авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


1

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВОЕННАЯ КАФЕДРА

Экз. №_ «УТВЕРЖДАЮ»

Только для Начальник военной кафедры РГГМУ

преподавателей полковник В.И. Акселевич

«»_2006 г.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА для проведения лекции по учебной дисциплине «АВИАЦИОННАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ»

ТЕМА № 8. «ВЛИЯНИЕ ОБЛЕДЕНЕНИЯ НА ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ АВИАЦИИ».

РАЗРАБОТАЛ:

подполковник Заболотников Г.В.

Обсуждено на заседании кафедры.

Протокол №_ от «»_2006 г.

Санкт - Петербург - 2006 УЧЕБНЫЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ:

1. Изучить условия образования ледяных отложений на поверхности летательного аппарата в полете и влияние обледенения на деятельность авиации.

2. Привить навыки в оценке интенсивности обледенения летательных аппаратов.

3. Показать важность грамотного учета воздействия обледенения на полеты самолетов и вертолетов.

ВРЕМЯ: 4 часа (180 минут).

МЕТОД: 2 часа - лекция, 2 часа - групповое занятие.

МЕСТО: Класс авиационной метеорологии.

УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

1. Литература:

1.1. Баранов А.М., Солонин С.В. «Авиационная метеорология». Гидрометеоиздат, 1981.

1.2. «Синоптическая и авиационная метеорология» часть II. Воениздат, М., 1985.

1.3. Астапенко П.Д. и др. «Погода и полеты самолетов и вертолетов». Метеоиздат, Л., 1980.

1.4. «Руководство по практическим работам метеоподразделений авиации ВС».

Воениздат, М., 1992.

1.5 Приходько М.Г. и др. «Общая и синоптическая метеорология». Воениздат, М., 1970.

2. Учебные и наглядные пособия:

2.1. «Обледенение летательных аппаратов» (пособие). Военная кафедра ЛГМИ, М., 1991.

2.2. Условие полетов в облаках различных форм (схема № 8).

2.3. Обледенение летательных аппаратов (схема № 10).

2.4. Определение обледенения в полете (схема № 18).

2.5. Механизм оседания капель на крыле ЛА (слайд № 1).

2.6. Средние значения водности облаков при различной интенсивности обледенения (слайд № 2).

2.7. Значение влажности адиабатического градиента температуры при различных температуре и давлении (слайд № 3).

2.8. Кинетический нагрев в сухом воздухе и в облаках в зависимости от скорости полета (слайд № 4).

2.9. Классификация обледенения летательных аппаратов (слайд № 5).

2.10. Повторяемость обледенения ЛА в зависимости от температуры воздуха (слайд № 6).

2.11. Повторяемость высот обледенения ЛА (слайд № 7).

2.12. Вероятность отсутствия обледенения ЛА в зависимости от температуры и дефицита точки росы (слайд № 8).

2.13. Повторяемость интенсивности обледенения при различных синоптических условиях (слайд № 9).

2.14. Способы борьбы с обледенением (слайд № 10).

3. Технические средства обучения:

3.1. «Лектор - 2000».

3.2. «Альфа».

3.3. Эпидиаскоп «ЭПД-455».

I. УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕМЫ.

1.1. Обледенение летательных аппаратов. Интенсивность обледенения и ее зависи от микроструктуры облаков и режима полетов.

1.2. Термодинамические условия обледенения самолетов и вертолетов.

1.3. Классификация ледяных отложений.

1.4. Влияние обледенения на аэродинамические и летные характеристики летательных аппаратов.

1.5. Характерные метеорологические и синоптические условия обледенения летательных аппаратов.

1.6. Способы борьбы с обледенением и рекомендации летному составу по выполнению полетов в условиях обледенения.

1.7. Расчет характеристик обледенения летательных аппаратов.

II. ОБЩИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.

2.1. На изучение данной темы учебной программой отводится всего 4 часа, из них 2 часа лекция, 2 часа - групповое занятие.

Все занятия проводятся в составе взвода.

2.2. В организационной части занятия преподаватель проверяет наличие студентов, их внешний вид, делает замечания.

