого есть замечания или что добавить, пишите в комментариях. Буду рад ответить.
Почему чуть не разбился рейс Магадан – Новосибирск: Чем обледенение опасно для самолёта
«Царьград Новосибирск» рассказывает, о последствиях обледенения воздушного судна (в полёте и наземного), а также причинах его возникновения
Что случилось с самолётом Магадан-Новосибирск
2 декабря самолёт авиакомпании S7 Airlines, летевший из Магадана в Новосибирск, едва не разбился спустя 10 минут после взлёта из-за обледеневших двигателей и отказа электроники.
Авиалайнер после набора высоты стремительно начал её терять – он «провалился» в воздухе с высоты 4 тысяч метров до 1300. В эти минуты самолёт то терял, то набирал скорость.
Пилотам удалось стабилизировать ситуацию и выровнять самолёт в ручном режиме. Telegram-канал Baza распространил запись, где хорошо слышно, о чем говорили пилоты.
Он рассказал, что не получается справиться с самолётом, не удаётся и заход на взлётно-посадочную полосу. Экипаж принял решение садиться не в Магадане, а в Иркутске.
На борту авиалайнера находились 202 пассажира и семь членов экипажа.
Что такое обледенение самолёта
Так называют явление, которое ухудшает аэродинамические показатели и лётные характеристики воздушного судна, его устойчивость и управляемость, увеличивающее лобовое сопротивление. Обледенение чревато нарушением функционала двигателей, приборов навигации, может испортить радиосвязь, а в результате может случиться катастрофа.
Бывает обледенение во время полёта и наземное. В полёте оно формируется в основном при столкновении воздушного судна с переохлажденными водяными каплями облаков и осадков, а затем следует замерзание. На некоторых деталях самолёта толщина льда может достигать десяти сантиметров и больше.
На поверхности земли обледенение возникает из-за намерзания на поверхности воздушного судна переохлаждённого дождя либо мокрого снега, по этой причине самолёт обычно зачехляется во время стоянки.
Какие детали самолёта подвержены обледенению
К таким частям воздушного судна относят переднюю кромку крыла, хвостовое оперение, воздухозаборники двигателя и лопасти пропеллера (винтомоторный самолёт). Обледенение возникает на высотах до 5 км, самые опасные температуры находятся в диапазоне от нуля до 5 градусов мороза.
Скорость полёта воздушного судна в данном случае выступает как катализатор: на машину попадает больший объём осадков. Известны ситуации, когда корка льда на самолёте нарастала со скоростью 2,5 см в минуту.
Чем опасно обледенение
Этот процесс очень опасен для любого самолёта. Воздушное судно становится тяжелее, в ряде случаев возможно примерзание органов управления (закрылок, рулей высоты и др.). Самая большая опасность заключается в том, ледяная корка изменяет аэродинамические показатели крыла, а это уменьшает подъёмную силу до момента абсолютной потери несущей способности крыла.
Чтобы бороться с этим явлением, самолёты оснащаются противообледенительными системами, подогревающих плоскости, где как правило формируется корка льда. Также на земле самолёты обрабатываются специальными жидкостями, отталкивающими воду.
По имеющимся данным, именно такая обработка не была проведена в аэропорту Магадана должным образом, что и спровоцировало серьёзные проблемы у самолёта S7.
Ранее «Царьград Новосибирск» сообщал, что пассажиру рейса «Москва – Новосибирск» после посадки в аэропорту Толмачёво потребовалась помощь медиков – ему вызывали скорую помощь. В пресс-службе аэродрома уточнили, что было ухудшение самочувствия пассажира. При этом такое случается нечасто. Главный внештатный специалист по скорой медицинской помощи региона Ирина Большакова рассказала, что посадка рейса не была экстренной, а пациентка обратилась за помощью уже после того, как самолёт приземлился.
Обледенение летательных аппаратов.
Здравствуйте, друзья!
