Kapan dan di mana anti-es diperlukan untuk penerbangan supersonik?

Question

Banyak pesawat memiliki perangkat pemanas untuk mencegah lapisan es yang berbahaya. Pesawat supersonik dengan cepat memampatkan udara, menyebabkan peningkatan suhu . Concorde dan Tu-144 menggunakan bahan bakar sebagai heat sink.

Seberapa cepat Anda perlu terbang sehingga pemanasan membuat anti-es tidak relevan? Bagaimana hal itu bergantung pada bagian pesawat? Diduga leading edge adalah bagian pertama yang melakukan pemanasan tanpa anti es. Apakah kondisi icing berbeda pada ketinggian supercruise biasa? Apakah ada air yang berarti di atas sana?

Answer 1

Seberapa cepat Anda perlu terbang sehingga pemanasan membuat anti-es tidak relevan?

True Air Temperature (TAT) yang akan dirasakan kulit pesawat dapat dihitung dari Static Air Temperature (SAT) dan angka Mach:

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

(menggunakan $ \gamma = 1.4 $untuk udara). SAT biasanya tidak turun di bawah -56,5 ° C dalam Atmosfer Standar Internasional , yang merupakan suhu biasa di stratosfer bawah (tempat sebagian besar pesawat supersonik terbang).

Pada angka Mach di atas $ \sim 1.24 $ TAT yang dihasilkan akan berada di atas 10 ° C, yang biasanya didefinisikan sebagai suhu atas, di mana kondisi lapisan es ada.

Bagaimana hal itu bergantung pada bagian pesawat? Diduga leading edge adalah bagian pertama yang melakukan pemanasan tanpa anti es.

Ya, ujung depan paling banyak memanas, tapi itu juga satu-satunya bagian pesawat yang mungkin bisa menumpuk es. Pesawat yang disertifikasi untuk penerbangan dalam kondisi icing yang diketahui biasanya memiliki sistem de-icing atau anti-icing pada saluran masuk mesin, baling-baling dan tepi depan sayap, penstabil vertikal dan horizontal. Tetapi tidak semua pesawat memiliki sistem ini di semua permukaan ini karena tidak semuanya terpengaruh sama. Lihat misalnya pertanyaan-pertanyaan ini:

• Mengapa hanya beberapa pesawat yang membutuhkan tail anti-icing?
• Mengapa beberapa bagian sayap tidak dilindungi oleh sistem anti es sayap di B737?

Apakah kondisi icing berbeda pada ketinggian supercruise biasa? Apakah ada air yang berarti di atas sana?

Kelembaban biasanya cukup rendah di stratosfer, yang berarti lapisan es biasanya tidak menjadi masalah di sini:

Massa udara stratosfer yang diambil sampelnya kering, seperti yang diharapkan, memiliki kelembaban relatif rata-rata di atas air 12% dan di atas es masing-masing 23%. Namun, 2% dari data stratosfer menunjukkan adanya supersaturasi es.

^{( Hukum distribusi untuk kelembaban relatif di troposfer atas dan stratosfer bawah yang berasal dari tiga tahun pengukuran MOZAIC )}

Sebagian besar fenomena cuaca hanya terjadi di troposfer, yang berarti Anda terbang di atas cuaca (meskipun badai petir dapat mendorong awan ke ketinggian yang ekstrem).