2.3. Проверка готовности студентов к занятиям осуществляется преподавателем путем постановки контрольных вопросов и опроса двух-трех студентов. По итогам опроса преподаватель выставляет в журнал оценки, дает краткие пояснения к ответам.

2.4. Учебные вопросы каждого занятия рассматриваются последовательно, причем, преподаватель подчеркивает актуальность не только темы в целом, но и каждого занятия и учебного вопроса в отдельности.

По мере изложения учебного материала необходимо использовать рекомендованные учебные и наглядные пособия, ТСО и т.п.

В ходе практического занятия акцентировать внимание на привитие навыков у обучаемых в решении практических задач, подчеркнуть особую значимость расчета интенсивности обледенения и определения кинетического нагрева самолета при полете на больших скоростях.

2.5. В заключительной части занятия преподаватель еще раз подчеркивает значимость изученного материала, отвечает на вопросы и дает занятие на самоподготовку.

ЗАНЯТИЕ 1. «ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЛЕДЕНЕНИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ»

УЧЕБНЫЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ:

1. Раскрыть основные условия образования ледяных отложений на поверхности летательных аппаратов в полете.

2. Показать необходимость учета этих условий в ходе диагноза и прогноза обледенения летательных аппаратов.

ВРЕМЯ: 2 часа (90 минут).

МЕТОД: Лекция.

МЕСТО: Класс авиационной метеорологии.

УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

1. Литература и учебные пособия:



1.1. Баранов А.М., Солонин С.В. «Авиационная метеорология». Гидрометеоиздат, 1992.

1.2. «Синоптическая и авиационная метеорология» часть II. Воениздат, М., 1985, с. 108, 112-114.

1.3. Астапенко П.Д. и др. «Погода и полеты самолетов и вертолетов». Метеоиздат, Л., 1980, с. 182-189.

1.4. «Руководство по практическим работам метеоподразделений авиации ВС».

Воениздат, М., 1992, с. 295-301.

2. Схемы и слайды:

2.1. «Обледенение летательных аппаратов» (схема № 10).

2.2. Рис. 1.1. Механизм оседания капель на крыле летательного аппарата (слайд № 1).

2.3. Рис. 1.2. Средние значения водности облаков при различной интенсивности обледенения (слайд № 2).

2.4. Табл. 2.1. Значение влажности адиабатического градиента температуры при различных температуре и давлении (слайд № 3).

2.5. Табл. 2.2. Кинетический нагрев в сухом воздухе и в облаках в зависимости от скорости полета (слайд № 4).

2.6. Рис. 3.1. Классификация обледенения летательных аппаратов (слайд № 5).

3. Технические средства обучения:

3.1. «Лектор - 2000».

I. УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ И РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ.

ВРЕМЯ, N п/п УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ (мин.) Организационная часть занятия.

1. Вводная часть занятия.

2. Учебные вопросы:

3.

Обледенение летательных аппаратов. Интенсивность 3.1. обледенения и ее зависимость от микроструктуры облаков и режима полетов.

Термодинамические условия обледенения самолетов и 3.2. вертолетов.

Классификация ледяных отложений.

3.3. Заключительная часть занятия. 4.

II. ОБЩИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.

2.1. Занятие проводится в классе в составе взвода. Вначале занятия преподаватель проверяет наличие студентов, их внешний вид, при необходимости делает замечания.

Преподаватель называет тему, цели и актуальность занятия, доводит учебные вопросы, литературу и учебные пособия, используемые для их изучения.

2.2. Во введении преподаватель подчеркивает важность изучения темы в целом, а также вопросов данного занятия. Введение излагается кратко, оно должно подготовить обучаемых к усвоению учебных вопросов.

2.3. При изложении первого учебного вопроса преподаватель использует схему «Обледенение летательных аппаратов», дает определение обледенения летательных аппаратов с помощью рисунков на доске или с помощью слайдов (рис. 1.1. и 1.2.), поясняет физические процессы, приводящие к обледенению, делает вывод формулы интенсивности обледенения и разъясняет зависимость интенсивности обледенения от микроструктуры облаков и р полетов.