Воздушная стихия…. Необозримый простор, упругий воздух, глубокая голубизна и белоснежная вата облаков. Здорово :-). Все это присутствует там, наверху, на самом деле. Однако, есть и кое-что другое, чего к разряду восторгов отнести, пожалуй, никак не получится…
Облака, оказывается, далеко не всегда бывают белоснежными, а в небе хватает серости и частенько всякой слякоти и мокрой дряни, к тому же холодной (даже очень :-)) и потому неприятной.
Неприятной, впрочем, не для человека (с ним-то итак все ясно :-)), а для его летательного аппарата. Красоты неба, я думаю, этой машине безразличны, а вот холод и, так сказать, лишнее тепло, скорость и воздействие атмосферных потоков и, в конце концов, влага в различных ее проявлениях — это то, в чем самолету приходится работать, и что ему, как и любой машине, делает работу далеко не всегда комфортной.
А в воздухе все несколько сложнее. Здесь в зоне особого внимания оказываются две очень важные для любого летательного аппарата вещи: аэродинамические характеристики (причем как планера, так и компрессора ТРД, а для винтового самолета и вертолета также характеристики лопастей винтов) и, конечно, вес.
Откуда же берется лед в воздухе? В общем-то, все достаточно просто:-). Влага в атмосфере присутствует, отрицательная температура тоже.
Однако, в зависимости от внешних условий лед может иметь различную структуру ( а отсюда, соответственно, прочность и сцепление с обшивкой самолета), а также форму, которую он принимает, оседая на поверхности элементов конструкции.
Во время полета лед может появляться на поверхности планера тремя путями. Начиная с конца :-), назовем два их них, как менее опасные и, так сказать, малопродуктивные (по практике).
Это, например, возможно, если на поверхности уже имеется лед (то есть температура поверхности низка), либо, если самолет быстро теряет высоту, перемещаясь из более холодных верхних слоев атмосферы в более нагретые нижние, сохраняя тем самым низкую температуру обшивки. Образовавшиеся в этом случае кристаллы льда непрочно держатся на поверхности и быстро сдуваются набегающим потоком.
Такой лед обычно на поверхности не удерживается (сразу сдувается) и вреда не приносит (если, конечно, не забивает собой какие-либо функциональные отверстия сложной конфигурации). Остаться на обшивке он может в том случае, если она будет иметь достаточно большую температуру, в результате чего кристалл льда успеет растаять, а затем снова замерзнуть при контакте с уже имеющимся там льдом.
При этой температуре жидкая вода и твердый лед существуют в равновесии и могут существовать так сколь угодно долго.
Теперь образование центров кристаллизации и, в конечном итоге, превращение ее в лед, может произойти либо самопроизвольно (при определенной температуре молекулы войдут во взаимодействие), либо при наличии в воде примесей (какая-либо пылинка, взаимодействуя с молекулами, может сама стать центром кристаллизации), либо при каком-нибудь внешнем воздействии, например, сотрясении (молекулы тоже входят во взаимодействие).
Для примера. Вы можете довольно долго хранить в морозильном отделении холодильника емкость с очищенной водой (без примесей) в незамерзшем состоянии, однако стоит эту воду встряхнуть, как она сразу начнет кристаллизоваться. На видео это хорошо показано.
Чем меньше объем переохлажденной воды по размеру, тем более затруднено самопроизвольное образование в нем центров кристаллизации. Это напрямую относится к мелким каплям воды, находящимся в облаке. Как раз по этой причине в так называемых капельно-жидких облаках даже при достаточно низкой температуре находится именно вода, а не лед.
Именно такие переохлажденные капли воды, сталкиваясь с элементами конструкции самолета (то есть испытывая внешнее воздействие), быстро кристаллизуются и превращаются в лед. Далее поверх этих замерзших капель наслаиваются новые, и в итоге имеем обледенение в чистом виде :-).
Наиболее часто переохлажденные капли воды содержатся в облаках двух типов: слоистые ( stratus cloud или ST ) и кучевые ( Cumulus clouds или С u ), а также в их разновидностях.
