הצטברות קרח על כנפי מטוסים נותרה אחד האתגרים המתמשכים והמסוכנים ביותר בבטיחות התעופה.אפילו שכבת קרח דקת – רק כמה מ"מ עבה - יכול לשנות באופן דרמטי את המאפיינים האירודינמיים של כנף, צמצום המעלית, הגדיל, ולהוביל פוטנציאלי לדוכני אוויריים, במשך עשרות שנים, מהנדסים פיתחו גישה שכבתית להגנה על קרח: מערכות מחוסמות פעילות (בעיות אוויריות, אלקטרו-אוויר, אלקטרו-טרמיות, יכולות לקדם באופן טבעי, עם סוללות חזקות) עם אסטרטגיות יעילות של סוללות מתוחכמות, עם סוללות מתוחכמות, עם סוללות מתוחכמות, באופן טבעי, עם סוללות מתוחכמות, עם סוללות מתוחכמות, אשר משפרות, עם סוללות חזקות יותר, כלומר, עם סוללות חזקות יותר, עם סוללות חזקות יותר, עם סוללות מתוחכמות, עם סוללות חזקות יותר, עם סוללות חזקות יותר, עם סוללות מתוחכמות, בשילוב של סוללות מתוחכמות, עם סוללות חזקות יותר, עם סוללות מתוחכמות, באופן טבעי, באופן טבעי, עם סוללות מתוחכמות גבוהה יותר, עם סוללות מתוחכמות גבוהה יותר, כלומר, עם סוללות מתוחכמות גבוהה יותר, עם שיטות ניקוי אגרסיביות, עם שיטות ניקוי אגרסיביות, עם שיטות ניקוי אגרסיביות, אשר משפרות, עם סוללות מתוחכמות, באופן טבעי, שילוב של סוללות מתוח

הבנת הסלמה בכנפיים

כדי להעריך כיצד עיצוב עובד, יש צורך להבין את הפיזיקה של ייבוש טיסה. כאשר מטוס טס דרך טיפות מים נוזליים על-cooled - טיפות שנשארות נוזלי מתחת 0 ° C - הם להכות את פני השטח האגף להקפיא.סוג של קרח כי טפסים תלוי טמפרטורה, גודל טיפה, ותוכן מים נוזלי.

  • (ב) ,0 ,Rime קרח:0; טפסים כאשר טיפות קטנות קופות באופן מיידי על השפעה, מלכוד כיסים אוויריים.זה נראה מוזר ומחוספס, והוא נוטה לצבור על הקצה המוביל.
  • (ב) ,0)Glazeקרחונים: 1FLT:1 Occurs כאשר טיפות גדולות יותר להקפיא לאט יותר, ומאפשר מים לרוץ בחזרה לאורך האגף לפני הקפאה.קרח גאזה הוא ברור, צפוף וקשה.
  • (ב) ⁇ :0) ,2 (ב) ,ב[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]

כל סוגי הקרח להפחית את היכולת של הזרוע לייצר מעלית.משטח המחוספס נוסע שכבת הגבול מן laminar (smooth) כדי להרגיז, להגדיל את חיכוך העור.בנוסף, קרח משנה את הסומבר של הזרוע ויכול לגרום לזרימת האוויר להפריד מוקדם, המוביל לאובדן פתאומי של מעלית - תופעה המכונה דוכנים קרח המושרה ישירות על ידי מנגנונים אלה על ידי מנגנונים של זרימה, שמירה על המיקום של כדור הקרח, ובכך להפחית את המיקום של הדבקה, ובכך לשלוט על ידי מנגנונים של מנגנונים של כדור הארץ, ובכך לשלוט על ידי מנגנונים אלה.

למה לעצב את הדברים לנקודת המבט

בכל אוויר פודל, יש נקודת קיפאון – המיקום שבו הצטברות האוויר הנכנס, זורם חלקית מעל העליון וחלק מתחת לתחתית האגף. בתנאים נקיים, נקודת הקיפאון נמצאת בקצה המוביל.כאשר קרח מאיץ, במיוחד קרח זוהר, נקודת הקיפאון יכולה להשתנות או להפוך לא סדירה, מה שגורם לצורת הקרח לגדול בצורה בלתי צפויה, במיוחד של קרח אחד, אשר תוכנן בקפידה, הוא קרח יציב, במיוחד.