2.4. В ходе второго учебного вопроса преподаватель кратко рассматривает процесс теплообмена между поверхностью летательного аппарата и окружающей его воздушной средой, дает вывод формулы для расчета кинетического нагрева и пояснения для оценки условий обледенения путем сравнения величины температуры окружающей среды и кинетического нагрева летательного аппарата. Использует при этом слайды с таблицами 2.1. и 2.2.





2.5. В процессе изучения третьего учебного вопроса преподаватель дает классификацию отложений льда (рис. 3.1.) и пояснения к ней. Обратить внимание на опасность каждого вида обледенения при выполнении полетов авиации.

2.6. В заключительной части занятия преподаватель еще раз подчеркивает важность учета влияния обледенения на безопасность полетов самолетов и вертолетов, отвечает на вопросы и дает задание на самоподготовку.

III. УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

ВВЕДЕНИЕ.

Обледенение летательных аппаратов - это метеорологическое явление, относящееся к опасным для авиации. Обледенение в значительной степени усложняет пилотирование и самолетовождение летательных аппаратов, снижая безопасность и нарушая регулярность полетов. Сильное обледенение самолетов и вертолетов может привести к авариям и авиационным катастрофам. Поэтому проблема обледенения летательных аппаратов привлекает внимание специалистов различных отраслей знаний: аэродинамиков, метео специалистов по эксплуатации авиационной техники.

Что представляет собой обледенение, каковы причины и условия его образования?

Рассмотрению этих вопросов посвящено данное занятие.

Вопрос 1. Обледенение летательных аппаратов. Интенсивность обледенения и ее зависимость от микроструктуры облаков и режима полетов.

Обледенением называется отложение льда (инея или изморози) на обтекаемых частях летательного аппарата (ЛА), силовых установках и внешних деталях специального оборудования при полете в облаках, тумане, дожде или мокром снеге. На аэросиноптических материалах обледенение летательных аппаратов обозначается условным знаком.

Необходимым и достаточным условием для обледенения ЛА в полете являются наличие достаточной влаги в воздухе (облака, осадки), отрицательные температуры воздуха и поверхности ЛА.

Обледенение летательных аппаратов характеризуется интенсивностью, т.е. массой льда, отлагающегося на единице площади обледеневающей поверхности летательного аппарата в единицу времени. Однако, на практике интенсивность обледенения удобнее характеризовать толщиной льда, отлагающегося на единице площади обледеневающей поверхности летательного аппарата в единицу времени. Размерность интенсивности обледенения (мм/мин).

В зависимости от интенсивности, обледенение самолетов и вертолетов подразделяют и обозначают следующим образом:

- слабое ), когда 0,5 мм/мин;

( - умеренное ( ), когда 0,5 1,0 мм/мин;

|| - сильное ), когда 1,0 мм/мин.

( ||| Эти параметры являются ориентировочными. Они не являются одинаковыми для разных типов самолетов и вертолетов и поэтому одно и то же значение интенсивности для одного типа самолета может представлять опасность, а для другого - нет.

Прежде, чем перейти к механизму нарастания льда на поверхности ЛА, рассмотрим, каким образом взаимодействуют ЛА - окружающая среда. Причем для понимания этого процесса целесообразно сделать некоторые упрощения (допущения):

1. Механизм оседания рассматривается не для всей поверхности ЛА, а для крыла (плоскости).

2. Крыло ЛА имеет отрицательную температуру и обтекается воздушным потоком, содержащим переохлажденные капли воды.

3. Передняя кромка крыла имеет форму пластины, т.е. ее плоскость перпендикулярна набегающему воздушному потоку.

Рассмотрим с учетом этих допущений механизм оседания капель различного диаметра на крыле ЛА в невозмущенном потоке (рис. 1.1.) (1 случай).

l Рис. 1.1. Механизм оседания капель на крыле ЛА в невозмущенном потоке.