Обледенение турбореактивных двигателей (на входе) может произойти даже при температуре + 5 ° С..+ 10 ° С, то есть двигатели здесь более уязвимы. Этому способствует расширение воздуха (из-за ускорения потока) в канале воздухозаборника, в результате чего происходит снижение температуры, конденсация влаги с последующим ее замерзанием.
Легкое обледенение компрессора ТРДД.
В результате вполне вероятно понижение эффективности и устойчивости работы компрессора и всего двигателя в целом. Кроме того в случае попадания кусков льда на вращающиеся лопатки не исключено их повреждение.
Сильное обледенение компрессора (двигатель SAM146).
В гидрометеорологии интенсивность обледенения принято измерять в миллиметрах в минуту (мм/мин). Градация здесь такова: слабое обледенение — до 0,5 мм/мин; от 0,5 до 1,0 мм/мин — умеренное; от 1,0 до 1,5 мм/мин — сильное и свыше 1,5 мм/мин — очень сильное обледенение.
Можно привести некоторые приблизительные (средние) расчетные данные по кинетическому нагреву (правда для сухого воздуха :-)). При скорости полета порядка 360 км/ч нагрев составит 5 ° С, при 720 км/ч — 20 ° С, при 900 км/ч — около 31 ° С, при 1200 км/ч — 61 ° С, при 2400 км/ч — около 240 ° С.
Однако, надо понимать, что это данные для сухого воздуха (точнее для полета вне облаков). Во влажном нагрев уменьшается примерно в два раза. К тому же величина нагрева боковых поверхностей составляет лишь две трети от величины нагрева лобовых.
То есть кинетический нагрев при определенных скоростях полета нужно принимать во внимание для оценки возможности обледенения, однако в реальности он более актуален для скоростных самолетов (где-то от 500 км/ч). Понятно, что когда обшивка разогрета, ни о каком обледенении говорить не приходится.
Но ведь и сверхзвуковые самолеты не всегда летают на больших скоростях. На определенных этапах полета они вполне могут быть подвержены явлению образования льда, и самое-то интересное в том, что они в этом плане более уязвимы.
А главное, что актуально для скоростных самолетов, зона захвата тем больше, чем тоньше профиль. Ведь на таком профиле капле не надо сильно менять траекторию полета и бороться с инерцией. Она может пролететь дальше, тем самым увеличивая зону захвата.
Увеличение зоны захвата для тонкого крыла.
На практике обычно размер зоны защиты не превышает 15% от длины хорды профиля. Однако, бывают случаи, когда самолет подвергается воздействию особо крупных переохлажденных капель (более 200 мкм ) или попадает под действие так называемого ледяного дождя (в нем капли еще более крупные).
Появляющиеся на элементах конструкции самолета отложения льда могут отличаться по виду и характеру в зависимости от условий и режима полета, состава облаков, температуры воздуха. Различают три вида возможных отложений: иней, изморозь и лед.
Иней — результат сублимации водяного пара, представляет собой налет мелкокристаллической структуры. На поверхности удерживается плохо, легко отделяется и сдувается потоком.
То есть вода из-за относительно высокой температуры носка профиля застывает не вся, и по краям носка вверху и внизу вырастают ледовые образования действительно похожие на рога. Лед здесь шероховаты и бугристый. Сильно изменяет кривизну профиля и, тем самым, влияет на его аэродинамику.
Вторая причина — это взаимодействие профиля с крупными переохлажденными каплями (размер > 20мкм) в облаках с большой водностью при относительно высокой температуре (-5 ° С…-8 ° С). В этом случае капли, сталкиваясь с передней кромкой носка профиля, из-за своих размеров не успевают сразу замерзнуть, а растекаются по носку выше и ниже и там замерзают, наслаиваясь друг на друга.
В результате получается что-то вроде желоба с высокими краями. Такой лед прочно держится на поверхности, имеет шероховатую структуру и из-за своей формы также сильно меняет аэродинамику профиля.