מימון של Aerodynamic Shaping for Ice Mitigation

עיצוב אווירדינמי אינו תכונה אחת, אלא משפחה של אפשרויות עיצוב המדריכים כיצד האוויר זורם מעל האגף.המטרה המריבה היא לשמור על שכבת גבול חלקה, מחוברת למשך זמן רב ככל האפשר, כי שכבת גבול חלקה מפחיתה את מספר הפרעות פני השטח שיכולה היווצרות קרח ומצמצמצמציינת את וריאציות העברת חום מקומיות המעודדות הקפאת.

Laminar Flow and Its Role in Ice Resistance

(הזרם של לנדר – שבו אוויר נע בשכבות במקביל עם שילוב מינימלי – כבר זמן רב מבוקש בעיצוב מטוסים להפחתה בגרורת גרורתית (Gelderation) – עם זאת, יש לו גם יתרון חשוב של צנרת המיועדת לזרימת לבנדר, פני השטח הם חלקים מאוד, ואילו אזורי הלחץ מותאמים בקפידה לעיכוב מעבר להפרעות קרח ולחצים אלה מפחיתים את הסבירות של מספר עצום של קרח, כמו: LT2Fer:

אדג' גיאומטריה

הקצה המוביל הוא החלק הראשון של הזרוע כדי להיתקל בתנאי השקיה.קלאסית עיצובים לעתים קרובות תכונה יתרון מוביל חדה יחסית עבור יעילות מהירה גבוהה, אבל צורות כאלה יכול להתרכז עלייה קרח באזור קטן, ויצר ridge חדה כי טיולים שכבת הגבול. מודרני קרח-resistant קרח-resistant מעדיפים מעט מלא יותר, מעוגל יותר.זה מפיץ את הפחתת הפחתת פני השטח החמור יותר, אפילו על פני השטח הגדול יותר של ירידה של קרח.

התנהגות של ספקטרום וקרח

כנפיים סווטפות סטנדרטיות על תחבורה סילון, אבל הם מציגים סיבוך: קרח יכול להיווצר בדפוס מרתיעה כי נע החוצה, עשוי להרכיב רכסים ארוכים אשר משבשים יעילות של איילון. Aeroדינמית מעצב כתובות זה על ידי אופטימיזציה של הקפאה ואת הצורות המקומי של מחקר מ FLT:0 של נאס"א מחקר ⁇ 1LT מראה כי מתון בשילוב עם קוהר זההרה זהה של מסלולים פחות קריטיים של פני השטח של פחות מתפתלים.

הגנה על קרח באמצעות עיצוב אווירדינמי

אף על פי שאף מטוס לא יכול לסמוך רק על אווירודינמיקה פסיבית בעיצוב לדרישות הסמכה (CFR חלק 25 Appendix C), עיצוב יכול להפחית משמעותית את כמות הקרח המצטברת ואת האנרגיה הדרושה כדי להסיר אותה.

מעבר ל-Cypetour and Icephobicity

ההתפתחויות האחרונות בהנדסה פני השטח שילבו אווירודינמית בעיצוב עם ציפויים קרחפוביים.הצורה עצמה יכולה להיות מיועדת למזער אזורים שבהם מים יכולים להתכופף או ליצור טיפות גדולות.לדוגמה, כמה מטוסי סילון עסקיים משתמשים בעיצוב "חסר" מוביל המציג עקומה חלקה, רציפה ללא פערים.זה מקטין את מספר החריצים שבהם מים יכולים לאסוף לפני שילוב עם ציפוי הידרופובי, ציפוי אווירי או סחף לזרימה לפני שטיפת מים.

