Инженер-механик объясняет научные основы борьбы с обледенением самолетов

Если вы часто летаете, то, вероятно, вы были в аэропорту в ожидании рейса куда-то в зимнее путешествие, когда голос сотрудника авиакомпании объявлял по внутренней связи, что будет небольшая задержка, пока самолёт будет обработан от обледенения. Но как на самом деле работает этот процесс и зачем он нужен?

Как инженер-механик , изучающий образование инея и капель воды на поверхностях, я пришел к пониманию важности противообледенительной обработки самолётов. Действительно, противообледенительная обработка является важным шагом безопасности, выполняемым авиакомпаниями в зимние дни из-за того, как снег и лёд могут повлиять на физику полёта.

Почему деайс?

Короче говоря, противообледенительная обработка необходима, поскольку снег и лёд на крыльях самолёта могут уменьшить подъёмную силу на целых 30% . Подъёмная сила — это вертикальная сила, которая удерживает самолёт в небе. Она возникает, когда воздух обтекает крылья самолёта.

Лёд и снег могут изменить то, как воздух течет по крыльям, что может повлиять на способность пилота маневрировать и управлять самолётом. Он также может увеличить скорость сваливания, что тоже нехорошо. Скорость сваливания — это минимальная скорость, необходимая самолёту для создания достаточной подъёмной силы, чтобы удерживаться в воздухе.

Кроме того, лёд на крыльях может отколоться в полёте, что может привести к повреждению одного или нескольких закрылков на крыльях или двигателя. Излишне говорить, что противообледенительная обработка стала неотъемлемой частью полетов, особенно в зимние месяцы.

Химикаты для борьбы с гололедом

Большинство людей знакомы с химическими антиобледенителями, которые используются на дорогах в зимние месяцы. Однако соли в этих продуктах могут быть едкими, поэтому их не используют на самолётах.

Авиационные антиобледенители состоят из водного раствора гликоля — бесцветной органической жидкости без запаха — смешанного с различными добавками. Эти добавки могут включать загуститель; вещество, предотвращающее коррозию; поверхностно-активное вещество, снижающее поверхностное натяжение ; антипирен и краситель.

Гликоли очень хорошо снижают температуру замерзания воды, что затрудняет замерзание воды или сохранение её в замороженном состоянии на поверхностях. Пропиленгликоль и этиленгликоль являются двумя наиболее распространенными типами, которые обычно составляют от 30% до 70% раствора для размораживания .

В течение многих лет в антиобледенителях использовался только этиленгликоль из-за его низкой стоимости. Однако, поскольку пропиленгликоль менее токсичен для дикой природы и людей, его внедрение коммерческими авиалиниями неуклонно росло с 1980-х годов.

Как происходит процесс удаления льда?

Авиакомпании используют четыре стандартных типа жидкостей при борьбе с обледенением самолётов. Эти жидкости имеют различную вязкость (вязкость — это мера сопротивления жидкости течению) и время защитного действия, то есть период времени, в течение которого жидкости, как ожидается, будут защищать самолёт в условиях снега или обледенения.

В Соединенных Штатах авиакомпании обычно используют двухэтапный процесс перед полётом. Сначала они выполняют противообледенительную обработку с использованием либо подогретой жидкости типа I, либо подогретого раствора жидкости типа I и воды.

Противообледенительная обработка удаляет существующий лёд и снег с крыльев самолёта, поэтому авиакомпании часто нагревают противообледенительную жидкость до температуры около 140–150 градусов по Фаренгейту (60–66 градусов по Цельсию) перед применением.

Жидкости типа I являются самыми жидкими из противообледенительных жидкостей, и они часто бывают красного или оранжевого цвета. Они легче всего распределяются по поверхности самолёта, поскольку имеют самую низкую вязкость. Поскольку они достаточно жидкие, чтобы стекать с самолёта, когда он не движется — или движется медленно — их можно наносить на любой самолёт.

Но в результате они также имеют самое короткое время задержки, часто менее 20 минут в зависимости от погодных условий. Однако это время задержки варьируется и может быть менее пяти минут для снега, если температура наружного воздуха ниже 14°F (минус 10°C).