Бывают также промежуточные (смешанные или хаотические) формы обледенения. Образуются в зоне защиты при полете через смешанные облака или осадки. При этом поверхность льда может быть самой разнообразной кривизны и шероховатости, что крайне негативно влияет на обтекание профиля. Однако, этот вид льда плохо удерживается на поверхности крыла и достаточно легко сдувается встречным потоком воздуха.
Главная причина здесь — это значительное ухудшение несущих свойств аэродинамических поверхностей, увеличение профильного сопротивления.
Изменение характеристик профиля в результате обледенения (качество и коэффициент подъемной силы).
В этом случае совершенно неудачно совпали две вещи: достаточно долгое нахождение самолета в зоне ожидания в облаках с наличием особо крупных переохлажденных капель воды и особенности (а лучше сказать недостатки) аэродинамики и конструкции этого типа самолета, способствовавшие накоплению льда на верхней поверхности крыла в особой форме (валик или рог), причем в местах, которые в принципе (на других самолетах) этому мало подвержены (это как раз и есть случай значительного увеличения зоны защиты, упомянутый выше).
Самолет ATR-72-212 компании American Eagle Airlines (Флорида, США, февраль 2011 года). Аналог потерпевшего катастрофу 31.10.94, Roselawn, Indiana.
Экипаж использовал бортовую противообледенительную систему, однако ее конструктивные возможности не соответствовали условиям возникшего обледенения. Ледяной валик образовался за зоной крыла, обслуживаемой этой системой. Об этом летчики информации не имели, как не имели они и специальных инструкций по действиям на этом типе самолета при таком обледенении. Эти инструкции (достаточно специфические) еще просто не были разработаны.
В итоге обледенение подготовило условия для происшествия, а действия экипажа (неправильные в данном случае — уборка закрылков с увеличением угла атаки, плюс невысокая скорость)) явились толчком для его начала.
Произошла турбулизация и срыв потока, самолет свалился на правое крыло, войдя при этом во вращение вокруг продольной оси из-за того, что правый элерон был «отсосан» вверх образовавшимся в результате отрыва потока и турбулентности вихрем в районе задней кромки крыла и самого элерона.
Нагрузки на органы управления при этом были очень высоки, экипаж не смог справиться с машиной, точнее говоря им не хватило высоты. В результате катастрофы погибли все люди, находившиеся на борту — 64 человека.
Видео об этом происшествии можно посмотреть здесь (пока я еще не разместил его на сайте :-)) в версии National Geographic на русском языке. Интересно!
Уборка закрылков с включением автопилота + малая скорость = сваливание самолета. Причиной этому стало обледенение верхней поверхности крыла, причем в данном случае оно образовалось еще на земле. Это так называемое наземное обледенение.
Перед вылетом самолет простоял ночь на открытом воздухе на стоянке при малых отрицательных температурах (0 ° C …- 6 ° C ). За это время неоднократно наблюдались осадки в виде дождя и мокрого снега. В таких условиях образование льда на поверхностях крыла было практически неизбежным. Однако, перед вылетом спецобработка для устранения наземного обледенения и предотвращения дальнейшего образования льда (в полете) проведена не была.
Самолет ATR-72-201 (рег. VP-BYZ). Этот борт потерпел катастрофу 02.04.2012 под Тюменью.
Наземное обледенение зачастую бывает очень интенсивным (в зависимости от условий погоды) и может покрывать не только передние кромки и лобовые поверхности, как в полете, а всю верхнюю поверхность крыла, оперения и фюзеляжа. При этом из-за длительного наличия сильного ветра одного направления оно может быть несимметричным.
Известны случаи намерзания во время стоянки льда в щелевых пространствах органов управления на крыле и хвостовом оперении. Это может привести к некорректной работе системы управления, что очень опасно, особенно на взлете.
После посадки топливо быстро нагреться не успевает (тем более, что оно изолировано от атмосферы), поэтому на поверхности обшивки в районе топливных баков (а это очень часто поверхность крыла) конденсируется влага, которая потом же и замерзает из-за низкой температуры поверхности. Такое явление может происходить при положительной температуре воздуха на стоянке. А лед, при этом образующийся, очень прозрачен, и часто его можно обнаружить только на ощупь.