Капли, смещаясь по параллельным траекториям в направлении воздушного потока, достигают и осаждаются на поверхности крыла ЛА. В этом случае массу переохлажденной воды, осаждающейся в единицу времени на единице длины наибольшего сечения крыла ЛА, можно оценить с помощью соотношения:

mb1 = w v l (1), m b1 - максимально возможная масса осаждающейся воды в невозмущенном потоке;

где W - водность облака;

- скорость;

V l - толщина крыла самолета.

В реальных условиях (2 случай) необходимо учитывать, что вблизи передней кромки крыла ЛА происходит возмущение воздушного потока, вследствие которого наблюдаются искривления траекторий смещения капель (рис. 1.2.).

Зона возмущения А - критическая точка, Примечание:

a1 где воздушный поток полностью тормозится A Рис. 1.2. Механизм оседания капель на крыле ЛА в возмущенном потоке.

Во втором случае, масса осаждающейся воды в единицу времени на единицу длины наибольшего сечения крыла самолета, будет обуславливаться объемом, границы которого на рис. 1.2. заштрихованы и определяются двумя кра траекториями капель, осаждающихся на верхней и нижней перифериях крыла ЛА, то есть:

mb2 = w v y (1.2.) mb2 - фактическая масса осаждающейся воды в где возмущенном потоке;

W - водность облака;

у - расстояние между двумя траекториями соседних капель, осаждающихся на перифериях крыла ЛА.

mb Запишем отношение фактической массы осевшей воды и максимально возможной mb1 :

w v y y mb = = =E w v l l (1.3.) mb Это соотношение называется полным коэффициентом оседания (захвата) и обозначается E, то есть:

y mb = = l (1.4.) mb Так как масса воды пропорциональная количеству соударяющихся с крылом самолета капель, то коэффициент оседания Е характеризует отношение числа капель, соударяющихся с передней кромкой крыла самолета, к числу тех капель, которые столкнулись бы с ней, если бы они двигались прямолинейно.

С целью решения конкретных задач применяются несколько понятий коэффициента оседания, а именно:

1. Е (л) - локальный коэффициент оседания, который учитывает особенности оседа капель на различных участках профиля крыла самолета, ведь крыло ЛА имеет изгиб передней кромки крыла.

2. Е (ч) - интегральный полный коэффициент оседания, учитывающий полидисперсность набегающего воздушного потока.

Таким образом, коэффициент оседания зависит от нескольких факторов, важнейшими из которых являются - размеры крыла ЛА, скорость полета ЛА, размеры капель, точка соприкосновения (соударения) капель и ЛА, вязкость воздуха.

Допустим, что вся осевшая на поверхности крыла ЛА вода превратилась в лед (замерзла), то есть:

mb2 = mл (1.5.) Масса этого льда оценивается с помощью соотношения:

mл = л J l (1.6.) mл - масса образовавшегося льда;

где л - плотность образовавшегося льда:

l - толщина крыла ЛА.

Воспользовавшись допущением (1.5.) запишем w v y = л J l (1.7.) или w v y w v E J= = л l л (1.8.) Однако, в реальных условиях не вся осевшая вода замерзает на крыле ЛА, часть ее уносится потоком, сдувается. Поэтому для учета этого фактора вводится коэффициент намерзания (), который представляет собой отношение массы наросшего льда к массе воды, осевшей за то же время и на ту же поверхность.

Установлено, что при температуре ниже -5о С коэффициент намерзания равен единице, что используется при расчете интенсивности обледенения.

С учетом вышерассмотренного, выражение для интенсивности обледенения J будет иметь вид:

w v E J= л (1.9.) Следует подчеркнуть, что если использовать в формуле (1.9.) размерность величин в одной системе единиц W - г/см3, V - cм/с, - г/см3, то размерность интенсивности J будет см/с.

Для того чтобы получить размерность, удобную для оценки интенсивности обледенения, то есть мм/мин, в выражение (1.9.) вводят коэффициент 1, 67. 10 -2. Тогда формула для расчета примет рабочий вид:

1,67 w v E J= мм / мин л (1.10.) Таким образом, интенсивность обледенения увеличивается с увеличением водности воздуха, скорости ЛА, коэффициента захвата и с уменьшением плотности льда. Рассмотрим подробнее зависимость обледенения от этих факторов.

