Wann und wo wird Anti-Eis für den Überschallflug benötigt?

Question

Viele Flugzeuge verfügen über Heizvorrichtungen, um eine gefährliche Vereisung zu verhindern. Überschallflugzeuge komprimieren die Luft schnell, was zu erhöhten Temperaturen führt . Concorde und Tu-144 verwendeten Kraftstoff als Kühlkörper.

Wie schnell müssen Sie fliegen, damit das Erhitzen die Eisbekämpfung irrelevant macht? Wie kommt es auf den Teil des Flugzeugs an? Vermutlich ist die Vorderkante der erste Teil, der sich ohne Eisschutz erwärmt. Unterscheiden sich die Vereisungsbedingungen in typischen Supercruise-Höhen? Gibt es dort oben sinnvolles Wasser?

Answer 1

Wie schnell müssen Sie fliegen, damit das Erhitzen die Eisbekämpfung irrelevant macht?

Die wahre Lufttemperatur (TAT), die die Haut des Flugzeugs fühlen wird, kann aus der statischen Lufttemperatur (SAT) und der Machzahl berechnet werden :

$$ \frac{\text{TAT}}{\text{SAT}} = 1 + \frac{\gamma - 1}{2} M^2 = 1 + \frac{1}{5} M^2 $$

(mit $ \gamma = 1.4 $für Luft). Der SAT sinkt in der internationalen Standardatmosphäre normalerweise nicht unter -56,5 ° C. Dies ist die übliche Temperatur in der unteren Stratosphäre (wo die meisten Überschallflugzeuge fliegen).

Bei Mach-Nummern oben $ \sim 1.24 $ Die resultierende TAT liegt über 10 ° C, was normalerweise als obere Temperatur definiert wird, wenn Vereisungsbedingungen vorliegen.

Wie hängt es vom Flugzeugteil ab? Vermutlich ist die Vorderkante der erste Teil, der sich ohne Eisschutz erwärmt.

Ja, die Vorderkanten würden sich am meisten erwärmen, aber sie sind auch der einzige Teil des Flugzeugs, der möglicherweise Eis ansammeln könnte. Flugzeuge, die für den Flug unter bekannten Vereisungsbedingungen zertifiziert sind, verfügen typischerweise über Enteisungs- oder Vereisungsschutzsysteme an den Triebwerkseinlässen, den Propellern und den Vorderkanten der Tragflächen sowie am vertikalen und horizontalen Stabilisator. Aber nicht alle Flugzeuge haben diese Systeme auf all diesen Oberflächen, weil sie nicht alle gleichermaßen betroffen sind. Siehe zB diese Fragen:

• Warum benötigen nur einige Flugzeuge Heck-Vereisungsschutz?
• Warum sind einige Teile der Flügel im B737 nicht durch das Flügel-Eisschutzsystem geschützt?

Unterscheiden sich die Vereisungsbedingungen in typischen Supercruise-Höhen? Gibt es dort oben sinnvolles Wasser?

Die Luftfeuchtigkeit in der Stratosphäre ist normalerweise recht niedrig, was bedeutet, dass die Vereisung hier ohnehin kein Problem darstellt:

Die untersuchten stratosphärischen Luftmassen sind erwartungsgemäß trocken und haben eine mittlere relative Luftfeuchtigkeit über Wasser von 12% bzw. über Eis von 23%. 2% der stratosphärischen Daten weisen jedoch auf eine Übersättigung des Eises hin.

^{( Ein Verteilungsgesetz für die relative Luftfeuchtigkeit in der oberen Troposphäre und der unteren Stratosphäre, abgeleitet aus drei Jahren MOZAIC-Messungen )}

Die meisten Wetterphänomene treten nur in der Troposphäre auf, was bedeutet, dass Sie über dem Wetter fliegen (obwohl Gewitter Wolken in extreme Höhen treiben können).