Вылет без удаления следов наземного обледенения согласно всем руководящим документам в авиации любого государства запрещен. Хотя иной раз так и хочется сказать, что «законы создают для того, чтобы их нарушать». Видео…..
ТУ-154М. Схема сил и моментов при выпущенной механизации. Самолет в равновесии. (Практическая аэродинамика ТУ-154М).
Однако, надо понимать, что в результате выпуска закрылков увеличивается скос потока за крылом (вниз), и, соответственно, растет скос потока обтекающего стабилизатор, то есть отрицательный угол атаки растет.
Если же при этом на поверхности стабилизатора (нижней) появляются ледяные наросты (что-нибудь типа рассмотренных выше рогов или желобов, например), то из-за изменения кривизны профиля критический угол атаки стабилизатора может стать очень маленьким.
Изменение (ухудшение) характеристик стабилизатора при его обледенении (ТУ-154М).
Поэтому угол атаки набегающего потока (еще более скошенного закрылками к тому же) легко может превысить критические значения для обледеневшего стабилизатора. В результате наступает срыв потока ( нижняя поверхность), аэродинамическая сила стабилизатора сильно уменьшается и, соответственно, уменьшается кабрирующий момент.
Как следствие самолет резко опускает нос и переходит в пикирование. Явление очень неприятное… Однако, известное, и обычно в Руководстве по Летной Эксплуатации каждого данного типа самолета описано с перечислением необходимых в этом случае действий экипажа. Тем не менее без тяжелых летных происшествий здесь все равно не обходится.
Таким образом обледенение — вещь, мягко говоря, очень неприятная и само собой предполагается наличие способов борьбы с ним или хотя бы поиск возможностей безболезненного его преодоления. Один из самых распространенных способов — это противообледенительные системы ( ПОС ). Все современные самолеты без нее в той или иной степени не обходятся.
Действие такого рода технических систем направлено на предотвращение образования льда на поверхностях конструкции летательного аппарата или ликвидацию последствий уже начавшегося обледенения (что чаще), то есть удаление льда тем или иным способом.
В принципе самолет может обледеневать в любом месте своей поверхности, и лед, там образующийся, совсем не к месту :-), вне зависимости от того, какую степень опасности он для летательного аппарата создает. Поэтому неплохо было бы удалить этот лед весь. Однако, сделать вместо самолетной обшивки (а заодно и входного устройства двигателей) сплошную ПОС было бы все-таки неумно :-), нецелесообразно, да и технически невозможно (по крайней мере пока :-)).
Поэтому местами возможного расположения исполнительных элементов ПОС становятся области наиболее вероятного и наиболее интенсивного образования льда, а также требующие особого внимания с точки зрения безопасности полета.
Это лобовые поверхности крыла и хвостового оперения (передние кромки), обечайки воздухозаборников двигателей, входные направляющие аппараты двигателей, а также некоторые датчики (например датчики угла атаки и скольжения, температурные (воздушные) датчики), антенны и приемники воздушных давлений.
Механические противообледенительные системы – это как раз системы циклического действия. Цикл их работы делится на три части: образование слоя льда определенной толщины (около 4 мм), далее разрушение целостности этого слоя ( или уменьшение его сцепления с обшивкой) и, в завершении, удаление льда под действием скоростного напора.
Принцип действия пневмомеханической системы.
Конструктивно они выполняются в виде специального протектора, изготовленного из тонких материалов (что-нибудь типа резины) со встроенными в него камерами и разбитого на несколько секций. Этот протектор размещается на защищаемых поверхностях. Обычно это носки крыла и хвостового оперения. Камеры могут располагаться как вдоль размаха крыла, так и поперек него.
При включении системы в действие в камеры определенных секций в разное время подается под давлением воздух, забираемый от двигателя (ТРД, или от компрессора, приводимого двигателем в действие). Давление порядка 120-130 кПА. Поверхность «вспучивается», деформируется, лед при этом теряет целостную структуру и сдувается набегающим потоком. После выключения воздух отсасывается специальным инжектором в атмосферу.