Значение водности облаков меняется в широких пределах от тысячных долей до нескольких граммов в 1 м3 воздуха. В среднем с увеличением водности облака интенсивность обледенения возрастает. В качестве примера можно привести рассчитанные для различной интенсивности обледенения средние значения водности облаков по данным самолетного зондирования в г. Риге (таб. 1.1.), то есть с учетом распределения капель и их размеров.

Таблица 1.1.

Средние значения водности облаков (W) при различной интенсивности обледенения (J).

мм/мин 0,1-0,2 0,3-0,5 0,6-0,7 0,8-1,0 1,1-1,2 1,3-1,5 1, г/м 0,062 0,078 0,108 0,135 0,160 0,185 0, Рассмотренный Коэффициент захвата (Е) увеличивается при увеличении радиуса капель, скорости полета и уменьшении размеров крыла ЛА. Поясним эту связь: чем больше радиус капель, тем больше их масса, тем больше их инерция, а, следовательно, тем меньше искривление их траектории, что ведет к столкновению большего количества капель с поверхностью крыла ЛА.

Повышение скорости потока ведет к тем же изменениям коэффициента захвата Уменьшение же линейных размеров крыла приводит к меньшему возмущению воздушного потока, что, в свою очередь, приводит к меньшей кривизне траектории капель и опять увеличению коэффициента Е.

Большое значение имеет место соударения, так в точке касания предельной траектории (Рис. 1.2. точки а, а1) коэффициент захвата равен нулю. Поэтому обледенения боковой поверхности крыла ЛА в полете не наблюдается.

Плотность образовавшегося льда на поверхности ЛА колеблется в небольших пределах от 0,6 - 0,7 г/см3 до 0,9 - 1,0 г/см3 в зависимости от вида льда.

Интересна зависимость интенсивности обледенения от скорости полета ЛА. Так, при возрастании скорости полета до определенных пределов (около 0,5 М) интенсивность обледенения увеличивается. При этом вклад скорости сказывается не только непосредс через выражение (1.10.), но также и через коэффициент оседания Е, увеличивающийся с увеличением скорости. Однако, с увеличением скорости полета наблюдается явление, к препятствует обледенению ЛА. Рассмотрим это явление.

Вопрос 2. Термодинамические условия обледенения самолетов и вертолетов.

При полете с большой скоростью (обычно при скорости, превышающей 0,5 М) наблюдается нагрев поверхности ЛА, который препятствует развитию процесса обледенения. Это так называемый кинетический нагрев (скоростной нагрев) поверхности ЛА, вызываемый торможением воздушного потока. В результате происходит сжатие воздуха перед кромкой крыла, трение воздуха о поверхность ЛА и, как следствие - повышение температуры поверхности ЛА.

Теоретическое решение задачи теплообмена обледеневающей поверхности представляется весьма сложным. Поэтому обычно рассматривают наиболее простую схему теплообмена крыла ЛА, которая сводится к следующему: допустим, что:

1. Температура поверхности ЛА (tкр.) в каждый момент времени равна температуре пограничного слоя воздуха вблизи передней кромки крыла (ts), то есть t (2.1.), а температура невозмущенного потока воздуха равна t0.

2. Количество тепла, выделенное в единице объема воздуха за счет кинетической энергии (Q1), идет полностью на нагревание единицы объема воздуха от температуры t0 до температуры ts. Если для нагревания единицы объема воздуха от температуры t0 до температуры ts не количество тепла, равное то допущение представляется как Q2, Q (2.2.) Тогда количество тепла, выделенного в единице объема воздуха за счет преобразования кинетической энергии в тепловую, можно определить на основе закона сохранения энергии:

K v Q1 = (2.3.) A где К - коэффициент восстановления, показывающий, какая часть кинетической энергии превращается в тепло;

- плотность воздуха;

v - скорость полета ЛА;

А - механический эквивалент тепла.

Коэффициент восстановления в критической точке (см. рис. 1.2. точка А) приближенно равен единице;

при удалении от точки А к периферии крыла коэффициент восстановления уменьшается, причем, на боковой поверхности он в среднем составляет 0,7.

