POLITECHNIKA GDAŃSKA

Transkrypt

1 POLITECHNIKA GDAŃSKA SEMINARIUM Z CHŁODNICTWA ZJAWISKO OBLODZENIA W UKŁADZIE ZASILANIA SILNIKA LOTNICZEGO LEKKIEGO SAMOLOTU Wykonał: Jan Mówiński SUCHiKl SEM. 8

2 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 ), 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.

3 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, 40% 8% 52% oblodzenie w układzie zasilania 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.

4 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 0 o C (nawet w letni dzień). Warunki sprzyjające powstawaniu oblodzenia przedstawia rysunek 3.

5 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.

6 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.

7 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.

8 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.

9 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.

10 Literatura: TCHK 6-7, 8/