ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ОСОБЫХ СИТУАЦИЙ

26.1. ПОЛЕТЫ В УСЛОВИЯХ ОБЛЕДЕНЕНИЯ

В атмосфере при отрицательных температурах содержатся пе­реохлажденные частицы влаги. При соударении с элементами кон­струкции летящего с большой скоростью летательного аппарата они замерзают и с течением времени образуют слой льда.

Обледенение происходит главным образом при полете в облаках, тумане, дожде и мокром снеге, где имеется видимая сконденсиро­ванная влага. Наиболее благоприятными температурными усло­виями для обледенения летательных аппаратов является диапазон изменения температур от нуля до минус 10° С, но обледенение воз­можно и в более широком диапазоне’—от 2° до минус 50° С. Ин­тенсивность обледенения, определяющаяся скоростью нарастания ледяного покрова в единицу времени, зависит от скорости полета н концентрации сконденсировавшейся влаги в 1 м3 воздуха (вод-

пости воздуха). Толщина ледя­ного покрова зависит от продол­жительности полета в зоне обле­денения.

Подпись:

Подпись: струкции летательного аппарата На формы ледяного покрова летательных аппаратов оказывают влияние скорость полета и размеры капель. На небольших скоростях полета, при которых аэродинамический нагрев невелики обтекаемые поверхности имеют температуру ниже 0° С, форма ледяного покрова зависит от размера переохлажденных капель При малом диаметре капель форма льда обычно имеет пикообразный вид (рис. 26.2, а). Объясняется это тем, что мелкие капли при соударении с передними кромками обтекаемых поверхностей отвердевают немедленно и примерзают в местах соприкосновения с ними. Ледя ные наросты в этом случае как бы состоят из отдельных крупинок Если переохлажденные капли крупных размеров, то при соударении с передними кромками обтекаемых поверхностей они сначала рас текаются, а потом уже замерзают. В этом случае поверхность обледенения будет больше, чем это имело место при каплях малого диаметра (рнс. 26.2, б). На носке появляется бугристый, обычно полупрозрачный ледяной нарост, по форме напоминающий пологое корытце.

Переохлажденные частицы влаги благодаря вязкости возду­ха перемещаются вместе с воз­душным потоком. Но при встрече с летательным аппаратом траек­тории движения (обтекания кри­волинейных поверхностей) капель и воздуха неодинаковы, что объясняется неодинаковой массой воды и воздуха, заключенных в одном и том же объеме. Более крупные капли под действчеч центробежных сил раньше отделяются от воздушного потока и оседают на обтекаемой поверхности ближе к передней кромке, а более легкие нз них соответственно легче увлекаются воздушным потоком и оседают дальше (рис. 261). Те капли, которые при обтекании профиля крыла ие попадают на лобовую (переднюю) его часть, уносятся воздушным потоком мимо него, так как цент­робежные силы капель на других участках профиля имеют уже обратное направление за счет изменения кривизны профиля Это значит, что обледеневают только передние части элементов кон­

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ОСОБЫХ СИТУАЦИЙ

При повышенных скоростях полета, когда передняя кромка про­филя вследствие аэродинамического нагрева имеет положительную температуру, обледенение летательного аппарата будет иметь же- лобкообразную форму (рнс. 26.2, о). Объясняется это тем, что осевшая на передней кромке влага не замерзает, а сдувается воз­душным потоком к белее холодной части профиля, где она и при­мерзает к обтекаемой поверхности. При сдувапин капли сливаются друг с другом, образуя сплошную пелену. Поэтому желобковая форма льда не содержит пустот и имеет стекловидную структуру, С дальнейшим увеличением скорости полета, а следовательно, и аэродинамического нагрева, когда обтекаемые поверхности имеют положительные температуры, обледенение летательного аппарата становится невозможным. Величина аэродинамического нагрева Л/ °С передней кромки приближенно может быть определена по формуле

где I’ — скорость полета, м/с.

Значения аэродинамического нагрева в зависимости от скорости полета приведены в табл. 26.1.

Приведенные здесь формула и данные табл. 26.1 относятся к условиям адиабатического нагрева. В реальных условиях обледе­нения вследствие теплоотдачи и испарения влаги с обтекаемой по­верхности летательного аппарата нагрев оказывается на 40—50% ниже значении, приведенных в табл. 26.1. Если, например, самолет пробивает облака со скоростью 720 км/ч, то средний нагрев перед­ней кромки крыла будет не 20е С, как это указано в таблице, а всего лишь 10—12° С. В этом случае при температуре облаков ниже 12е С будет иметь место обледенение самолета, так как температура об­текаемой его поверхности окажется ниже нуля. При температуре облаков выше 12° С пли скорости полета выше 720 км/ч обледенение летательного аппарата исключается.

