Влияние обледенения на летные характеристики и безопасность полетов ЛА 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Влияние обледенения на летные характеристики и безопасность полетов ЛА



Обычно обледенению подвержены следующие поверхности агрегатов ЛА:

- передние кромки крыла и оперения;

- входные кромки воздухозаборников двигателей;

- ВНА компрессора двигателя или при его отсутствии первые ступени компрессора;

- лопасти и обтекатели воздушных винтов турбовинтовых или винто-вентиляторных двигателей;

- лопасти несущих и рулевых винтов вертолетов;

- остекление кабины экипажа;

- обтекатели радиолокационных и радиосвязных антенн;

- датчики пилотажно-навигационных приборов, выходящие в поток.

Обледенение крыла и оперения оказывает большое влияние на летные характеристики, устойчивость и управляемость самолета. Искажение формы и появление неровностей и шероховатости на поверхности носовой части профиля существенно влияют на подъемную силу и сопротивление крыла. В общем приросте сопротивления самолета при обледенении доля крыла и оперения составляет до 70...80%.

В случае обледенения возрастает не только сопротивление ЛА и снижается его качество, но и существенно уменьшается величина максимального коэффициента подъемной силы Су maх (рис. 7.3 и 7.4). Величина критического угла атаки уменьшается на (6...8)°. Это приводит к срыву потока на несущей поверхности и снижению максимальное значение коэффициента подъемной силы в 1,5... 1,8 раза.

   
Рис. 7.3. Изменение поляры профиля при обледенении Рис. 7.4. Зависимость критического угла атаки от характера обледенения

Это означает, что посадка самолета, во избежание резкой потери высоты, должна производиться на меньших посадочных углах, т. е. при большей скорости.

Уменьшение толщины профиля и заострение его передней кромки увеличивают чувствительность профиля к обледенению, т. е вызывают срыв потока на меньшем угле атаки. Поэтому на малых скоростях полета реактивные сверхзвуковые самолеты при обледенении будут находиться в несравненно худших условиях, чем самолеты с дозвуковыми скоростями полета.

Горизонтальное оперение на взлетно-посадочных скоростях обычно обтекается под отрицательными углами атаки. Обледенение его, уменьшая критический угол атаки при относительно большой скорости полета и малой перегрузке, может уже при малых отрицательных углах атаки привести к срыву потока.

Уменьшить опасность срыва при обледенении горизонтального оперения можно с помощью ряда конструктивных мер: увеличением площади и плеча подъемной силы стабилизатора, применением более несущих (несимметричных) профилей, профилированием щелей на стабилизаторе перед рулем высоты, выносом стабилизатора из зоны интенсивного скоса потока за крылом и уменьшением эффективного удлинения стабилизатора.

К потере управляемости самолета может привести обледенение щелей органов управления, передних кромок рулей, элеронов, закрылков, стыков секций предкрылков, примерзание органов управления при полете в условиях переохлажденного дождя или мокрого снега.

Рис. 7.5. Влияние обледенения на КПД воздушного винта: 1 – без обледенения; 2 – при обледене- нии

Образование льда на входной кромке воздухозаборника создает существенную неравномерность воздушного потока на входе в двигатель. Это может привести к снижению тяги и запаса устойчивости работы компрессора двигателя.

Обледенение лопаток ВНА или первых ступеней компрессора двигателя может привести к самопроизвольному сбрасыванию ледяных наростов. Возникающий дисбаланс ротора вызывает появление вибраций. Причем уровень этого дисбаланса может быть таким, что он может привести к разрушению подшипников ротора и всего двигателя.

Обледенение воздушных винтов по формам и видам образующегося льда мало отличается от обледенения крыла и оперения. Однако протяженность зоны обледенения по хорде лопасти может достигать 25...21% ее длины. Протяженность зоны обледенения по радиусу винта составляет 40...60%, считая от оси вращения. Концевые сечения обледенению не подвергаются из-за аэродинамического нагрева и повышенного уровня вибраций. Обледенение винта приводит к падению его КПД на 12...16% (рис. 7.5) и соответствующему уменьшению скорости полета на 20...30 км/ч (только за счет обледенения).

Рис. 7.6. Схема обледенения лопасти несущего винта при горизонтальном полете вертолета

Вертолетные винты гораздо более чувствительны к обледенению, чем самолетные, а само их обледенение отличается своеобразием. Это связано с тем, что скорости обтекания лопастей изменяются в очень широких пределах, вплоть до отрицательных в зоне обратного обтекания.

