Zjawisko oblodzenia w układzie zasilania lekkiego samolotu

Zjawisko oblodzenia w układzie zasilania lekkiego samolotu

POLITECHNIKA GDAŃSKA
SEMINARIUM Z CHŁODNICTWA
ZJAWISKO OBLODZENIA W UKŁADZIE
ZASILANIA SILNIKA LOTNICZEGO LEKKIEGO
SAMOLOTU
Wykonał:
Jan Mówiński
SUCHiKl
SEM. 8
Zjawisko oblodzenia jest zjawiskiem trudnym do zdefiniowania i jednoznacznego określenia.
WiąŜe się to z wieloma czynnikami i zjawiskami fizycznymi, z których wynika. Zjawisko to
nie zostało jeszcze dokładnie opisane w literaturze. Ogólnie moŜna powiedzieć, Ŝe jest to
zjawisko tworzenia się warstwy lodu na powierzchni samolotu lub w jego instalacjach.
Zjawisko oblodzenia jest niepoŜądane i jest częstą przyczyną wypadków lotniczych.
12%
oblodzenie
pozostałe
88%
Rys. 1 Wypadki spowodowane warunkami spowodowane warunkami atmosferycznymi
Badania przeprowadzone w Stanach Zjednoczonych (w latach 1990-2000), przedstawione na
rysunku 1, pokazują, Ŝe aŜ 12% wszystkich wypadków lotniczych stanowią wypadki
spowodowane oblodzeniem. Biorąc pod uwagę warunki atmosferyczne panujące w naszym
kraju pewnie jest to jeszcze większy procent. Niestety nie dotarłem do danych, które
obrazowały by tą sytuację w Polsce.
WyróŜniamy trzy podstawowe przyczyny tworzenia się warstwy lodowej. Są to:
• bezpośrednie osiadanie kryształków lodu lub śniegu,
• zamarzanie przechłodzonych kropelek pary lub deszczu przy zetknięciu się
z powierzchnią samolotu,
• sublimacja pary wodnej na powierzchni samolotu.
Wypadki spowodowane oblodzeniem moŜna podzielić na trzy podstawowe grupy:
• wypadki spowodowane oblodzeniem płatowca,
• wypadki spowodowane oblodzeniem w układzie zasilania silnika,
• wypadki spowodowane oblodzeniem powstałym na ziemi.
Procentowy udział poszczególnych grup w ogólnej liczbie wypadków spowodowanych
oblodzeniem przedstawia rysunek 2. Oblodzenie płatowca to przede wszystkim osiadanie
lodu na skrzydłach, usterzeniu, łopatach śmigła i szybie przedniej. Stanowią około 40%
wszystkich wypadków. Oblodzenie w układzie zasilania dotyczy głównie oblodzenia gaźnika
i stanowi 52% wypadków. Powstanie warstwy lodu na ziemi wynika z nieoczyszczenia
samolotu z oblodzenia i śniegu jeszcze przed startem samolotu.
Zjawisko oblodzenia moŜe zagrozić bezpieczeństwu lotu przez szereg zjawisk które
powoduje. Są to gównie:
•
zmniejszenie siły nośnej i wystąpienie znacznych przyrostów oporu z powodu zmiany
charakteru opływu skrzydeł, łopat śmigła oraz moŜliwości blokowania sterów,
•
zmniejszenie mocy silnika, a co za tym idzie nawet zaprzestanie jego pracy,
spowodowane oblodzeniem gaźnika i jego instalacji doprowadzających powietrze lub
odpowietrzników zbiorników paliwa,
oblodzenie w
układzie zasilania
8%
40%
52%
oblodzenia
płatowca
oblodzenie na
ziemi
Rys. 2 Wypadki spowodowane oblodzeniem
•
przyrost masy samolotu i zmianę połoŜenia jego środka cięŜkości, co wpływa na
wywaŜenie samolotu i jego sterowność, moŜe spowodować równieŜ drgania,
•
oblodzenia rurki Pitota, w tym takŜe zatkanie otworów ciśnienia statycznego, co prowadzi
do błędnych wskazań przyrządów np. wysokościomierza,
•
osadzanie się lodu na antenach, co powoduje gorszą łączność, a nawet jej przerwanie,
•
osadzanie się lodu na szybie przedniej, co prowadzi do ograniczenia widoczności.
Z rysunku 2 wynika, Ŝe najwięcej wypadków jest spowodowanych oblodzeniem gaźnika
(52%) i dlatego na tym problemie skupię się w dalszej części pracy.
OBLODZENIE W UKŁADZIE ZASILANIA
Oblodzenie w układzie zasilania jest przyczyną ponad połowy wypadków spowodowanych
oblodzeniem. Główne miejsca powstawania tego niekorzystnego zjawiska to:
•
odpowietrzniki paliwa,
•
kryształki lodu w odstojnikach paliwa,
•
napełnienie zbiorników paliwa,
•
oblodzenie gaźnika.
Odpowietrzniki paliwa mogą zostać zapchane lodem i spowodować powstanie podciśnienia
w zbiorniku paliwa. Na skutek tego moŜe nastąpić zaprzestanie podawania paliwa do silnika
i jego zatrzymanie.
Kryształki lodu mogą pojawić się w odstojnikach paliwa. Dostanie się ich do silnika
powoduje ich stopienie i pojawienie się wody w komorze spalania. Powoduje to spadek mocy
jednostki napędowej, a nawet zatrzymanie pracy. NaleŜy pamiętać o bezwzględnym usuwaniu
paliwa z odstojników przy warunkach atmosferycznych sprzyjających powstawaniu lodu,
jeszcze przed startem jednostki latającej.