Таблица 261

Аэродинамический нагрев передней кромки крыла

Скорость

V, м/с V, км/ч

100

360

200

720

300

1080

400

1440

£00

1800

Нагрев

е>

о

О

5

20

45

80

125

Наиболее часто подвержены обледенению передние кромки крыла, стабилизатора и киля, лобовые стекла фонаря, воздухоза­борники двигателей, элементы силовой установки, расположенные во всасывающем канале (стойки, лопатки направляющего аппара­та, защитные сетки), антенны и приемники воздушного давления. В результате обледенения искажаются формы профилей крыла и хвостового оперения, что может существенно увеличить CXq, массу

тательного аппарата, снизить СУа, и,,,,. ухудшить устойчивость и Управляемость летательного аппарата

> Появление на передней кромке горизонтального хвостового опе — пеякя даже сравнительно небольшого слоя льда может существенно осложнить пилотирование летательного аппарата, особенно на предпосадочном планировании после выпуска закрылков В этом случае угол атаки стабилизатора может приблизиться к критиче­скому значению. Указанные явления относятся в первую очередь к летательным аппаратам, имеющим мощную механизацию крыла

При обледенении воздухозаборника и элементов силовой уста­новки во всасывающем канале уменьшается расход воздуха и, сле­довательно, уменьшается тяга двигателя, повышается его темпера турный режим. При этом возможна неустойчивая работа (помпаж), тряска двигателя. Оторвавшиеся куски льда могут попасть в комп­рессор н вывести его из строя. Учитывая это, при наличии условий обледенения командир корабля и диспетчер службы движения пе­ред вылетом должны выбирать такой эшелон, который дал бы воз­можность производить полет вне зоны обледенения или обойти зону обледенения по маршруту полета. Если это не удается сделать, экипаж должен привести в действие вес бортовые протнвообледе — нительиые средства. Для повышения надежности работы послсдвих включение их производят заранее, перед входом летательного ап­парата в зону обледенения. Если по тем или иным причинам вклю­чение протнвообледенительных средств не дает желательных ре­зультатов и обледенение продолжается, необходимо потребовать замены эшелона для выхода из зоны обледенения, а при необходи мости произвести посадку на ближайшем аэродроме.

На современных летательных аппаратах наибольшее распрост­ранение получили воздушно-тепловые, электротепловые и смешан­ные противообледеиительные системы. Опыт эксплуатации показы­вает, что воздушно-тепловые системы достаточно эффективны и надежны в работе. Следует, однако, иметь в виду, что при полете на пониженных режимах работы двигателя снижаются расход и температура воздуха, отбираемого для противообледешлелыюй системы. Прн снижении, например, температура воздуха на вхо­де в противообледенительную систему может быть ниже в 2 ра за, чем на режиме набора высоты. При этом снизится и эффектив­ность ее действия. Не рекомендуется также включать воздушно­тепловую систему на максимальном режиме работы двигателя, так как с уменьшением подачи воздуха в камеры сгорания может зна­чительно повыситься температура газа и даже появиться помпаж компрессора.

При эксплуатации электротепловых систем в ряде случаев за­мечалась недостаточная их эффективность. В связи с этим приве­дение их в действие заранее, перед входом в зону обледення, является весьма необходимым.

Полеты в условиях обледенения могут производиться только на летательных аппаратах, оборудованных противообледеиительными системами.

Поле скоростей атмосферы складывается нз некоторой осред — яеияой установившейся величины (упорядоченное движение) и на­ложенных турбулентных флуктуаций (порывов). Причиной возник­новения последних является наличие в атмосфере градиентов тем­ператур, давлений и скоростей. На возникновение значительной турбулентности атмосферы оказывает влияние наличие резких фронтов погоды, струйных течений, рельефа местности.

В атмосфере имеют место возмущения самых различных масш­табов, от потоков протяженностью в десятки и сотни километров до мелких завихрении. Оказываемое действие их иа летательный аппарат также далеко не одинаково. Наиболее опасными, с точки зрения возникновения дополнительных перегрузок, являются воз­мущения с интервалами между соседними порывами примерно 300—700 м. Кстати, такое распределение порывов встречается наи­более часто. При определенных условиях, зависящих как от харак­теристик летательного аппарата, так и характера турбулентности атмосферы, полет может оказаться не только неприятным, но и небезопасным.

