Обледенение самолета — условия, причины и последствия

Статистика говорит о том, что процент погибших в результате авиакатастроф значительно ниже, чем в случаях с другими видами транспорта. Обледенение самолета — частая причина аварий, поэтому борьбе с ней уделяют повышенное внимание. При крушении поезда, судна или автоаварии у людей есть достаточно высокие шансы выжить. Падения же воздушных лайнеров, за редким исключением, приводят к гибели всех пассажиров.

К чему приводит обледенение

Чаще всего обледенению подвергаются следующие части корпуса самолета:

• хвостовое оперение и передние кромки крыльев;
• воздухозаборники двигателей;
• лопасти винтов у соответствующих типов двигателей.

Образование льда на крыльях и хвосте приводит к увеличению сопротивления, ухудшению устойчивости и управляемости воздушного судна. В самых худших случаях органы управления (элероны, закрылки и т. д.) могут просто примерзнуть к крылу, и управление самолетом будет частично или полностью парализовано.

Обледенение воздухозаборников нарушает равномерность воздушных потоков, входящих в двигатели. Следствие этого — неравномерная работа моторов и ухудшение тяги, сбои в работе агрегатов. Появляются вибрации, которые могут привести к полному разрушению двигателей.

У самолетов с винто-вентиляторными и турбовинтовыми двигателями обледенение кромок лопастей винтов вызывают серьезное уменьшение скорости полета из-за падения коэффициента полезного действия винтов. В результате судно может «не дотянуть» до места назначения, т. к. расход топлива при меньшей скорости остается прежним или даже возрастает.

Наземное обледенение самолета

Обледенение бывает наземным или происходит в полете. В первом случае условия обледенения самолета следующие:

• В ясную погоду при отрицательных температурах поверхность самолета охлаждается сильнее, чем окружающая атмосфера. Из-за этого содержащиеся в воздухе водяные пары превращаются в лед — возникает иней или изморозь. Толщина налета обычно не превышает нескольких миллиметров. Он легко удаляется даже вручную.
• При околонулевых температурах и высокой влажности переохлажденная вода, содержащаяся в атмосфере, оседает на кузове самолета в виде налета. В зависимости от конкретных погодных условий налет бывает различным — от прозрачного при более высоких температурах до матового, похожего на иней, при более низких.
• Замерзание на поверхности самолета тумана, дождя или мокрого снега. Образуется не только в результате атмосферных осадков, но и при попадании на корпус снега и слякоти с земли при рулении.

Существует также такая разновидность явления, как «топливный лед». Когда керосин в баках имеет более низкую температуру, чем окружающий воздух, в районе расположения баков начинается оседание атмосферной воды и образование наледи. Толщина слоя иногда достигает 15 мм и более. Этот вид обледенения самолета опасен тем, что осадок чаще всего бывает прозрачным, его трудно заметить. К тому же осадок образуется только в зоне топливных баков, при этом остальная часть кузова самолета остается чистой.

Обледенение в воздухе

Другой вид обледенения самолета — образование льда на корпусе судна непосредственно во время полета. Происходит при полете в условиях холодного дождя, мороси, мокрого снега или тумана. Лед образуется чаще всего на крыльях, хвостовом оперении, двигателях и других выступающих частях кузова.

Скорость образования ледяной корки бывает различной и зависит как от погодных условий, так и от конструкции самолета. Отмечены случаи образования налета со скоростью 25 мм в минуту. Скорость движения воздушного судна здесь играет двоякую роль — до определенного порога она способствует усилению обледенения самолета из-за того, что за единицу времени на поверхность самолета попадает большее количество влаги. Но затем при дальнейшем ускорении поверхность разогревается от трения о воздух, и интенсивность образования льда снижается.

Обледенение самолета в полете происходит чаще всего на высотах до 5 000 метров. Поэтому заранее предельное внимание уделяется изучению погодных условий в районе взлета и посадки. Обледенение на больших высотах встречается крайне редко, но все же возможно.

Борьба с обледенением с помощью ПОЖ

Главную роль в предотвращении наледи играет обработка самолетов противообледенительной жидкостью (ПОЖ). Лидеры в производстве антиобледенительных средств — американская The Dow Chemical Company и канадская Cryotech Deicing Technology. Компании постоянно расширяют и совершенствуют линейку своих реагентов.

