Когда и где нужны противообледенительные меры для сверхзвукового полета?

Jan 15 2021

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

3 Bianfable Jan 15 2021 at 15:59

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).