Когда и где нужны противообледенительные меры для сверхзвукового полета?
На многих самолетах есть обогреватели для предотвращения опасного обледенения. Сверхзвуковой самолет быстро сжимает воздух, что приводит к повышению температуры . Конкорд и Ту-144 использовали топливо в качестве радиатора.
Насколько быстро вам нужно лететь, чтобы нагревание избавило от обледенения? Как это зависит от части самолета? Предположительно передняя кромка - это первая деталь, которая прогревается без антиобледенения. Отличаются ли условия обледенения на типичных высотах суперкруиза? Есть ли там значимая вода?
Ответы
Насколько быстро вам нужно лететь, чтобы нагревание избавило от обледенения?
Истинная температура воздуха (TAT), которую будет ощущать кожа самолета, может быть рассчитана на основе статической температуры воздуха (SAT) и числа Маха:
$$ \frac{\text{TAT}}{\text{SAT}} = 1 + \frac{\gamma - 1}{2} M^2 = 1 + \frac{1}{5} M^2 $$
(с использованием $ \gamma = 1.4 $для воздуха). SAT обычно не опускается ниже -56,5 ° C в международной стандартной атмосфере , которая является обычной температурой в нижних слоях стратосферы (где летают большинство сверхзвуковых самолетов).
При числах Маха выше $ \sim 1.24 $ результирующая ТАТ будет выше 10 ° C, что обычно определяется как верхняя температура, при которой существуют условия обледенения.
Как это зависит от части самолета? Предположительно передняя кромка - это первая деталь, которая прогревается без антиобледенения.
Да, передние кромки нагреваются сильнее всего, но они также являются единственной частью самолета, на которой может скапливаться лед. Самолеты, которые сертифицированы для полетов в известных условиях обледенения, обычно имеют противообледенительные или противообледенительные системы на впускных отверстиях двигателей, гребных винтах и передних кромках крыльев, вертикальном и горизонтальном стабилизаторах. Но не все самолеты имеют эти системы на всех этих поверхностях, потому что не все они подвержены одинаковому воздействию. См., Например, эти вопросы:
- Почему только некоторым самолетам требуется защита от обледенения хвоста?
- Почему на B737 некоторые части крыльев не защищены антиобледенительной системой?
Отличаются ли условия обледенения на типичных высотах суперкруиза? Есть ли там значимая вода?
Влажность в стратосфере обычно довольно низкая, а это означает, что обледенение в любом случае здесь не проблема:
Отобранные образцы стратосферного воздуха, как и ожидалось, были сухими, со средней относительной влажностью над водой 12% и над льдом 23%, соответственно. Однако 2% стратосферных данных указывают на перенасыщение льда.
( Закон распределения относительной влажности в верхней тропосфере и нижней стратосфере, полученный на основе трехлетних измерений MOZAIC )
Большинство погодных явлений происходят только в тропосфере, что означает, что вы летите над погодой (хотя гроза может толкать облака на очень большую высоту).