Как известно, в установившемся горизонтальном полете сумма вертикальных сил, действующих на летательный аппарат, равна

у

нулю, а перегрузка равна 1: п„———= 1.

mg

При действии вертикального порыва на летательный аппарат происходит быстрое изменение угла атаки и, следовательно, подъ­емной силы Это вызывает вертикальные и угловые перемещения летательного аппарата. Последнее в свою очередь влияет на вели­чину угла атаки

Подпись: IТаким образом, изменение приращения угла атаки происходит вследствие воздействия вертикального порыва и углового переме­щения летательного аппарата, вызванного этим порывом. Очевид­но, и перегрузка при этом возрастает иа величину Ап,,:

= ї^+ДУа==1 +

mg

Учитывая, что вертикальные потоки (порывы) могут быть вос­ходящими и нисходящими, то и приращение нагрузки может быть как положительным, так и отрицательным, т. е.

ЬУд

mg

Этот прирост перегрузки вызывает дополнительные напряжения в силовых элементах конструкции, и не исключено, что при боль­шой турбулентности атмосферы возникающие перегрузки могут вызвать напряжения, превосходящие установленный коэффициент безопасности данного летательного аппарата. Указанные перегруз­ки для пассажирских летательных аппаратов весьма нежелательны также и но условиям комфорта.

Дополнительную пере­грузку при полете в турбу­лентной атмосфере можно определить следующим об­разом.

Подпись:Увеличение угла атаки за счет вертикального поры­ва ветра (рис. 26.3) будет равно

tg Д«= ± —,

где W — скорость вертикального порыва

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ОСОБЫХ СИТУАЦИЙ

Учитывая, что величина Ли мала, можно принять

Увеличение перегрузки вследствие изменения угла атаки будет равно:

Подпись: *Уа mg Подпись: Д Пи= +CiJW. . C^WfVS

— ——— леї— + — ———— .

2 mg mg

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ОСОБЫХ СИТУАЦИЙ

При полете в атмосферной турбулентности действующие иа ле­тательный аппарат неуравновешенные силы вызывают не только вертикальные, но и боковые перегрузки А/p, величину которых мож­но выразить следующей зависимостью:

где др — приращение угла скольжения.

Однако горизонтальные составляющие порывов ветра обычно в меньшей мере оказывают влияние на движение летательного аппа­рата.

Перегрузки, испытываемые пассажирами при полете в т>р(д лентной атмосфере, зависят от расположения занимаемых ими кре­сел. Для пассажиров, занимающих кресла около центра тяжести летательного аппарата, перегрузки определяются формулами (261) и (26.2).

Пассажиры, занимающие кресла вдали от центра тяжести, бу­дут испытывать дополнительные перегрузки, обусловленные угло­выми ускорениями.

В наиболее неблагоприятных условиях будут находиться пас­сажиры, занимающие кресла в хвосте летательного аппарата. Прярашение перегрузок определяется по формулам.

М + у (*);

іЛ’w’

где 0 и ф — вертикальное и боковое угловые ускорения, х — рас­стояние рассматриваемого кресла ог центра тяжести.

При полете в зоне атмосферной турбулентности интенсивные порывы воздуха, изменяя углы атаки и скольжения, вызывают не только дополнительные перегрузки, продольные и боковые колеба­ния летательного аппарата, но н ухудшают его устойчивость и уп­равляемость. При скорости вертикальных порывов, превышающих 10—12 м/с, летательный аппарат может выйти на режим тряски, вызванной срывами потока на возросших углах атаки. Дальнейшее увеличение вертикальных скоростей и, следовательно, углов атаки вызывает сваливание летательного аппарата. Например, для само­лета Ту-134 режим тряски появляется выше кривой 1 (рис. 26.4), режим сваливания — выше кривой 2

Пилотирование и выдерживание режима полета в турбулентной атмосфере выполняется в соответствии с требованиями руководства по летной эксплуатации данного типа летательного аппарата. При большой турбулентности командир экипажа имеет право (с разре­шения диспетчера службы движения) изменить высоту полета или обойти зоны атмосферной турбулентности на безопасном рас­стоянии, особенно зоны с грозовой деятельностью и пыльной бурей.

Во всех случаях при полетах в зонах атмосферной турбулентно­сти автопилот должен быть выключен, а пассажиры пристегнуты к сиденьям привязными ремнями. Четному составу рекомендуется

Подпись:избегать резких движений ру­лем высоты, особенно иа себя. Не следует допускать также резких эволюций с большим креном и кабрированием. Если все же летательный аппарат окажется в режиме свалива­ния, необходимо плавно откло­нить штурвал от себя и после перехода на малые углы атаки устранять крененле элерона­ми. При резком снижении ле­тательного аппарата, вызван­ном мощным нисходящим по­током, ие следует препятст­вовать его снижению, однако

необходимо следить за изменением скорости, не допуская чрезмер­ного ее увеличения.

Необходимо отметить, что летательные аппарата достаточно устойчивы и, как правило, сами, без помощи пилота, стремятся со­хранить исходное балансировочное положение, Поэтому пилот не должен реагировать рулями на каждое отклонение летательного аппарата от направления установившегося движения