В свою очередь количество тепла, требующееся для нагревания единицы объема воздуха от t0 до ts, оценивается с помощью выражения:

Q2 = С р (t s t 0 ) (2.4.) где Ср - теплоемкость воздуха при постоянном давлении.

Запишем допущение (2.2.) с учетом (2.3.) и (2.4.) Kv = С р ( t s t 0 ) Q1 = Q2 = (2.5.) A Kv t s t0 = тогда:

A Если правую часть выражения (2.5.) умножить и поделить на ускорение свободного падения g, а левую часть представить в виде t k = t s t 0 (2.6.) Kv 2 g t k = тогда (2.7.) 2 g Aс р g = са - сухоадиабатический градиент температуры.

где Aс р В конечном виде для расчета кинетического нагрева выражение имеет вид:

Kv t k = са (2.8.) 2g Если проанализировать это выражение для конкретных условий, например:

са = 1o / 100м, к = 1, g 10м / с получим формулу для оценки кинетического нагрева передней кромки крыла ЛА в критической точке в сухом воздухе (вне облаков):

v t k (2.9.) причем скорость полета ЛА в (2.9.) выражена в м/с.

Естественно, что в облаках, где капли испаряются по влажноадиабатическому закону, т.е. с учетом влажноадиабатического градиента температуры.

() Следовательно, кинетический нагрев в облаках t k можно приблизительно оценить с помощью соотношения:

v t k = ва t k ва (2.10.) Влажноадиабатический градиент температуры ( ва ) для нескольких значений давления и температуры.

Таблица 2.1.

Значения влажноадиабатического градиента ( ва ) при различных температуре и давлении 40 20 10 0 -10 -20 - 1000 0,32 0,44 0,54 0,66 0,78 0,88 0, 500 0,26 0,34 0,41 0,52 0,65 0,78 0, В связи с тем, что влажноадиабатический градиент температуры мен сухоадиабатического кинетический нагрев в облаках будет меньше, чем вне облаков. Считают, что в среднем он составляет примерно 60 % от вычисленного с помощью соотношения (2.9.), то есть t k = 0,6t k.

Кинетический нагрев поверхности крыла ЛА может достигать больших значений, представленных в таблице 2.2.

Таблица 2.2.

Кинетический нагрев в сухом воздухе t k и в облаках t k в зависимости от скорости полета Условия Скорость полета, v (км) полета 200 400 600 800 1000 t k 1,6 6,2 13,9 24,6 38,7 55, t k 0,9 3,7 8,3 14,8 23,2 33, Из таблицы 2.2. видно, что значения кинетического нагрева могут достигать больших значений и перекрывать отрицательные температуры окружающей среды, в этих случаях обледенения не будет.

Очевидно, что кинетический нагрев различных участков крыла не одинаков и по мере перемещения к боковой и задней частям крыла ЛА достаточно, например, учесть коэффициент восстановления К=0,7 и его значение подставить в рассчитанный по формуле (2.10.) и определенный по таблице 2.2. кинетический нагрев ЛА. Могут возникнуть такие условия, что из за неравномерного кинетического нагрева на одной части крыла будет наблюдаться положительная температура, на другой же - отрицательная. Это приведет к неравномерному отложению льда на поверхности ЛА, что нарушит условия обтекания крыла воздушным пот и приведет к ухудшению аэродинамических качеств, потере устойчивости и управляемости самолета или вертолета. Это обстоятельство может привести к аварии или катастрофе.

Вопрос 3. Классификация ледяных отложений.

Отложение ледяных отложений в полете классифицируется по виду, структуре (характеру) льда и его форме (рис. 3.1.) Оно может быть весьма разнообразным и зависит, как ранее указывалось, от размера капель, водности облака, температуры воздуха, скорости полета, особенностей обтекания различных частей ЛА.

Отложение ледяных отложений Вид ледяных отложений Лёд Изморозь Иней Структура льда Прозрачный Матовый Белый лёд лёд лёд Форма отложения льда Профильная Желобковая Бугристая Рис. 3.1. Классификация обледенения ЛА.

