Види і форми льодоутворень на аеродинамічних поверхнях

Утворення льоду на поверхнях повітряного судна може бути подано як результат двох явищ: зіткнення переохолоджених крапель з поверхнею і розтікання-замерзання крапель.

Крижані нарости, що утворюються на частинах конструкції ПС, дуже різні і залежать від впливу комплексу багатьох випадкових факторів, а оцінити їх точно практично неможливо. Головними з них є розмір переохолоджених крапель, температура середовища і швидкість польоту. Усе різноманіття льодоутворень, що зустрічаються, можна класифікувати за формою, структурою і характером зовнішньої поверхні.

Розрізняють три види льоду:

- склоподібний із гладкою зовнішньою поверхнею;

- мутно-білий із шорсткуватою поверхнею;

- інеєподібний.

У процесі обмерзання, коли товщина льоду на поверхні стане порівняною з розмірами обтічного тіла, форма обмерзання поступово відхиляється від профілю тіла. Це відбувається тим швидше, чим більша водність хмар і швидкість польоту ПС.

Крижані нарости, що утворюються, можуть мати такі форми (рис.1.5):

- клиноподібну;

- жолобоподібну, іноді рогоподібну в перетині;

- голкоподібну.

При польоті ПС уздовж фронту обмерзання в шаруватих чи шарувато-купчастих хмарах, де краплі переохолодженої води дуже дрібні, лід, як правило, утворюється у виді тонкої шорсткуватої плівки. Цей вид обмерзання мало змінює профіль аеродинамічних поверхонь ПС і тому помітної небезпеки не становить.

При польоті в купчастих хмарах з температурою повітря від 0 до -10°С, що містить досить великі переохолоджені краплі води (d > 20мкм), на аеродинамічних поверхнях ПС утворюється склоподібний лід, який має, як правило, жолобоподібну форму (рис.1.5,а), що переходить у тонкий шар льоду. Характерною рисою цього виду льодоутворення є його значне поширення по хорді, тобто велика зона захоплення. Жолобоподібна форма льоду є наслідком перетікання не зовсім замерзлих крапель з району переднього краю профілю на наступні його зони, де відбувається їх замерзання та нашарування на місцеві льодоутворення.

Рис.1.5. Форми льодоутворень: а – жолобоподібна,

б – рогоподібна, в - голкоподібна

Іноді жолобоподібний лід переходить у рогоподібний (рис.1.5,б). Це відбувається, в основному, у випадку аеродинамічного нагрівання і позитивної температури на поверхні в зоні передньої частини крила, коли великі і дрібні краплі перетікають на більш віддалені від переднього краю зони, що мають негативну температуру, і де відбувається їхнє замерзання. І, нарешті, при близько нульових температурах і великій водності часто спостерігається прозорий лід, поверхня якого дуже горбиста, а форма може бути дуже вигадливою.

За статистикою цей вид льоду має місце в 30% випадків обмерзань поверхонь. Описаний вид обмерзання найбільш сильно впливає на зміну аеродинамічних характеристик ПС і являє для нього велику небезпеку в польоті.

Мутно-білий лід утворюється при польоті повітряного судна в хмарах, що містять дрібні переохолоджені краплі або суміш дрібних крапель і крижаних кристалів у всьому діапазоні температур навколишнього повітря. Це найбільш частий вид обмерзання ПС. Характерною ознакою цього виду є невелика зона захоплення. Лід утворюється на порівняно вузькій ділянці передньої частини профілю, поблизу його переднього краю. При цьому крижане нашарування у більшості випадків має клиноподібну форму.

Крім розглянутих видів «краплинного» обмерзання поверхонь ПС, відоме обмерзання у вигляді інею, тобто тонкого дрібнокристалічного нашарування на поверхні, яке виникає в результаті сублімації водяного пару. Цей вид обмерзання особливої небезпеки для аеродинаміки повітряних судів не представляє. Іноді іней на поверхні ПС утворюється при передпосадковому зниженні, коли холодне ПС потрапляє із зони низьких температур у зону вологого повітря з температурою вище межі замерзання.

При польоті ПС в умовах обмерзання лід утворюється на всіх лобових частинах його конструкції: передніх частинах крила, стабілізатора і кіля, коків і лопастей повітряних гвинтів літаків, лопастей несучого і рульового гвинтів вертольотів, на лобовому заскленні ліхтаря кабіни екіпажу, повітрозабірників, вхідних пристроїв і перших ступенів компресорів двигунів, на приймачах повітряного тиску, сигналізаторах обмерзання та антенах радіостанцій. При цьому в першу чергу обмерзають порівняно дрібні елементи - антени, приймачі повітряного тиску і т.п., потім передні частини оперення, а в останню чергу – крило і фюзеляж. Це приводить до погіршення льотних якостей повітряних суден. Причому серйозною загрозою для безпеки польоту є не стільки збільшення польотної маси, скільки погіршення аеродинамічних характеристик ПС, порушення нормальної роботи життєво важливих агрегатів (наприклад, двигунів) і, у ряді випадків, втрата стабілізації і керованості літаків і вертольотів.