WaŜną czynnością podczas lotów zimowych jest napełnienie zbiorników paliwa. Powietrze
znajdujące się nad paliwem w zbiorniku paliwa, przy spadku temperatury poniŜej temperatury
punktu rosy, powoduje skraplanie się wody w zbiorniku. Podczas tych lotów naleŜy zadbać
o napełnienie paliwem zbiorników do pełna.
OBLODZENIE GAŹNIKA
Oblodzenie gaźnika powstaje w wyniku zachodzących tam procesów termodynamicznych,
temperatura wewnątrz moŜe spaść poniŜej 0oC (nawet w letni dzień). Warunki sprzyjające
powstawaniu oblodzenia przedstawia rysunek 3.
Rys. 3. Zakres warunków atmosferycznych sprzyjających oblodzeniu gaznika.
Jak wynika z powyŜszego rysunku, przy duŜej wilgotności powietrza oblodzenie gaźnika
moŜe wystąpić przy temperaturze znacznie przewyŜszającej 0°C.
Wynika to z przemian termodynamicznych jakie panują w gaźniku. Są to:
•
mieszanka paliwowo-powietrzna ulega rozpręŜeniu w dyfuzorze oraz za przepustnicą,
•
paliwo odparowuje wewnątrz kanału gaźnika.
Na rysunku 4 przedstawiono jak w wyniku panujących przemian obniŜyła się temperatura
gaźnika, aŜ do powstania szronu na zewnętrznej powierzchni.
Rys. 4. Oszronienie gaźnika motolotni.
W praktyce przyjmujemy pewien zakres warunków atmosferycznych, w których pilot
powinien zwrócić szczególną uwagę na moŜliwość pojawienia się oblodzenia w gaźniku. Jest
to wilgotność względna powietrza powyŜej 60% i temperatura w zakresie od 7°C do 21°C.
MIEJSCA POWSTAWANIA OBLODZENIA W GAŹNIKU
Przepływające przez gaźnik paliwo ulega rozpręŜeniu w gardzieli i za przepustnicą, w wyniku
czego mieszanka paliwowo-powietrzna ulega ochłodzeniu na skutek spadku ciśnienia
i wzrostu prędkości przepływu. Paliwo ulega równieŜ odparowaniu podczas przepływu przez
gaźnik, co powoduje dalszy spadek temperatury. ObniŜenie temperatury poniŜej temperatury
punktu rosy powoduje wykraplanie wody z powietrza, a przy dalszym spadku temperatury
odkładanie się lodu. Miejsca powstawania oblodzenia w gaźniku przedstawia rysunek 5.
Rys.5. Miejsca powstawania oblodzenia w gaźniku.
Informacje o powstaniu oblodzenia niesie wykres na rysunku 6. Zawiera on zaleŜności
pomiędzy wilgotnością względną powietrza a jego temperaturą i temperaturą punktu rosy.
Rys. 6. Warunki powstawania oblodzenia w gaźniku.
Z wykresu wynika, Ŝe przy odpowiednio wysokiej wilgotności względnej powietrza zjawisko
oblodzenia moŜe wystąpić przy temperaturze +30°C.
SPOSOBY WALKI Z OBLODZENIEM GAŹNIKA
•
MontaŜ gaźnika bezpośrednio do misy olejowej;
•
Przepływ mieszanki przez misę olejową;
•
Umieszczenie gaźnika przy wylocie spalin;
•
Podgrzewanie powietrza dostarczanego do gaźnika.
W walce z tym zjawiskiem najczęściej wykorzystuje się ciepło powstałe w wyniku spalania
paliwa w silniku. Montuje się gaźniki bezpośrednio do misy olejowej. Ciepło pobierane jest
od gorącego oleju znajdującego się w misie. Innym sposobem na ograniczenie zjawiska
oblodzenia jest przepuszczenie mieszanki paliwowo-powietrznej przez misę olejową
specjalnym kanałem do tego wykonanym. Wykorzystuje się teŜ gorące spaliny do podgrzania
gaźnika, poprzez montaŜ przy wylocie spalin z silnika. PowyŜsze sposoby zostały
zastosowane w silnikach firmy Lycoming. Obrazuje to rysunek 7.
Rys. 7. Sposoby walki z oblodzeniem na podstawie silnika firmy Lycoming.
W mniejszych samolotach wykorzystuje się przepływ powietrza dostarczanego do mieszanki
paliwowej, poprzez podgrzewanie go w nagrzewnicy. Sposób ten przedstawiony jest
na rysunku 8.
Rys.8. System ogrzewania gaźnika.
Pilot moŜe za pomocą przepustnicy sterować wielkością dopływającego powietrza
podgrzewanego w nagrzewnicy i nie podgrzewanego.
NaleŜy pamiętać, Ŝe podgrzanie powietrza powoduje spadek mocy w silniku. I w racjonalny
sposób sterować kątem otwarcia przepustnicy.
Większość jednostek latających wyposaŜonych jest w wskaźnik temperatury gaźnika (rysunek
9). Gdy temperatura spada do określonego poziomu – Ŝółty pasek na wskaźniku – pilot
włącza podgrzew powietrza i w ten sposób zapobiega zjawisku oblodzenia.
Rys. 9. Wskaźnik temperatury gaźnika.
Gdy samolot nie jest wyposaŜony w taki przyrząd, pilot powinien w zaleŜności od panujących
warunków co jakiś czas włączać podgrzew w celu uniknięcia oblodzenia gaźnika. Wymaga to
od pilota znajomości warunków panujących podczas lotu i doświadczenia w takich
warunkach.
Literatura:
“TCHK” 6-7, 8/2007
http://www.sacskyranch.com/crbice.htm
http://www.kellyaerospace.com/articles/Accessory_AMT.pdf