Существует три основных вида отложений - лёд, изморозь и иней.

Ледяные отложения могут образовываться в результате:

• замерзания переохлажденных водяных капель облака, тумана или дождя при соприкосновении их с частями летательных аппаратов;

• непосредственного оседания кристаллов льда, снега, града;

• сублимации водяного пара на поверхности летательных аппаратов.

Процесс образования льда на летательных аппаратах вследствие за переохлажденных капель, является самым распространенным и опасным.

Кристаллы, сухой снег и град обычно не оседают на поверхности летательных аппаратов, так как сметаются потоком воздуха. Однако при полетах реактивных самолетов, отмечались случаи обледенения в кристаллических облаках. Это объясняется тем, что поверхность сам вследствие кинетического нагрева может иметь значительную положительную температуру и кристаллы, соприкасаясь с ней, плавятся. Затем, замерзая снова, они образуют нарост шероховатого льда.

Процесс сублимации имеет месть, когда упругость водяного пара превышает упругость насыщенного водяного пара надо льдом. Это наблюдается при соприкосновении водяного пара с более холодными, чем воздух частями летательного аппарата. Например, при быстром сниж самолета из более холодных верхних слоев атмосферы, в более теплые нижние слои или при входе в слой инверсии, на поверхности самолета образуются ледяные кристаллы, которые через некоторое время (когда температура самолета сравняется с температурой окружающего воздуха) исчезают. Обычно это тонкий налет, не создающий угрозы полету самолета, но на некоторое время он может покрыть остекление кабины самолета и тем самым препятствовать виз посадке.

Процесс сублимации наблюдается также при стоянке летательного аппарата на земле.

Лёд может быть прозрачным, матовым и белым.

Прозрачный лёд - отложения компактного стекловидного строения. Образуется, как правило, при полете в кучевых облаках, содержащих преимущественно крупные капли, или в зоне переохлажденного дождя при температуре от 0 до -10о С и ниже. Столкновение кр переохлажденных капель с самолетом приводит к их растеканию и распространению потоком воздуха перед замерзанием по поверхности самолета. Образующийся в результате замерзания ледяной покров - гладкий. В начале процесса отложения или при небольшом отложении льда, поверхность его ровная и почти не искажает профиля несущих поверхностей самолета. Но при значительном нарастании лед становится бугристым, что делает этот вид отложения, обладающего наибольшей плотностью, очень опасным из-за изменения аэродинам характеристик самолета и из-за веса отложения.

Матовый или полупрозрачный смешанный лёд образуется при полете в смешанных облаках, состоящих из большого количества мелких и крупных переохлажденных капель воды в сочетании с ледяными кристаллами и снежинками, чаще всего при температуре от-6 до Крупные капли растекаются перед замерзанием, мелкие же замерзают, не успевая растечься, снежинки и кристаллы прилипают к замерзающей водяной пленке и вмерзают в нее. В результате образуется ледяное отложение матового цвета с неровной шероховатой поверхностью, растущее в направлении потока. Плотность этого вида отложений лишь немногим меньше плотности прозрачного льда, а форма его отложения значительно ухудшает аэродинамические характеристики крыльев самолета. Поэтому он является наиболее тяжелым и опасным видом обледенения самолетов.

Белый или крупообразный лёд образуется при полете в чисто водяных облаках, состоящих, главным образом, из сравнительно однородных мелких капель, наиболее часто при температур ниже -10 о С. Капли быстро замерзают при ударе о поверхность самолета, сохраняя свою сферическую форму. Этот вид льда отличается пористостью, он менее плотен и обладает меньшим весом. Наличие воздуха между смерзшимися каплями придает ему белый цвет. Он слабее пристает к поверхности самолета и при вибрации в полете обычно легко отделяе слетает. Однако при продолжительном полете в облаках (более часа) скапливающийся лед под влиянием механических ударов воздуха уплотняется, и отложение этого льда может в до опасных размеров, причем, основную опасность представляет изменение аэродинамических характеристик самолета.

