Quand et où l'antigivrage est-il nécessaire pour le vol supersonique?

Question

De nombreux avions sont équipés de dispositifs de chauffage pour éviter le givrage dangereux. Les avions supersoniques compriment rapidement l'air, ce qui entraîne des températures élevées . Le Concorde et le Tu-144 utilisaient du combustible comme dissipateur thermique.

À quelle vitesse avez-vous besoin de voler pour que le chauffage rende l'antigivrage inutile? Comment cela dépend-il de la partie de l'avion? Vraisemblablement, le bord d'attaque est la première partie à s'échauffer sans anti-glace. Les conditions de givrage sont-elles différentes à des altitudes typiques de super-croisière? Y a-t-il de l'eau significative là-haut?

Answer 1

À quelle vitesse avez-vous besoin de voler pour que le chauffage rende l'antigivrage inutile?

La température réelle de l'air (TAT) que ressentira la peau de l'avion peut être calculée à partir de la température de l'air statique (SAT) et du nombre de Mach:

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

(utilisant $ \gamma = 1.4 $pour l'air). Le SAT ne descend généralement pas en dessous de -56,5 ° C dans l' atmosphère standard internationale , qui est la température habituelle dans la basse stratosphère (où la plupart des avions supersoniques volent).

Aux nombres de Mach ci-dessus $ \sim 1.24 $ le TAT résultant sera supérieur à 10 ° C, qui est généralement défini comme la température supérieure, là où les conditions de givrage existent.

Comment cela dépend-il de la partie de l'avion? Vraisemblablement, le bord d'attaque est la première partie à s'échauffer sans anti-glace.

Oui, les bords d'attaque se réchaufferaient le plus, mais ils sont aussi la seule partie de l'avion qui pourrait éventuellement accumuler de la glace. Les aéronefs certifiés pour le vol dans des conditions de givrage connues ont généralement des systèmes de dégivrage ou d'antigivrage sur les entrées du moteur, les hélices et les bords d'attaque des ailes, des stabilisateurs verticaux et horizontaux. Mais tous les aéronefs ne disposent pas de ces systèmes sur toutes ces surfaces car ils ne sont pas tous affectés de la même manière. Voir par exemple ces questions:

• Pourquoi seuls certains aéronefs nécessitent-ils un anti-givrage de la queue?
• Pourquoi certaines parties des ailes ne sont-elles pas protégées par le système anti-glace des ailes du B737?

Les conditions de givrage sont-elles différentes à des altitudes typiques de super-croisière? Y a-t-il de l'eau significative là-haut?

L'humidité est généralement assez faible dans la stratosphère, ce qui signifie que le givrage n'est généralement pas un problème ici de toute façon:

Les masses d'air stratosphérique échantillonnées sont sèches, comme prévu, avec une humidité relative moyenne sur l'eau de 12% et sur la glace de 23%, respectivement. Cependant, 2% des données stratosphériques indiquent une sursaturation de la glace.

^{( Une loi de distribution de l'humidité relative dans la haute troposphère et la basse stratosphère dérivée de trois années de mesures MOZAIC )}

La plupart des phénomènes météorologiques ne se produisent que dans la troposphère, ce qui signifie que vous volez au-dessus du temps (bien que les orages puissent pousser les nuages ​​à des altitudes extrêmes).