Материал: 4 - УМК ЛЭВС

4.3. Атмосферные осадки

Воздействие осадков на систему «экипаж – воздушное судно» проявляется в ухудшении видимости, возможности возникновения глиссирования ВС по слою воды на ВПП, снижении коэффициента сцепления с ИВПП, снижении прочности (размокании) ГВПП, повышении вероятности обледенения ВС (при полете в переохлажденных осадках).

Влияние нисходящих воздушно-дождевых потоков и ливневых осадков на параметры полета воздушного судна

Опасное воздействие нисходящих воздушно-дождевых потоков и ливневых осадков на ВС при взлете и заходе на посадку в условиях грозовой деятельности стало основной причиной ряда авиационных происшествий как на отечественных, так и зарубежных ВС.

Нисходящий воздушно-дождевой поток, воздействуя на ВС, изменяет его летно-технические характеристики в такой степени, что в чрезвычайных обстоятельствах при сочетании нескольких неблагоприятных факторов может привести к непоправимому исходу полета, несмотря на все предпринятые командиром ВС меры по управлению ВС и использованию тяги двигателей (рис. 4.4).

В ливневых осадках (ливневой дождь) ухудшаются аэродинамические характеристики ВС и характеристики работы силовой установки, что опасно при взлете с ограниченных ВПП и горных аэродромов.

Внешнее проявление воздействия ливневого дождя на полет ВС подобно влиянию нисходящих воздушных потоков. Ливневой снег в основном приводит к электризации поверхности ВС и появлению незначительных помех в радиообмене и работе радиокомпаса. Проведенные исследования и анализ воздействия сильного ливневого дождя на ВС, заходящее на посадку с полностью выпущенными средствами механизации крыла, показывают, что ливневый дождь значительно ухудшает аэродинамические характеристики ВС.

Ударяясь о ВС, капли дождя передают ему определенное количество движения назад и вниз относительно траектории снижения. Образующаяся пленка дождевой воды на поверхности ВС приводит к некоторому увеличению его массы. Кроме того, при ударе о поверхность ВС дождевые капли создают неровности на его несущих поверхностях. Все это вызывает ухудшение аэродинамических характеристик ВС (увеличивается общее аэродинамическое сопротивление, уменьшается подъемная сила) и создает угрозу для безопасности полета.

Документами ICAO и ГС ГА запрещается взлет ВС, на котором имеются шероховатости поверхности. Даже такие малые неровности, как прилипшие насекомые, не удаленные с поверхности ВС снег, пыль, выступающие заклепки и т. п., являются причинами ухудшения аэродинамических характеристик ВС.

Ухудшение аэродинамических характеристик зависит от интенсивности выпадения осадков. Интенсивность дождя характеризуется толщиной слоя воды, выпадающей в течение часа. Очень высокая интенсивность дождя принимается равной 2000 мм/ч, высокая – 1500 мм/ч, сильная – до 1000 мм/ч, умеренная – 500 мм/ч.

Общее увеличение лобового сопротивления транспортного самолета составляет (по данным ICAO) 10 и 50 % при интенсивности дождя, равной 100 и 2000 мм/ч соответственно.

Снижение подъемной силы, вызываемое неровностями водяной пленки, покрывающей несущие поверхности и другие элементы ВС, оценивалось на основе экспериментальных данных. Было обнаружено значительное (до 34 %) уменьшение подъемной силы при высокой интенсивности дождя. При этом отмечалось:

значительное снижение углов атаки (на 3–5°) и уменьшение скоростей полета (на 18–37 км/ч), при которых происходило сваливание ВС;

уменьшение подъемной силы на 20–30 %, сопровождавшееся изменением угла атаки сваливания самолета на 3–5°, а уменьшение этого угла на 1–3° было связано с уменьшением подъемной силы на 10–15 %.

Кроме того, при высокой интенсивности дождя предкрылки оказываются неэффективными. При уменьшении угла атаки сваливания в условиях ливневого дождя ВС может свалиться в штопор прежде, чем включатся устройства предупреждения о приближении ВС к сваливанию.

Результаты исследования показали, что роль сдвига ветра при грозе в некоторых авиационных происшествиях была значительно преувеличена и что воздействие сильного дождя на подъемную силу и аэродинамическое сопротивление при взлете, заходе на посадку представляют большую угрозу для безопасности полетов. При сильной и даже умеренной интенсивности ливневых осадков уменьшается видимость наземных ориентиров (в отдельных случаях она может составлять менее 400 м) из-за недостаточной эффективности стеклоочистителей. Наиболее опасно производить заход на посадку и уход на второй круг в условиях интенсивных ливневых осадков при высоких температурах и низких давлениях, когда лобовое сопротивление ВС увеличивается до 40 %, потребная тяга двигателей может оказаться меньше располагаемой не только для набора высоты, но и для выполнения горизонтального полета в посадочной конфигурации.

Запрещаются взлеты, заходы на посадку и посадки на аэродроме, над которым или вблизи которого возникла гроза средней и большой силы; взлет, заход на посадку и посадка могут быть произведены на ВПП, находящуюся вне зоны грозовой деятельности и вызванного ею фронта порывов и сильных ливневых дождей.

Глиссирование воздушного судна

Глиссирование – скольжение ВС на водяном клине, на паровой подушке или на размягченной резине. При глиссировании коэффициент сцепления равен примерно 0,05. При этом ВС практически неуправляемо в боковом отношении, его длина пробега возрастает в два-три раза. Глиссирование может возникнуть при толщине слоя воды, равной 2,5–5 мм, при определенных соотношениях скорости движения, силы нормального давления и подъемной силы водяного клина под пневматиками колес шасси ВС (рис. 4.5).

