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.

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

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

Таким 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.

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

tg Д«= ± —,

где W — скорость вертикального порыва

Учитывая, что величина Ли мала, можно принять

Увеличение перегрузки вследствие изменения угла атаки будет равно:

CiJW. . C^WfVS

— ——— леї— + — ———— .

2 mg mg

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

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