Изморозь - более крупнозернистое кристаллическое отложение льда при полете в облаках, чаще всего при температуре воздуха значительно ниже - 10о С. Изморозь возникает при замерзании мелких капель с активным участием ледяных кристаллов. Отложение измор обычно очень неровное, шероховатое, непрочно примыкает к поверхности самолета, при вибрации в полете относительно легко скалывается и сдувается воздушным потоком. Но при продолжительном полете в облаках изморозь может достигать большой толщины, имеет очень неровную форму с рваными выступающими краями, отдельными иглами и столбиками. Такое отложение изморози является опасным для полета.

Иней представляет собой легкий мелкокристаллический ледяной налет, возникающий вследствие сублимации водяного пара. Это образование никогда не достигает опасных размеров и легко стряхивается с поверхности самолета под воздействием воздушного потока и вибр самолета. Опасность представляет лишь отложение инея на стекле кабины пилота, затру визуальный обзор и управление самолетом при заходе на посадку. Образование инея прекращается, как только самолет примет температуру окружающего воздуха, после чего быстро исчезает.

Из всех перечисленных видов отложений льда на самолете наиболее часто встречается матовый лёд, поскольку в переохлажденных облаках обычно существуют капли различных размеров. Лишь внутримассовые слоистые облака (St) и туман состоят из сравнительно однородных мелких капель, замерзание которых дает белый (крупообраз-ный) лёд.

По форме обледенение подразделяется на профильное или клинообразное (рис. 3.2.), Рис. 3.2.

желобкообразное или корытообразное (рис. 3.3.) Рис. 3.3.

бугристое или грибковидное (рис. 3.4.) Рис. 3.4.

Профильное обледенение отлагается чаще всего в виде прозрачного льда, имее обычно гладкую поверхность и возникает в переохлажденном дожде и в облаках с большой водностью и крупными каплями при не слишком низких температурах (не ниже минус С), когда все осевшие капли замерзают, и зона замерзания капель совпадает с зоной обледенения тела. В этом случае, образующийся лёд не вызывает сильного искажения профиля крыла.

Отложения льда корытообразной формы, чаще всего образуются в том случае, когда капли в лобовой части крыла не успевают замерзнуть мгновенно и большая их часть поток воздуха сдувается на некоторое расстояние от носка крыла к более холодным частям и там замерзает. Этот вид обледенения может возникать вследствие того, что при большой скорости полета за счет кинетического нагрева температура в критической точке крыла оказывается положительной, но по мере удаления от критической точки, вдоль профиля крыла температура принимает отрицательные значения. Корытообразный лед появляется и при малых скоростях полета при отрицательной температуре в критической точке, если водность облаков очень большая. Обледенение желобкообразной формы имеет обычно шероховатую поверхность и чаще всего наблюдается при температуре воздуха от -5 до При корытообразной форме обледенения особенно сильно возрастает лобовое сопротивление самолета Сх, по этой причине обледенение такой формы наиболее опасно.

Бугристая или грибковидная форма имеет неровную поверхность, образуется при полете в смешанных облаках, когда капли относятся потоком воздуха за нулевую изотерму поверхности самолета и там замерзают.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Обледенение является опасным для авиации явлением погоды. Обледенение характеризуется интенсивностью отложения льда на поверхности ЛА, которая зависит от многих параметров, как ЛА, окружающей среды так и условий полета. Отложение ледяны отложений имеет многообразие видов, структур и форм, которые имеют характерные условия образования и по разному сказываются на безопасности полетов. Знание основных сведений об обледенении ЛА, его характеристиках и влиянии на полет ЛА позволяют повысить качество метеорологического обеспечения полетов.

IV. ЗАДАНИЕ НА САМОПОДГОТОВКУ.

Повторить:

4.1. Учебный материал темы 5 занятия 2-3.

4.2. «Авиационная и синоптическая метеорология» часть II, Воениздат, М., 1985, с. 72.

4.3. «Авиационная метеорология», Гидрометеоиздат, М, 1992, с.201-211.

РАЗРАБОТАЛ:

Профессор военной кафедры РГГМУ Подполковник Г. Заболотгников

 

Похожие работы:


 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.