Как видно из рис. 4.5, для возникновения и продолжения глиссирования необходимо, чтобы Fугд ≥ Fнд, а для прекращения глиссирования – Fугд < Fнд. Из этого условия можно получить уравнение скорости глиссирования (Vгл). Если

тогда для наступления явления глиссирования необходимо, чтобы выдерживалось неравенство

откуда

Из приведенного уравнения следует, что основными факторами, влияющими на скорость наступления глиссирования, являются:

• посадочный вес ВС;

• углы отклонения механизации крыла;

• реверс СУ;

• давление в пневматиках колес

• рисунок протектора пневматиков колес;

• состояние ВПП (фактура ВПП). Грубая отделка или наличие специальных канавок увеличивает коэффициент сцепления и скорость глиссирования (КС на мокрой ВПП при наличии канавок размером 6,4 × 6,4мм такой же, как на сухой ВПП без канавок);

• плотность жидкого слоя (слякоти, воды) на ВПП;

• центровка;

• расположение колес основных стоек шасси. При тандемном расположении колес скорость наступления глиссирования увеличивается;

• поперечный уклон ВПП – обеспечивает сток воды, увеличивается КС и Vгл;

• боковой ветер – может создать условия одностороннего глиссирования.

Глиссирование на паровой подушке возникает при нагревании воды, попавшей между контактной поверхностью колес и ВПП. Этот вид глиссирования возникает при движении на заторможенных колесах, поэтому неустойчив и исчезает при растормаживании и начале вращения колес. В этом случае на ВПП остается след белого цвета.

Глиссирование на размягченной резине возникает при ревулканизации покрышек колес при нагревании от скольжения по ВПП с заторможенными колесами. Глиссирование заканчивается при растормаживании и начале вращения колес. В этом случае на ВПП остается след черного цвета.

Рис. 4.6. Приращение взлетной дистанции в зависимости от толщины и плотности слякоти

График изменения взлетной дистанции в зависимости от толщины и плотности слоя слякоти изображен на рис. 4.6, а значения плотности некоторых жидких слоев приведены в табл. 4.2.

Длина участка глиссирования в среднем составляет 700–800 м при посадке. При глиссировании ВС с реверсом длина пробега увеличивается на 25–50 %.

При взлете с ВПП, покрытых слоем воды или слякоти, длина разбега может увеличиться в два раза за счет воздействия гидродинамического сопротивления слякоти, а при толщине слоя слякоти, равного 50 мм, ВС не могут развить необходимую скорость для отрыва и взлететь.

Обледенение воздушного судна

Обледенением называется отложение льда (инея или изморози) на обтекаемых частях ВС, силовых установках и внешних деталях специального оборудования при полете в облаках, тумане, дожде или мокром снеге.

Необходимым и достаточным условием для обледенения ВС в полете являются наличие достаточной влаги в воздухе (облака, осадки), отрицательные температуры воздуха и поверхности ВС.

Обледенение характеризуется интенсивностью отложения льда на поверхности ВС, которая зависит от многих параметров как ВС и окружающей среды, так и условий полета.

По статистике ICAO, из-за обледенения ежегодно происходит около 7 % всех авиационных катастроф, связанных с метеорологическими условиями, и 1 % всех авиакатастроф вообще. Около 4% авиационных происшествий в сложных метеоусловиях приходится на обледенение. Таким образом, знание экипажем основных сведений об обледенении ВС, его характеристиках и влиянии на полет ВС позволяют повысить уровень безопасности полетов.

Интенсивность обледенения ВС характеризуется толщиной льда, отлагающегося на единице площади обледеневающей поверхности ВС в единицу времени. В зависимости от интенсивности различают три вида обледенения:

Слабое обледенение представляет собой накопление льда, который может быть удален с помощью противообледенительного оборудования. Оно не представляет серьезной опасности для воздушного судна, оборудованного противообледенительной системой.

Умеренное обледенение – обледенение такой интенсивности, при котором обычные методы борьбы с обледенением обеспечивают лишь ограниченную защиту. Лед продолжает накапливаться, но скорость его накапливания еще недостаточна для того, чтобы серьезно повлиять на безопасность полета, если воздушное судно не находится в этих условиях в течение длительного периода времени.

Сильное обледенение – обледенение, при котором лед продолжает накапливаться, несмотря на все принятые меры борьбы с обледенением. Скорость накапливания льда достаточно велика, чтобы вызвать заметную потерю воздушной скорости и высоты. Этот вид является критическим с точки зрения безопасности полета.

Одно и то же значение интенсивности для одного типа ВС может представлять опасность, а для другого быть безопасным. Ледяные отложения на поверхности ВС могут образовываться в результате:

• замерзания переохлажденных водяных капель облака, тумана или дождя при

соприкосновении их с частями ВС;

• непосредственного оседания кристаллов льда, снега, града;

• сублимации водяного пара на поверхности ВС.

Процесс образования льда на ВС вследствие замерзания переохлажденных капель является самым распространенным и опасным.

Кристаллы, сухой снег и град обычно не оседают на поверхности ВС, так как сметаются потоком воздуха. Однако при полетах реактивных самолетов отмечались случаи обледенения в кристаллических облаках. Это объясняется тем, что поверхность ВС вследствие кинетического нагрева может иметь значительную положительную температуру, и кристаллы, соприкасаясь с ней, плавятся. Затем, замерзая снова, они образуют нарост шероховатого (бугристого) льда. В табл. 4.3 приведена зависимость кинетического нагрева поверхности ВС в сухом воздухе (Δtk) и облаках (Δtk¹) в зависимости от скорости полета (V).