ПОЛЁТ ВЕРТОЛЕТА В УСЛОВИЯХ ОБЛЕДЕНЕНИЯ
Обледенение в большинстве случаев происходит в воздушной среде, содержащей капли переохлажденной воды, в основном в кучевых или слоистых облаках, в условиях тумана, мороси, дождя, мокрого снега при отрицательной или околонулевой температуре наружного воздуха.
Наибольшая вероятность обледенения существует в условиях повышенной влажности воздуха в диапазоне температур от 0 до —20°С и в особенности от —5 до —10°С.
Однако входные устройства двигателей могут подвергаться обледенению и при положительных температурах наружного воздуха (приблизительно до +5°С) — вследствие адиабатического расширения воздуха во входном устройстве. Влага конденсируется на их стенках и в последующем замерзает.
Особенно быстрое и сильное обледенение наблюдается во фронтальных инверсиях, когда при подъёме теплого воздуха над слоем холодного (теплый фронт) возникает «замерзающий дождь».
При полёте в условиях обледенения лёд образуется на всех лобовых частях вертолёта: несущем и рулевом винтах, остеклении фонарей кабин, датчиках приборов, воздухозаборниках двигателей, антеннах.
Это приводит к увеличению полётной массы, существенному ухудшению аэродинамических характеристик и лётных качеств, возможности помпажа, повреждения и самовыключения двигателей, ухудшению обзора, радиосвязи и точности радионавигации.
Особенности и последствия обледенения винтов:
Лопасти НВ обледеневают значительно интенсивнее фюзеляжа, ибо проходят при вращении в 3...5 раз большее расстояние в пеpeoxлaждeнной воздушной среде.
Поэтому не следует судить о степени обледенения НВ по толщине слоя льда на остеклении кабины.
Как правило, в носовой части лопасти (2...5 см по хорде) образуется плотный лёд, а позади него на расстоянии 10...20 см по хорде — неровный бугорчатый лёд.
В концевой части лопасти под влиянием центробежных сил и аэродинамического нагрева при температурах влажного наружного воздуха до —20°С лёд практически не образуется.
Граница образования льда по длине лопасти зависит главным образом от температуры и водности воздуха, а также режима полёта вертолёта, но в целом интенсивность обледенения возрастает по радиусу лопасти.
Обледенение лопасти приводит к изменению её массы, момента инерции, аэродинамических характеристик и махового движения.
В результате этого:
- возрастает уровень и изменяется частотный спектр вибраций конструкции
- уменьшается скороподъемность и максимальная скорость полёта
- ухудшаются устойчивость, управляемость и маневренность вертолёта.
Особенно сильное влияние на полёт вертолёта в условиях обледенения оказывает рост потребной мощности (при постоянной тяге НВ). При полёте с выключенной противообледенительной системой (ПОС) лопастей и температуре влажного воздуха ниже —10°С потребная мощность может возрасти почти на 50%, что вызовет необходимость существенного изменения режима или даже прекращения полёта.
Вместе с тем возможности существующих ПОС по предотвращению льдообразования на лопастях ограничены, что накладывает соответствующие ограничения на условия лётной эксплуатации вертолётов в осенне-зимний (ОЗП) и весенне-летний (ВЛП) периоды.
В частности, на вертолётах типа Ми-8 преднамеренные полёты в условиях обледенения при температуре наружного воздуха ниже минус 12°С запрещены.
Определенную опасность при выполнении полётов в условиях интенсивного обледенения представляет несимметричное, т. е. неодновременное и неравномерное самоудаление льда с лопастей несущего и рулевого винтов, что приводит к сильной тряске вертолёта и может вызвать механические повреждения соседних лопастей, роторов компрессоров двигателей, элементов фюзеляжа (в том числе стабилизатора), антенн и т. п.
Несимметричное самоудаление льда с лопастей происходит преимущественно при температурах наружного воздуха —10...—20°С, причем на рулевом винте это проявляется в большей мере, чем на несущем.
Любое удаление с лопастей достаточно больших масс льда представляет определенную опасность с точки зрения механических повреждений и нарушения работоспособности двигателей.
Основным условием обеспечения безопасности полётов в условиях обледенения несущего и рулевого винтов является заблаговременное включение электротепловой противообледенительной системы лопастей.
При этом ПОС несущего и рулевого винтов, а также обогрев стёкол кабины экипажа при температуре наружного воздуха минус 5°С и ниже следует включать вручную перед выруливанием вертолёта при появлении признаков обледенения (изморозь, туман, мокрый снег).
Если это не было сделано на земле, а в полёте появились первые признаки обледенения, например лёд на стеклах пилотской кабины, и при этом табло «Обледенение» не загорается, необходимо включить вручную ПОС несущего и рулевого винтов, а также обогрев датчика сигнализатора обледенения.
ПОС стёкол кабины следует включать при запотевании, при первых признаках появления льда на стёклах и, наконец, при загорании табло «Обледенение».
Обледенение силовой установки вертолёта представляет значительную опасность. Обледенению обычно подвергаются воздухозаборник, входной канал двигателя, лопатки входного направляющего аппарата, рабочие лопатки и лопатки спрямляющего аппарата первых ступеней компрессора, агрегаты двигателя, расположенные во входном тракте (сигнализаторы обледенения, датчики давления, температуры и т. п.).
Как правило, наибольшее количество льда откладывается на неподвижных элементах входного тракта компрессора и меньше — на рабочих лопатках.
Обледенение входной части двигателя вызывает:
- нарушение формы и размеров проточной части
- изменение параметров воздуха на входе в компрессор и характера течения воздуха во входном канале
- уменьшение секундного расхода воздуха и степени повышения давления воздуха в компрессоре, мощности двигателя, повышение температуры газов перед турбиной
- увеличение уровня вибраций двигателя вследствие несимметричного образования и сброса льда с рабочих лопаток компрессора.
Перечисленные явления могут вызвать помпаж компрессора и самовыключение двигателя, разрушение лопаток, поврежденных кусками сбрасываемого с большой скоростью льда, разрушение подшипников из-за дисбаланса ротора турбокомпрессора.
Включение системы обогрева воздухозаборника и входного устройства неблагоприятно сказывается на мощности и экономичности двигателей, что может в отдельных случаях вызывать необходимость уменьшения режима работы двигателей и соответствующего изменения режима полёта вертолёта.
Несмотря на это, заблаговременное включение ПОС двигателей необходимо для обеспечения безопасности полёта вертолёта в условиях обледенения.
Запоздалое включение или неисправность этой системы, а также попадание обледеневшего вертолёта в зону положительных температур наружного воздуха могут привести к скалыванию льда с воздухозаборника и входного устройства и попаданию кусков льда в двигатель.
При этом возможны помпаж или разрушение лопаток компрессора, самовыключение двигателя со всеми вытекающими отсюда последствиями.
После посадки вертолёта, подвергшегося обледенению, нельзя допускать к нему людей, так как с вращающихся лопастей могут срываться куски льда, представляющие значительную опасность.