Приоритетными направлениями исследований являются скорость удаления льда и длительность защиты самолета от обледенения. За эти процессы отвечают разные типы противообледенительной жидкости, поэтому обработка самолета всегда проводится в два этапа. Всего существует четыре типа реагентов, которые применяются при обработке воздушного судна. Жидкости первого типа отвечают за удаление имеющейся наледи с корпуса самолета. Составы II, III и IV типов служат для защиты кузова от обледенения в течение определенного времени.

Обработка самолета на земле

Сначала самолет обрабатывают жидкостью типа I, разбавленной горячей водой до температуры 60-80 ⁰С. Концентрацию реагента выбирают, исходя из погодных условий. В состав часто включают краситель, чтобы обслуживающий персонал мог контролировать равномерность покрытия самолета жидкостью. Кроме того, специальные вещества, входящие в состав ПОЖ, улучшают покрытие поверхности средством.

Вторым этапом идет обработка следующей жидкостью, чаще всего типа IV. Она в целом идентична составу типа II, но производится по более современной технологии. Тип III чаще всего используют для обработки от обледенения самолетов различных местных авиалиний. Жидкость IV типа распыляют в чистом виде и, в отличие от типа I, с низкой скоростью. Цель обработки — добиться, чтобы самолет был равномерно покрыт толстой пленкой состава, который не позволяет воде замерзать на поверхности самолета.

В процессе действия пленка постепенно "тает", реагируя с осадками. Производители ведут исследования, призванные увеличить время действия защитного слоя. Также изучаются возможности минимизации воздействия вредных компонентов противообледенительных жидкостей на окружающую среду. В целом же ПОЖ на данный момент остаются лучшим средством борьбы с обледенением самолетов.

Противообледенительные системы

Составы, которыми обрабатывают воздушные суда на земле, специально сделаны так, что при взлете они «сдуваются» с поверхности кузова, чтобы не уменьшать подъемную силу. Тогда эстафету принимают датчики обледенения самолета. Они в нужный момент подают команду вступить в действие системам, предотвращающим образование льда в процессе полета. Они делятся на механические, химические и термические (воздушно-тепловые и электротепловые).

Механические системы

Основаны на принципе искусственной деформации наружной поверхности корпуса судна, в результате чего лед раскалывается и сдувается встречным воздушным потоком. Например, на крыльях и оперении самолета укрепляются резиновые протекторы с системой воздушных камер внутри. После начала обледенения самолета сжатый воздух подается сначала в центральную камеру, которая раскалывает лед. Затем надуваются боковые отсеки и сбрасывают лед с поверхности.

Химические системы

Действие такой системы основано на использовании реагентов, которые в соединении с водой образуют смеси с низкой температурой замерзания. Поверхность нужного участка корпуса самолета покрывается специальным пористым материалом, через который и подается жидкость, растворяющая лед. Химические системы широко применялись на воздушных судах в середине XX века, однако сейчас их используют в основном как резервный способ очистки лобовых стекол.

Термические системы

В этих системах обледенение ликвидируется нагревом поверхности горячим воздухом и отработанными газами, забираемыми из двигателей, или электричеством. В последнем случае поверхность нагревается не постоянно, а периодически. Некоторому количеству льда позволяют намерзнуть, после чего включают систему. Замерзшая вода отделяется от поверхности, и ее уносит воздушный поток. Таким образом растаявший лед не растекается по корпусу самолета.

Самая современная разработка в этой сфере — электротепловая система, изобретенная компанией GKN. На крылья самолета наносится специальная полимерная пленка с добавлением жидкого металла. Она берет энергию от бортовой системы самолета и поддерживает температуру на поверхности крыла от 7 до 21 ⁰С. Эта новейшая система широко применяется на лайнерах Boeing 787.

Несмотря на все «навороченные» системы безопасности, обледенение требует предельного внимания со стороны человека. Маленькая невнимательность часто приводила к большим трагедиям. Поэтому, несмотря на стремительное развития техники, безопасность людей по-прежнему во многом зависит от них самих.