ПОС такого принципа действия одна из первых, нашедших применение в авиации. Однако на современные скоростные самолеты она установлена быть не может (макс. V до 600 км/ч), потому что под действием скоростного напора на больших скоростях происходит деформация протектора и, как следствие, изменение формы профиля, что, конечно же, недопустимо.
Бомбардировщик В-17 с механической системой антиобледенения. Резиновые протекторы (темного цвета) видны на крыле и хвостовом оперении.
Передняя кромка крыла самолета Bombardier Dash 8 Q400, оборудованная пневматическим противообледенительным носком. Видны продольные пневмокамеры.
Самолет Bombardier Dash 8 Q400.
При этом поперечные камеры в плане создаваемого ими аэродинамического сопротивления находятся в более выигрышном положении, чем продольные (это понятно 🙂 ). А вообще увеличение профильного соспротивление (в рабочем состоянии до 110%, в нерабочем до 10%) – это один из главных недостатков такой системы.
Кроме того протекторы недолговечны и подвержены разрушающему воздействию окружающей среды (влага, перепады температуры, солнечный свет) и различного вида динамических нагрузок. А главное достоинство – это простота и малая масса, плюс к этому относительно небольшой расход воздуха.
Схема электроимпульсной ПОС на примере самолета ИЛ-86.
Схема воздушно-тепловой ПОС самолета Cessna Citation Sovereign CE680.
Самолет Cessna Citation Sovereign CE680.
Пульт управления ПОС самолета Cessna Citation Sovereign CE680.
Такого рода системы наиболее широко распространены сейчас, из-за своей простоты и надежности. Они тоже бывают как циклические, так и непрерывного действия. Для обогрева больших площадей применяются чаще всего циклические системы из соображений экономии энергии.
Тепловые системы непрерывного действия используются в основном с целью предотвращения образования льда в тех местах, где его сброс (в случае применения циклической системы) мог бы иметь опасные последствия. Например, сброс льда с центроплана самолетов, у которых двигатели расположены в хвостовой части. Это могло бы повредить лопатки компрессора в случае попадания сбрасываемого льда на вход в двигатель.
Горячий воздух подводится в район защищаемых зон через специальные пневмосистемы (трубы) отдельно от каждого двигателя (для обеспечения надежности и работы системы в случае отказа одного из двигателей). Причем воздух может распределяться по обогреваемым областям проходя как вдоль, так и поперек них (у таких коэффициент полезного действия выше). После выполнения своих функций воздух выпускается в атмосферу.
Главный недостаток этой схемы — ощутимое падение мощности двигателя при использовании компрессорного воздуха. Она может падать вплоть до 15% в зависимости от типа самолета и двигателя.
Носок крыла самолета с нагревательнвми элементами электротепловой ПОС.
Такие системы обычно работают в импульсном режиме для экономии энергии. Они очень компактны и имеют малую массу. По сравнению с воздушно-тепловыми системами практически не зависят от режима работы двигателя (в плане потребляемой мощности) и имеют значительно более высокий коэффициент полезного действия: для воздушной системы максимальный КПД — 0,4, для электрической — 0,95.
Однако, конструктивно они более сложные, трудоемки в обслуживании и имеют достаточно высокую вероятность отказов. Кроме того требуют наличия достаточно большой вырабатываемой мощности для своей работы.
Самолет Columbia 400.
Самолет Ciruss SR22.
Видео о работе такой системы на самолете Ciruss SR22.
Электротепловые ПОС используются также для обогрева различных датчиков и приемников воздушного давления, а также для устранения обледенения лобового остекления кабин летательных аппаратов. Нагревательные элементы в этом случае вставляются в корпуса датчиков или между слоями многослойного лобового стекла. Борьба с запотеванием (и обледенением) стекла кабины изнутри ведется с помощью обдува теплым воздухом ( воздушно-тепловая ПО С ).
