¿Cuándo y dónde se requiere antihielo para el vuelo supersónico?

Question

Muchos aviones tienen dispositivos de calefacción para evitar la formación de hielo peligrosa. Los aviones supersónicos comprimen rápidamente el aire, lo que lleva a temperaturas elevadas . Concorde y Tu-144 utilizaron combustible como disipador de calor.

¿Qué tan rápido necesitas volar para que el calentamiento haga que el antihielo sea irrelevante? ¿Cómo depende de la parte de la aeronave? Presumiblemente, el borde de ataque es la primera parte que se calienta sin antihielo. ¿Las condiciones de formación de hielo son diferentes en las altitudes típicas de un supercrucero? ¿Hay agua significativa ahí arriba?

Answer 1

¿Qué tan rápido necesitas volar para que el calentamiento haga que el antihielo sea irrelevante?

La temperatura real del aire (TAT) que sentirá la piel de la aeronave se puede calcular a partir de la temperatura estática del aire (SAT) y el número de Mach:

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

(utilizando $ \gamma = 1.4 $para aire). El SAT no suele bajar de -56,5 ° C en la atmósfera estándar internacional , que es la temperatura habitual en la estratosfera inferior (donde vuelan la mayoría de los aviones supersónicos).

En los números Mach arriba $ \sim 1.24 $ el TAT resultante estará por encima de 10 ° C, que generalmente se define como la temperatura superior, donde existen condiciones de formación de hielo.

¿Cómo depende de la parte de la aeronave? Presumiblemente, el borde de ataque es la primera parte que se calienta sin antihielo.

Sí, los bordes de ataque se calentarían más, pero también son la única parte de la aeronave que posiblemente podría acumular hielo. Las aeronaves certificadas para volar en condiciones de formación de hielo conocidas suelen tener sistemas de deshielo o antihielo en las entradas del motor, las hélices y los bordes de ataque de las alas, estabilizador vertical y horizontal. Pero no todos los aviones tienen estos sistemas en todas estas superficies porque no todos se ven afectados por igual. Consulte, por ejemplo, estas preguntas:

• ¿Por qué solo algunos aviones requieren antihielo en la cola?
• ¿Por qué algunas partes de las alas no están protegidas por el sistema antihielo del ala en el B737?

¿Las condiciones de formación de hielo son diferentes en las altitudes típicas de un supercrucero? ¿Hay agua significativa ahí arriba?

La humedad suele ser bastante baja en la estratosfera, lo que significa que la formación de hielo no suele ser un problema aquí de todos modos:

Las masas de aire estratosférico muestreadas están secas, como se esperaba, con una humedad relativa media sobre el agua del 12% y sobre el hielo del 23%, respectivamente. Sin embargo, el 2% de los datos estratosféricos indican sobresaturación del hielo.

^{( Una ley de distribución de la humedad relativa en la troposfera superior y la estratosfera inferior derivada de tres años de mediciones MOZAIC )}

La mayoría de los fenómenos meteorológicos solo ocurren en la troposfera, lo que significa que vuela por encima del clima (aunque las tormentas eléctricas pueden empujar las nubes a altitudes extremas).