بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مهمترین سیستم های ایمنی هواپیما، سیستم های ضد یخ می باشند. باتوجه به اینکه در بسیاری مناطق دنیا شرایط جوی یخبندان در بسیاری از فصول سال وجود دارد بنابراین مشکلات یخ زدگی نقاط حساس هواپیما همواره برای پروازهای این مناطق مشکل ساز بوده و یکی از خطرات جدی پرواز بشمار می رفته است. بنابراین واضح است که سیستم های ضدیخ و یخزدا نقش خیلی مهمی را در سلامت پرواز ایفا میکنند. در سوانح بسیاری عامل اصلی حادثه یخ زدگی قسمتهای حیاتی هواپیما بوده است.
هدف از ارائه این مقاله معرفی سامانه های مرسوم در هواپیماهای مختلف و پیشنهاد سامانه نوین ضد یخ، بررسی مزایا و معایب روش های مرسوم و تشریح روش جایگزین است. در سیستم نوین بجای استفاده از گرمای کمپرسور موتور برای از بین بردن یخ ایجاد شده در بالها و ورودی هوا از موتور کمکی استفاده خواهد شد. که این موتور کمکی خود از سامانه هیبریدی پیل سوختی به عنوان منبع اصلی در سیستم ضد یخ هواپیما استفاده میکند و باعث افزایش عملکرد در موتور و در نتیجه افزایش تراست می شود.
-1 مقدمه
پدیده یخزدگی در هواپیما معمولا سطوح آیرودینامیکی، موتور، ملخ و روتورها را تحت تاثیر قرار خواهد داد. این پدیده میتواند با قرار گرفتن قطرات ریز آب که دمایی بالاتر از دمای انجماد دارند، بر روی سطوحی با دمای کمتر از دمای انجماد آب، به وقوع بپیوندد. مانند زمانی که هواپیما از یک ارتفاع با دمای سرد به ارتفاعی پایین تر و در نتیجه گرمتر میآید، در این حالت دمای بدنه هنوز زیر صفر است ولی دمای هوا بالای صفر میباشد.
سرمایش آیرودینامیکی نیز می تواند دمای ایرفویل را به صفر درجه سانتیگراد برساند این در حالی است که دمای محیط گرمتر است. در تونل باد آزمایشی انجام می شود که در آن جریان هوای اشباع حول اجسام در دمای 4 درجه سانتیگراد سبب تشکیل یخ میشود. همچنین دمای سطوح، با تبخیر آب روی آنها و تغییرات فشار ناشی از تغییرات ارتفاع کاهش می یابد. در اکثر اوقات پدیده یخ زدگی در دمای هوای بین 4 تا -40 درجه اتفاق می افتد.[8] قرار گرفتن یخ بر روی ایرفول جریان هموار و روان بر روی سطح را از بین برده و موجب کاهش لیفت و افزایش درگ می شود. لیفت می تواند تا 50 درصد کاهش و درگ تا 35 درصد افزایش یابد.[10] شکل 1 پدیده یخ زدگی در بال را نشان میدهد.
پدیده یخ زدگی در بال[10]
یخ باعث افزایش وزن هواپیما، کاهش زاویه استال، کاهش توان خروجی موتور و یا حتی از کار افتادن موتور در برخی مواقع می شود. قرار گرفتن یخ روی روتور و ملخ - حتی مقدار ناچیز از آن - در صورت بر طرف نشدن می تواند تنش هایی را بر روی موتور ،ملخ و روتور ایجاد کند. یخ همچنین می تواند دهانه ورودی موتور، سیستم کاربراتور، سیستم مکش هوا و سایر ورودی های هوا را تحت تاثیر قرار دهد.
یخ می تواند بر روی دستگاه های نظیر لوله پیتوت قرار گرفته و بر روی عدد نشان داده شده خطا ایجاد کند و یا بهکلی سیستم را از کار بیندازد. مورد دیگر کاهش دید مناسب برای خلبان است، که در صورت فقدان سیستم محافظت در برابر یخ زدگی میتواند بر هواپیما بخصوص هنگام فرود خطر آفرین باشد. از همین رو 27 درصد از سوانح هوایی منجر به فوت در دهه نود میلادی ناشی از پدیده یخ زدگی بوده اند. شکل2 اثرات تشکیل یخ بر روی هواپیما را نشان میدهد.
شکل.2 اثرات تشکیل یخ بر روی هواپیما[9]
توانایی پرنده در حل این مشکل تا حد بسیار زیادی به تجهیزات و سیستمهای بکار رفته در هواپیماها بستگی دارد. یکی از مسائل حساس هواپیما که در نگاه اول جزء مسائلی میباشد که میتواند سطح تکنولوژی پرنده را نیز ارتقا بخشد، سیستم ضدیخ میباشد. این سیستم جزء سیستمهایی محسوب میشود که در شرایط جوی بحرانی در حین یخزدگی، امنیت پرواز را تأمین میکند و اگر در ملاحظات سیستم سوخت رسانی، آیرودینامیک، سامانه ها دیگر نیز این مسئله لحاظ شود، میتواند نوع هواپیما را به هواپیمایی با قابلیت پرواز در همه شرایط آب و هوایی ارتقاء بخشد.
همه پدیدههای مرئی هواشناسی از جمله شرایطی که به واسطه آن در هواپیماها یخزدگی بوجود میآید، به طور عمده در لایه زیرین جو یعنی تروپوسفر اتفاق میافتد. ارتفاع تروپوسفر از قطب تا استوا بین 7 الی 9 کیلومتر در نوسان است که در آن تقریبا 0/7 کل هوا متمرکز شده است.[8] در تروپوسفر هوا از مخلوط گازها و آب در سه فاز: مایع، بخار و جامد بلوری همراه با ناخالصیهای مختلفی از گرد و غبار ریز، محصولات احتراق، گرده گیاهان، نمکها و غیره تشکیل یافته است.
اصولاً برخلاف ترکیب اصلی هوا مقدار ناخالصیها که عامل مؤثر برانجماد و تبلور آب هستند، با زمان - شب یا روز - و تغییر ارتفاع در طول سطح زمین تغییر مییابند. جریانهای قوی عمودی گرما که سبب مخلوط شدن مداوم تودههای هوا با درجه حرارتها و فشارهای متفاوت میشوند و همین طور کاهش دما و فشار با افزایش ارتفاع عوامل تغییر فاز آب و هوا هستند که در نتیجه انجماد بخار آب و شکلگیری ابرها، مه، باران، برف و تگرگ را باعث میشوند.