В зоне обратного обтекания интенсивность обледенения по передней кромке очень невелика и лишь слегка возрастает вдоль лопасти (рис. 7.6). Далее она начинает довольно быстро возрастать и, начиная с некоторого радиуса и до конца лопасти, возрастает примерно пропорционально расстоянию от оси вращения. Ближе к концевым зонам обледенение отсутствует, что вызывается сбросом льда при воздействии вибрации. Кроме того, обледенению подвергаются втулка и все детали управления винтом. Обледенение винта вызывает динамическую несбалансированность. При этом обычно ухудшается управляемость и, наконец, может произойти потеря устойчивости вертолета.

Обледенение остекления кабины экипажа, обтекателей антенн и датчиков пилотажно-навигационных приборов приводит к усложнению условий полета и созданию неблагоприятной обстановки для работы экипажа.

Из изложенного ясно, что для обеспечения безопасности полетов и повышения их регулярности ЛА должны оснащаться ПОС, защищающей указанные выше поверхности и агрегаты самолета или вертолета. Типовая схема зон защиты самолета от обледенения приведена на рис. 7.7.

Сигнализаторы обледенения

Безопасность полетов летательных аппаратов в значительной степени зависит от контроля метеорологических условий полета и своевременного выявления начала процесса его обледенения. Это осуществляется при помощи сигнализаторов обледенения, устанавливаемых на борту самолетов и вертолетов. Они могут быть как автономными приборами, так и входить в состав противообледенительных систем. В последнем случае сигнализаторы обледенения используются для автоматического включения и выключения противообледенителей наиболее важных агрегатов или автоматического управления режимами работы противообледенительных систем.

 
Рис. 7.7. Схема защиты самолета от обледенения: 1 – электрообогреватель датчика углов атаки; 2 – датчик сигнализатора обледенения; 3 – фара для освещения носков воздухозаборников двигателей; 4 – электрообогреватель приемников полного давления; 5 – электрическая ПОС смотровых стекол фонаря; жидкостно-механическая система защиты смотровых стекол фонаря; жидкостно-механическая: система защиты смотровых стекол при посадке, система защиты смотровых стекол и иллюминаторов от запотевания и обмерзания с внутренней стороны; 6,7 – ПОС кока и ВНА двигателей; 8 – ПОС входной части воздухозаборника двигателя; 9 – ПОС предкрылков; 10 – ПОС хвостового оперения; 11 – фара для освещения носков хвостового оперения

 

К сигнализаторам обледенения предъявляются следующее технические требования. Они должны:

- быть безотказны в работе и выдавать достоверную информацию при любых условиях обледенения, иметь максимальную чувствительность;

- обеспечивать подачу сигнала опасности обледенения, начала и окончания обледенения;

- измерять интенсивность обледенения;

- обеспечивать автоматическое управление противообледенительными системами в зависимости от интенсивности обледенения;

- быть простыми в эксплуатации;

- иметь минимальные аэродинамическое сопротивление датчиков, габариты и массу.

Существующие в настоящее время сигнализаторы обледенения условно можно разделить на две основные группы: косвенного и прямого действия.

Сигнализаторы первой группы реагируют на наличие в атмосфере капель воды. Принцип их действия основан на преобразовании физических параметров в электрические сигналы. Они имеют высокую чувствительность. Чтобы исключить их ложные срабатывания при положительной температуре, требуется обязательное измерение температуры атмосферного воздуха (чтобы отличить обычные капли от переохлажденных, обуславливающих обледенение).

Сигнализаторы второй группы реагируют непосредственно на образование на датчике слоя льда. Они уступают в чувствительности первым, так как для образования слоя льда требуется определенное время.

В общем виде сигнализаторы обледенения включают в себя: датчик, преобразователь сигнала и визуальный указатель (сигнальная лампочка, табло, прибор на пульте летчика) или звуковой элемент.

Сигнализаторы первой группы. Из существующих в настоящее время сигнализаторов к сигнализаторам 1-й группы могут быть отнесены: электропроводный сигнализатор (контактный и химический), тепловые сигнализаторы, в частности, тепловой сигнализатор-интенсиметр, и дистанционные сигнализаторы в виде локационных устройств.

Сигнализаторы второй группы срабатывают непосредственно от толщины отложившегося льда на датчике. Они обладают большей инерционностью по сравнению с сигнализаторами первой группы так как требуется определенное время для нарастания определенного слоя льда на поверхности датчика.

Наиболее часто применяются в противообледенительных системах пневматические, радиоизотопные и резисторные сигнализаторы обледенения. Основным элементом каждого сигнализатора является датчик.