Затем наземные службы обычно наносят на самолёт антиобледенительную жидкость — часто Тип II или Тип IV. Антиобледенительные растворы используются для предотвращения будущего накопления снега и льда на крыльях самолётов.

Жидкости типа II и типа IV содержат загустители, которые увеличивают их вязкость. Эти загустители позволяют жидкости дольше оставаться на самолёте, помогая растапливать вновь образующийся иней или лёд. Это приводит к более длительному времени выдержки — часто более 30 минут для снега — но это также означает, что самолёту необходимо развивать более высокую скорость, чтобы сдвинуть или сдуть жидкость.

После нанесения жидкости типа II и IV обычно остаются на самолёте до тех пор, пока самолёт не вырулит на взлётно-посадочную полосу во время взлёта. К тому времени он наберет достаточную скорость, чтобы создать силу сдвига, необходимую для удаления жидкости с самолёта. Жидкости типа II имеют прозрачный или бледно-соломенный цвет, тогда как жидкости типа IV обычно имеют зелёный цвет. Включение цветного красителя помогает наземной команде чётко видеть, какие части самолёта были покрыты, а какие ещё требуют нанесения.

Жидкости типа III уже не так распространены. Они разработаны для сдвига на более низких скоростях и поэтому иногда используются на небольших самолётах местных авиалиний, поскольку эти самолёты обычно не летают так быстро, как коммерческие реактивные лайнеры.

Воздействие противообледенительной обработки на окружающую среду

Экологические соображения также являются важной частью борьбы с обледенением. Гликоли требуют много кислорода для биоразложения, что может привести к истощению растворенного кислорода в ручьях или озерах . Это, в свою очередь, может угрожать водной флоре и фауне, такой как рыба и другие организмы, которым растворенный кислород необходим для дыхания.

Кроме того, этиленгликоль токсичен для дикой природы, поэтому Агентство по охране окружающей среды требует от аэропортов контролировать ливневые стоки. По этой причине большинство аэропортов собирают и очищают ливневые стоки на месте или отправляют их на муниципальные очистные сооружения.

Аэропорты также все чаще начинают использовать системы сбора жидкости для переработки гликолей и захвата добавок в этих жидкостях, которые часто также токсичны. Они часто используют специальные зоны снаружи для обработки самолётов от обледенения, чтобы собирать и хранить жидкости после того, как они стекают с самолёта, в подземных резервуарах, пока их не можно будет переработать.

Атмосферное обледенение

Во время полёта самолёты используют другие технологии для снижения риска обледенения. Например, большинство современных самолётов используют системы отбора воздуха , которые направляют горячий воздух из компрессора двигателя через внутренние воздуховоды к передним кромкам крыльев и другим критическим областям, чтобы помочь предотвратить нарастание льда, пока самолёт находится в небе.

Некоторые самолёты также используют электронагреваемые панели , встроенные в крылья самолёта, для генерации тепла. Эти системы управления обычно не могут использоваться, когда самолёт находится на земле, поскольку они полагаются на холодный воздух, проходящий по поверхности крыла. Этот поток воздуха обычно достигается на крейсерской высоте и необходим для предотвращения перегрева поверхности самолёта.

Авиакомпании иногда могут также использовать ледофобные покрытия , чтобы помочь предотвратить образование нового льда и прилипание к внешним поверхностям самолётов. Эти покрытия задерживают то, как скоро может образоваться новый лёд. Они также могут уменьшить прочность сцепления льда с поверхностью.

На крыльях небольших самолётов могут также использоваться надувные резиновые полосы, называемые пневматическими сапогами, которые можно надувать по мере необходимости, чтобы отколоть скопившийся лёд на передней кромке крыльев.

Полёты — это настоящее современное научное чудо. Множество инженерных разработок направлено не только на то, чтобы поднять самолёт в воздух, но и на то, чтобы он не обледенел во время полёта. Так что в следующий раз, когда вы столкнетесь с задержкой в ​​аэропорту из-за погодных условий, просто помните, что для обеспечения как безопасного полёта, так и по-настоящему воодушевляющего необходимо противообледенительное покрытие.

Её конек схемы в бизнесе, банковской и финансовой сфере.