С целью уменьшения сцепления льда с поверхностью могут быть использованы либо различные покрытия типа специальных лаков, либо отдельно наносимые вещества (например, на основе жиров или парафинов). Такой способ имеет много технических неудобств и практически не применяется.
Уменьшение температуры замерзания может быть достигнуто путем смачивания поверхности жидкостями, имеющими более низкую температуру замерзания, чем вода. Причем такая жидкость должна быть удобна в применении, хорошо смачивать поверхность и не быть агрессивной по отношению к материалам конструкции летательного аппарата.
Через эти отверстия во время полета при возникновении условий обледенения специальным насосом подается реагент и встречным потоком раздувается по крылу. Применяются такого рода системы в основном в поршневой авиации общего назначения, а также частично в бизнес- и военной авиации. Там же жидкостная система с антифризом используется и для антиобледенительной обработки винтов легких самолетов.
Спиртосодержащие жидкости часто используются для обработки лобовых стекол в комплекте с устройствами, представляющими собой по сути дела обычные «дворники». Получается так называемая жидкостно-механическая система. Ее действие носит скорее профилактический характер, так как уже образовавшийся лед она не растворяет.
Пульт управления очистителями стекол кабины экипажа («дворники»).
Несущий винт. Его лопасть, представляя собой в определенном смысле модель крыла, имеет, тем не менее, гораздо более сложную картину аэродинамического обтекания. Как известно, скорости потока вокруг нее в зависимости от эволюций вертолета могут меняться от приближающихся к звуковой (на конце лопасти) до отрицательных в зоне обратного обтекания.
В зоне обратного обтекания может обледеневать задняя кромка. Передняя кромка в этой зоне покрывается льдом меньше из-за малых окружных скоростей и неполного оборота прямого обтекания. При большой водности облака и больших переохлажденных каплях в районе комля лопасти может покрываться льдом как задняя кромка, так и верхняя поверхность лопасти.
Примерная схема обледенения лопасти несущего винта вертолета.
В итоге, как и на крыле значительно ухудшаются аэродинамические характеристики лопастей. Сильно увеличиваетcя профильное сопротивление, падает подъемная сила. Как следствие – падает подъемная сила всего винта, которую не всегда можно компенсировать увеличением мощности.
Что касается хвостового винта, то он еще более подвержен обледенению из-за своих малых размеров. Центробежные силы на нем значительно превышают аналогичные на несущем винте (до пяти раз), поэтому самосбрасывание льда происходит чаще и вибрационные нагрузки при этом значительные. Кроме того сбрасываемый лед может повредить лопасти несущего винта и элементы конструкции вертолета.
Из-за особой чувствительности лопастей вертолетов к обледенению и немалой опасности для них этого явления при указании в прогнозе погоды возможности умеренного или сильного обледенения полеты вертолетов чаще всего не производятся.
А вообще из-за сложности аэродинамики несущего винта определение размера и местоположения защищаемой зоны на его лопасти достаточно сложный процесс. Однако, обычно лопасти по передней кромке защищают на всю длинну (иногда начиная с 1/3 длины). На верхней части это около 8-12% хорды, на нижней – 25-28% хорды. На рулевом винте защищается передняя кромка примерно на 15% по длине хорды.
Задняя кромка возле комля (имеющая тенденцию к обледенению) защищается при электротепловом способе не полностью из-за трудности размещения нагревательного элемента в ней. В этом плане при опасности обледенения ограничивается скорость горизонтального полета вертолета.
Из всех вышеперечисленных видов противообледенительных систем некоторые используются в комплексе. Например, воздушно-тепловая с электротепловой или электроимпульсная с электротепловой.
Пример расположения датчиков обледенения. Самолет А320.
Пульт упраления ПОС на А320. Желтым обведен пульт для воздушно-тепловой системы. Меньший пульт включает электробогрев.
Первые обнаруживают наличие в воздухе капель воды. Они, однако, не могут отличить переохлажденную воду от обычной, поэтому имеют температурные корректоры, которые включают их в работу только при отрицательных температурах воздуха. Такие сигнализаторы отличаются высокой чувствительностью. Действие их датчиков основано на измерениях электросопротивления и теплоотдачи.