У пневматических сигнализаторов в качестве датчика использовано сочетание приемника воздушного давления с дифференциальным манометром (рис. 7.8). Датчик сравнивает динамическое давление со статическим с помощью мембраны, отделяющей полость динамического давления от полости статического давления. При отсутствии обледенения динамическое давление, воздействующее на мембрану, превышает статическое давление. В результате этого мембрана прогибается и разрывает контакт в цепи питания реле и сигнальной лампы. При возникновении обледенения динамическое давление перед мембраной уменьшается вследствие закрытия отверстия пленкой льда. Давление в камерах выравнивается с помощью жиклера, подвижный контакт на мембранной пружине соединяется с неподвижным. Это приводит к срабатыванию реле и загоранию лампы. При срабатывании реле подается сигнал на включение нагревательного элемента, предназначенного для обогрева. Такие сигнализаторы используются для контроля обледенения крыла, оперения и воздухозаборников авиадвигателей.

Рис. 7.8. Электропневматический сигнализатор обледенения: I – для авиационного двигателя; 1,2 – камеры динамического и статического давлений; 3 – электрические контакты, 4 – чувствительный элемент – мембрана, 5 – жиклер, 6 – рабочее отверстие, НЭ1 и НЭ2 соответственно нагревательные элементы датчика и колена корпуса сигнализатора

Принцип действия, радиоизотопного сигнализатора обледенения (см. рис. 7.9) основан на поглощении бета-излучения радиоактивного вещества слоем льда, нарастающим на выносном штыре датчика. Поток бета-частиц, непрерывно излучаемых радиоактивным веществом, проникая через тонкую стенку штыря, по падают на счетчик заряженных частиц. Импульсы напряжения, снимаемые со счетчика, регистрируются электронным блоком. Нарастающий лед уменьшает количество бета-частиц, попадающих на счетчик, вследствие чего уменьшается средняя величина импульса тока. При достижении определенной величины напряжения срабатывает релейная схема электронного блока, контакты которого включают одновременно лампу сигнализации, предупреждающую пилота об обледенении, и обогревательный элемент, сбрасывающий лед с поверхности штыря.

Импульсный ток при этом увеличивается, контакты электронного блока выключают сигнальную лампу и нагревательный элемент. Процесс повторяется в течение всего периода нахождения самолета в зоне обледенения. Прекращение обледенения определяется по выключению лампы на длительное время. Конструкция датчика сигнализатора такова, что выход прямого радиоактивного излучения из датчика во внешнюю среду исключен.

Радиоизотопный сигнализатор обледенения имеет чувствительность 0,3 ± 0,1 мм льда, обеспечивает сигнализацию начала и окончания обледенения, непрерывную сигнализацию при полете в зоне обледенения.

При достижении на датчике толщины льда 0,3 мм включается исполнительное реле, управляющее работой блока задержки, в котором предусмотрено два реле времени. Одно – увеличивает время нагрева штыря, обеспечивая, полное сбрасывание льда, а второе – время подачи сигнала "Обледенение" и продление время работы автоматически включенной ПОС.

На современных ЛА широкое распространение получили сигнализаторы обледенения, непосредственно реагирующие на величину отложившегося льда. На рис. 7.10 представлена принципиальная схема сигнализатора вибрационного типа. Его работа происходит следую щим образом: штырь сигнализатора 1 сквозь отверстие в обшивке 2 выходит в набегающий поток, содержащий переохлажденные капли воды. С помощью обмотки возбуждения 3, к которой подводится переменное напряжение, стержень приводится в колебательное движение вдоль своей оси. Образованная таким образом электромеханическая система колеблется с некоторой эталонной частотой f э. Вместе со стержнем колеблется жестко связанный с ним постоянный магнит 5, наводя в измерительной обмотке 4 переменное напряжение U р, с частотой f р. Эта частота регистрируется с помощью электронных устройств и сравнивается с эталонной.

 

 
Рис. 7.9. Датчик радиационного сигнализатора обледенения: 1 – корпус; 2 – фланец; 3 –щелевидное окно; 4 – счетчик радиоактивного излучения; 5 – слой льда на рабочей поверхности штыря; 6 – цилиндрический штырь; 7 – патрон с источником радиоактивного излучения; 8 – экран; 9 – электроизоляция; 10 – нагревательный элемент; 11 – корпус   Рис. 7.10. Принципиальная схема сигнализатора обледенения вибрационного типа: 1 – колеблющийся штырь; 2 – обшивка ЛА; 3 – обмотка возбуждения; 4 – измерительная обмотка; 5 – постоянный магнит; 6 – слой льда; q – набегающий поток; Uw, f э — напряжение питания и эталонная частота соответственно; U р, f р – напряжение и частота, регистрируемые измерительной обмоткой

При отсутствии обледенения регистрируемая частота f р совпадает с эталонной f э.

При образовании слоя льда 6 изменяются масса и собственная частота колебаний стержня 1 и соответственно – магнита 5. Возникающее рассогласование частот f р и f э регистрируется электронным блоком, выдающим сигнал об интенсивности обледенении.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-19; просмотров: 1685; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.209.66.87 (0.015 с.)