Здравствуйте!
Данная статья посвящается теме обледенения летательных аппаратов.
Обледенение воздушного судна является большой проблемой, так как это может повлечь за собой аэродинамическую неустойчивость и нарушение устойчивости всего самолета.
Исследования этих нарушений имеют большое значение, поскольку системы защиты от льда не в состоянии полностью устранить наличие скопления льда на летательных аппаратах. Структурное ледообразование на передних кромках крыльев и контрольных поверхностях инициирует значительные участки неустойчивого течения.
Такое изменение характеристик подъемных поверхностей может привести к серьезным изменениям в обращении с самолетами - самолет может заглохнуть на более высоких скоростях, что может привести к необратимым событиям.
За период 1990-2000 годов Фондом безопасности полетов было зарегистрировано в общей сложности 3230 авиационных происшествий. 12% из них были связаны с обледенением.
На одном из видов самолетов большинство происшествий с обледенением происходило на этапах взлета и посадки, когда самолет маневрировал под более высоким углом по сравнению с основным периодом полета. Исследования несчастных случаев на малых воздушных судах общего назначения, связанные с обледенением, показали, что во многих случаях даже самые опытные пилоты имеют меньше 5-8 минут в запасе для того, чтобы избежать опасных условий обледенения, прежде чем их самолеты испытают сильные сбои.
Это говорит о том, что накопление льда и его влияние на устойчивость самолета остаются в основном незамеченными во время полета. При изменении положения самолета образование льда вызывает возникновение явлений неустойчивого течения, способных привести к катастрофическим последствиям.
Особым элементом небольших воздушных судов общего назначения, которые могут выступать в качестве дестабилизирующего механизма, является роговая аэродинамическая компенсация. Баланс элеваторных рогов расположен на кончике горизонтальных стабилизаторов, который действует как аэродинамический/массовый баланс, тем самым снижает управляющую силу пилотов, необходимую для отклонения элеватора, и снижает скорость вибрации, связанной с управляемыми поверхностями в реверсивных системах управления.
Роговая аэродинамическая компенсация относительно длинная по сравнению с контрольным пролетом, что приводит к значительному нависанию и воздействию на передний край аэродинамической компенсации свободного потока, когда элеватор слегка отклоняется от заданной линии. Это происходит, например, во время взлета или накануне приземления - фазы полета, во время которых происходит большинство аварий.
Несмотря на то, что воздушные суда, сертифицированные для полетов в условиях обледенения, оборудованы системами защиты от обледенения (профилактическая и противообледенительная/репрессивная), по-прежнему существует возможность возникновения аварийных ситуаций, вызванных льдом. А именно репрессивные системы не полностью устраняют нарастание льда и связанные с ним эффекты, а лишь частично препятствуют его накоплению.
Расстройства могут происходить из-за оставшегося льда на крыле и стабилизаторов после нескольких циклов обледенения, так называемого остаточного обледенения, или из-за обледенения, которое накапливается между циклами обледенения, так называемое межцикловое обледенение. Эту проблему усугубляет тот факт, что роговая аэродинамическая компенсация редко оснащена системой защиты от льда.
Выделены два дестабилизирующих механизма, вызванных обледенением небольших воздушных судов общего назначения
Первый сценарий дестабилизирующего влияния - потеря эффективности управления лифтом, связанная с колебаниями предельного цикла лифта (LCO), и вызванная блокировкой поля нестабильного потока льда при движении относительно гибкой роговой аэродинамической компенсации. Этот механизм блокировки представляется нелинейным по своей природе.
Второе дестабилизирующее влияние приводит к сильному удару крыла или нестабильному голландскому крену, вызванному связью между индуцированными льдом частотами выделения отдельного поля потока перед аэродинамической компенсацией лифта и частотой потери поперечного потока фюзеляжа. Последнее нарушение также будет показано как еще одно нелинейное взаимодействие между частотой голландских кренов и нестационарными частотами потока, вызванными обледенением хвостовой плоскости и экранированием рупора лифта.
Основываясь на этих сценариях обледенения воздушных судов общего назначения, можно получить некоторое представление о фактических механизмах, вызывающих эти нарушения.
Одна из проблем связана с колебанием предельного цикла, вызванным ледяным рогом лифта, за которым следует полная потеря полномочий по управлению лифтом.
Второе нарушение исследования было связано с тем, что рог управления лифтом со льдом вызывал сильный удар крыла или нестабильную реакцию «голландского крена». Обе эти проблемы были исследованы с помощью аэродинамических труб и обработки спектральных сигналов более высокого порядка в качестве основных инструментов исследования. Очевидным решением этой проблемы является использование противообледенительной системы на рулевом колесе лифта, а также на любом другом аэродинамическом балансе.
Некоторые коммерческие самолеты в настоящее время успешно применяют технологию TKS2 для балансировки аэродинамических сигналов управления. Исследования аэродинамических труб были использованы для исследования нестабильности, вызванной голландским креном, также вызванной аэродинамическим курсовым балансом в лифте со льдом.
Две потенциальные области оказались перспективными для решения этой проблемы
- Во-первых, рекомендуются процедуры противообледенительной обработки для балансировки контрольных рогов, чтобы избежать быстрого скопления льда на этих поверхностях, которое всегда возникает, если не используется защита от обледенения.
- Во-вторых, аэродинамические шины, которые также используются в качестве пластин для защиты пассажиров от дождя, должны быть защищены от обледенения. А именно, два вихря задней кромки крыла, которые используются для усиления вихревого подъема самолета через аэродинамические лопасти, больше не удерживаются лопастями, когда они размыты процессом обледенения.
Кроме того, исследования в аэродинамической трубе показали, что, когда лопасти, которые даже свободны ото льда, на полномасштабных самолетах растягиваются примерно на полметра, они удерживают эти вихри и не допускают раскачивания крыла.
Спасибо, что прочитали статью до конца!