Quando e onde o anti-gelo é necessário para o vôo supersônico?

Jan 15 2021

Muitas aeronaves possuem dispositivos de aquecimento para evitar formação de gelo perigosa. Aeronaves supersônicas comprimem o ar rapidamente, levando a temperaturas elevadas . O Concorde e o Tu-144 usavam combustível como dissipador de calor.

Quão rápido você precisa voar para que o aquecimento torne o anti-gelo irrelevante? Como isso depende da parte da aeronave? Presumivelmente, a borda de ataque é a primeira parte a aquecer sem anti-gelo. As condições de congelamento são diferentes em altitudes típicas de supercruzes? Existe água significativa lá em cima?

Respostas

3 Bianfable Jan 15 2021 at 15:59

Quão rápido você precisa voar para que o aquecimento torne o anti-gelo irrelevante?

A True Air Temperature (TAT) que sentirá a pele da aeronave pode ser calculada a partir da Static Air Temperature (SAT) e o número de Mach:

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

(usando $ \gamma = 1.4 $para o ar). O SAT geralmente não desce abaixo de -56,5 ° C na Atmosfera Padrão Internacional , que é a temperatura usual na estratosfera inferior (onde a maioria das aeronaves supersônicas voa).

Em números Mach acima $ \sim 1.24 $ a TAT resultante será acima de 10 ° C, que geralmente é definida como a temperatura superior, onde existem condições de congelamento.

Como isso depende da parte da aeronave? Presumivelmente, a borda de ataque é a primeira parte a aquecer sem anti-gelo.

Sim, as bordas de ataque esquentariam mais, mas também são a única parte da aeronave que poderia acumular gelo. Aeronaves que são certificadas para voo em condições de gelo conhecidas normalmente têm sistemas de degelo ou anti-gelo nas entradas do motor, nas hélices e nas bordas de ataque das asas, estabilizador vertical e horizontal. Mas nem todas as aeronaves têm esses sistemas em todas essas superfícies porque nem todas são afetadas igualmente. Veja, por exemplo, estas questões:

  • Por que apenas algumas aeronaves exigem anti-gelo da cauda?
  • Por que algumas partes das asas não estão protegidas pelo sistema antigelo de asas no B737?

As condições de congelamento são diferentes em altitudes típicas de supercruzes? Existe água significativa lá em cima?

A umidade geralmente é muito baixa na estratosfera, o que significa que o glacê não é um problema aqui de qualquer maneira:

As massas de ar estratosféricas amostradas são secas, como esperado, com umidade relativa média sobre a água de 12% e sobre gelo de 23%, respectivamente. No entanto, 2% dos dados estratosféricos indicam supersaturação de gelo.

( Uma lei de distribuição de umidade relativa na alta troposfera e na baixa estratosfera derivada de três anos de medições MOZAIC )

A maioria dos fenômenos climáticos ocorrem apenas na troposfera, o que significa que você voa acima do clima (embora a tempestade possa empurrar as nuvens a altitudes extremas).