Вторые реагируют непосредственно на образование и толщину льда на самом датчике. Чувствительность к условиям обледенения их ниже, потому что они реагируют только на лед, а для его образования нужно время. Датчик такого сигнализатора выполнен в виде штыря, выставленного в поток. На нем образуется лед при возникновении соответствующих условий.
Датчик сигнализатора обледенения типа СО.
Когда двигатель не работает, давление в камере динамики равно статическому (через жиклер 3) и контакты замкнуты. Во время полета они разомкнуты (давление есть). Но стоит на входе (1) датчика появиться льду, который закупоривает вход, — динамическое давление опять падает и контакты замыкаются. Проходит сигнал об обледенении. Он поступает в блок управления противообледенительной системы двигателя, а также в кабину экипажа. Под номером 4 — обогреватель для исключения обледенения внутренних полостей сигнализатора.
На некоторых типах самолетов устанавливают специальные фары для возможности визуального осмотра передних кромок крыла и оперения, а так же воздухозаборников двигателей в ночное время из кабины экипажа и пассажирского салона. Это повышает возможности визуального конироля
Датчики сигнализаторов обледенения, как уже было сказано, кроме определенного места на фюзеляже самолета обязательно устанавливаются на входе в воздухозаборник каждого двигателя. Причина этому понятна. Двигатель — жизненно важный агрегат и к контролю его состояния (в том числе и что касается обледенения) предъявляются особые требования.
К противообледенительным системам, обеспечивающим работу двигателей требования не менее жесткие. Эти системы работают практически в каждом полете и общая продолжительность их работы в 3-5 раз превышает продолжительность работы общесамолетной системы.
Примерная схема воздушно-тепловой ПОС для ТРДД (вход).
Первый – это удаление льда и снега уже образовавшегося во время стоянки (в английском de — icing ). Осуществляется он различными способами, от простого механического, то есть удаление льда и снега вручную, специальными приспособлениями или сжатым воздухом, до обработки поверхностей специальными жидкостями.
Обработка самолета ATR-72-500.
Второй вид – это обработка поверхностей летательного аппарата с целью предотвращения образования льда и уменьшения его сцепления с обшивкой (в английском anti — icing ). Такая обработка производится при наличии условий для возможного обледенения. Нанесение производится определенным способом специальными механическими устройствами- распылителями различного вида чаще всего на базе автотехники.
Обработка производится непосредственно перед взлетом. Жидкость образует на поверхности планера самолета специальную пленку, препятствующую примерзанию выпадающих осадков. После обработки у самолета есть запас времени для взлета (около получаса) и набора той высоты, условия полета на которой исключают возможность обледенения. При наборе определенной скорости защитная пленка сдувается набегающим потоком воздуха.
Оработка самолета Boeing-777 (anti-icing).
Anti-icing самолета Boeing-777.
Спецжидкости для противообледенительной обработки. Тип IV и тип I.
Таким образом для anti — icing применяются реагенты ІІ, ІІІ и І V типов. Используются они при этом в соответствии с погодными условиями. Тип І может быть применен только в условиях легкого обледенения (типа инея, но без выпадения осадков).
Для применения (разбавления) спецжидкостей в зависимости от погоды, температуры воздуха и прогноза на возможное обледенение существуют определенные расчетная методика, которой пользуется технический персонал. В среднем для обработки одного большого лайнера может уйти до 3800 л раствора концентрата.
Природа как всегда берет свое, и одних только технических ухищрений не всегда хватает для преодоления возникающих проблем с обледенением летательных аппаратов. Многое зависит от человека, как от летного, так и наземного персонала, от создателей авиационной техники и тех, кто вводит ее в повседневную эксплуатацию.
На этом заканчиваю. Спасибо, что дочитали до конца. До новых встреч.
В завершении немного видео. Ролик о влиянии обледенения на ТУ-154 (хороший фильм, хоть и старый :-)), следующий об антиобледенительной обработке и далее работа ПОС в воздухе.