טורי גנרטורים ואבטחת קרח

גנרטורים וורטקס הם מכשירים קטנים דמויי פין המוצבים על פני השטח של הכנפיים כדי לחדש את שכבת הגבול. בעוד שהם משמשים באופן מסורתי לשליטה בהפרדה, הם יכולים גם להשפיע על דפוסי קרח. Placed רק aft של האזור מוגן, גנרטורים טורטקס יכולים לעזור לשבור מים משוחררים לתוך טיפות קטנות יותר כי להקפיא פחות מסוכן.

מערכות הגנה על קרח Active Ice Protection

מערכות עיצוב אוויר דינמיות ופעולות של דה-השינג לא מתחרות; הן סינרגיות. כנף בצורת היטב הופכת את המערכת הפעילה יעילה יותר על ידי צמצום נפח הקרח שיש להסירו על ידי הבטחת כי קרח חי אינו יוצר רכסים מסוכנים.

מגפיים פוניות ושפינג

(המגפיים של שלפוחית השתן (הכוללים הנפחים לקרח) משמשים בדרך כלל על טורפים קטנים יותר ומטוסים אזוריים.צורה של הקצוות המובילים של הזרוע משפיעה ישירות על ביצועי האתחול. A שטוחter או פחות מקולקל יכול לגרום לקרח לדבוק חזק יותר, הדורש לחץ גבוה יותר.

אלקטרו-ארמל ו- Bleed Air Systems

מטוסים גדולים תחבורה לעתים קרובות להשתמש אוויר מדמם מן המנועים או תנורי אלקטרו-תרמיים.מיקום תנורי חום אלה מושפע צורה אווירודינמית.על כנף סחף, laminar-flow, אלמנטים חימום ממוקמים בדרך כלל שבו קרח הוא סביר ביותר לצבור - סביב קו ה- stagnation ולאורך הקצה התחתון שבו מתרחשת.

תכונות עיצוב מתקדמות: Laminar Flow control

הארודינמיקה המתקדמת ביותר בעיצוב מושגים עבור צמצום צריכת שתן כרוכה בקרת זרימה פעילה (LFC) ובקרת זרימה היברידית (HLFC) טכניקות אלה להשתמש בשילוב של עיצוב משטח תביעה כדי לשמור על זרימת לבנדר מעל הרבה של הזרוע, אשר בתורו להפחית באופן דרמטי את הפחתת הפחתת קרח.

זרם לליטר טבעי (NLF) Wings

NLF Airfoils מעוצבים כדי לשמור על לחץ חיובי כי עיכוב מעבר הגבול שכבתי.הם שימשו על גלדרים וכמה מטוסים קטנים, ולאחרונה על בואינג 787 ו- Airbus A350. משטחים חלק, מתואם של כנפיים NLF מציגים פחות ניונקיה עבור קרח יותר, כי שכבת הגבול היא דקה ויציבה יותר, כל קרח נוטה להיות פחות אחידה, עם יותר, הם חייבים להיות פחות רגישים יותר, עם כנפיים.

Hybrid Laminar Flow Control (HLFC)

HLFC הולך צעד נוסף על ידי שימוש במזל קטן או סטיות ליד הקצה המוביל כדי להדוף את אוויר שכבת הגבול המהיר של קו הגבול.התבעה זו, בשילוב עם עיצוב זהיר, שומר על זרם הרמזור על החלק הקדמי של הזרוע.המנע את הזעזועים הפחיתים וזרימת אוויר חלקה יותר מצמצם את האזור שבו קרח יכול לצרף מחקר מ-FLT:0 מחקרים סימטריים של EASA יכול להפחית את הסיכון להפחתה של כדור הארץ לפני ירידה של 50%.

כנפיים הסתגלות ומופיחות

במבט קדימה, כנפיים הסתגלותיות ששינוי צורה בטיסה יכול להציע שליטה חסרת תקדים על היווצרות קרח.על ידי התאמה פעילה של סומבר או רופ מוביל, הזרוע יכולה לשמור על נקודת קיפאון אופטימלית ומדינת קו-שכבות גבול בזמן אמת. לדוגמה, כאשר icing מזוהה, הזרוע יכולה להשתנות לחוד החנית יותר ששופכת קרח בקלות רבה יותר.

מחקרים: איך שפינג עובד בפועל

בואינג 787 Dreamliner

ה-787 כולל כנף זרימה טבעית-טבעית נרחבת.הדלנדר שלה, עיצוב גבוה-aspect-ratio עם זווית גורפת גדולה הוא מותאם ליעילות.החוד המוביל של האגף משתמש בעיצוב מלוטש המסייע לשמור על זרימת laminar מעל טווח רחב יותר של זוויות של הגנה על הקרח מסופק על ידי תנורי חימום אלקטרו-תרמיים שנועדו במיוחד כדי לשמר את המאפיינים של חום עמוק, כאשר הם מסוגלים לפעול רק כדי לפעול בצורה יעילה של משטחים של משטחים של מתכת.

Airbus A350 XWB

A350 גם מעסיק כנף של זרימה של כוכבית, אבל עם גישה אחרת: הוא משתמש בחלק קצת שונה של אוויר פופט וחוד מעבורת משתנה-מרוץ לייעל את חלוקת הלחץ.הקצה המוביל של הזרוע הוא רציף (ללא סלאטים) על החלקים הפנימיים, אשר מקטין פערים שבהם מערכת הקרח יכולה ליצור מדמם אוויר מהמנועי, באמצעות צינורות פיקו בתוך קצה צינור חימום יעיל גם כדי להבטיח את הצנרת יעילה.

תעופה ועסק Jets

במטוס קטן יותר, עיצוב אווירודינמיקה הוא לעתים קרובות יותר על פשטות מעשית.הס.ר.22, למשל, משתמש באגף עם רדיוס מוביל מתון מערכת ייחודית "הגנה על צדק" המסתמך על כנף בוכה - מערכת שמפרקת נוזל מקפיא דרך קצה מוביל ⁇ .

כיוונים עתידיים: bio-Inspired ו-Smart Surfaces

הגבול הבא באירודינמיקה בעיצוב של הפחתת קרח שואב השראה מהטבע.לוטוס עלים וכנפיים פרפרים תכונה מיקרוטקסטורות כי דחפו מים. חוקרים עכשיו מטביעים תכונות מיקרו-או ננו-סוליות דומות לתוך משטחים כנפיים כדי ליצור "על-hydrophobic" או "icephobic" תכונות, כאשר בשילוב עם צורה מאקרו-אווירדינמימית, משטחים אלה יכולים לגרום טיפות מים כדי לקפיצה או לקפיצה או לקפיצה מוקדם יותר ממרחק של 90% ממולקולות: 0-FheFDIRECT מוקדם יותר מדגמיכות מוקדם יותר מדגמיכות מוקדם יותר מאשר בדיקות פחמן-F: 1.

יתר על כן, דינמיקת נוזל חישובית (CFD) עכשיו מאפשרת מהנדסים לצורות כנף אופטימיזציה של עמידות מקסימלית קרח במקום לבדוק עשרות של אווירי אוויר במנהרה רוח, מעצבים יכולים לרוץ אלפי סימולציות CFD כי מודל ניכוי, הקפאת, מעבר קו רוחב גבול.זה מוביל לצורות שאינן רק יעילות בתנאים נקיים, אלא גם עמידים לקרח בואינג ו- Airbus יש "לטובהמולקולאז'ים" כולל התעמלות" במגבלות עיצוב.

מסקנה

עיצוב אווירדינמי הוא עמוד יסודי של הגנה על קרח מודרנית על כנפי מטוסים.מסיבוב עדין של קצה מוביל אל פני השטח המתוחכמים של HLFC, הגיאומטריה של כנף קובע כיצד צורות קרח, גדל, ושפך. בעוד מערכות דה-אוויר פעיל נשאר חיוני, כנף בצורת היטב מפחיתה את הנטל על מערכות אלה, משפרת את שולי הבטיחות, ותורמים ליעילות כוללת של מטוסים.