얼음 보호 시스템

Ice protection system
NASA 쌍둥이 수달 연구용 항공기의 과냉각 대형 액체(SLD) 얼음

항공학에서, 얼음 보호 시스템은 날개, 프로펠러, 회전자 날개, 엔진 흡입구 및 환경 제어 흡입구와 같은 항공기 표면에 대기 중의 습기가 축적되는 것을 방지합니다.얼음의 축적은 에어포일과 비행 제어 표면의 형태를 변화시켜 제어 및 핸들링 특성 및 성능을 저하시킬 수 있습니다.얼음 방지, 얼음 제거 또는 얼음 보호 시스템은 얼음의 형성을 방지하거나 항공기가 위험하기 전에 얼음을 제거할 수 있도록 합니다.

결빙 효과

풍동 내 로터블레이드에 얼음 축적

항공기 결빙은 무게와 항력을 증가시키고 양력을 감소시키며 추력을 감소시킬 수 있다.얼음은 공기 흡입구를 막아 엔진 출력을 낮춥니다.얼음은 충돌 시 동결되거나 유출로 동결되어 쌓일 때 표면의 형태와 평활도를 변경함으로써 표면의 공기역학을 변화시켜 항력을 증가시키고 윙 리프트나 프로펠러 추력을 감소시킨다.변형된 날개 모양에 의한 양력의 감소와 얼음 하중으로 인한 무게의 증가 모두 일반적으로 고도를 유지하기 위해 손실된 양력을 보상하기 위해 더 큰 각도로 비행해야 한다.이는 연료 소비량을 증가시키고 속도를 더욱 감소시켜 스톨이 발생할 가능성을 높이고 항공기의 고도를 떨어뜨린다.

헬리콥터 로터 날개와 항공기 프로펠러에 얼음이 축적되어 무게와 공기역학적 불균형이 회전으로 인해 증폭됩니다.

제트 엔진 또는 터보프롭에 설치된 부동빙 시스템은 공기 흐름 문제를 방지하고 얼음 섭취로 인한 심각한 내부 엔진 손상 위험을 방지하는 데 도움이 됩니다.이러한 우려는 얼음이 [1]축적되는 경향이 있는 흡기 경로에서 더 자주 급커브를 갖는 터보프롭에서 가장 심각하다.

시스템 타입

공기 제빙 부츠

항공기 날개의 공압 부츠 섹션

공압 부트는 일반적으로 고무 또는 기타 엘라스토머 층으로 만들어지며 층 사이에 하나 이상의 공기 챔버가 있습니다.여러 개의 챔버를 사용하는 경우 일반적으로 부트의 긴 방향에 맞춰 스트라이프 모양으로 되어 있습니다.그것은 일반적으로 항공기의 날개와 안정기의 가장자리에 놓인다.챔버는 동시에 또는 특정 챔버의 패턴으로만 빠르게 팽창 및 감압됩니다.부츠의 급격한 형태 변화는 얼음과 고무 사이의 접착력을 깨뜨리고, 얼음을 날개를 통과하는 공기에 의해 운반되도록 설계되어 있습니다.그러나 얼음은 표면의 후행 부분에서 깨끗하게 떨어져나가야 하며 그렇지 않으면 보호 구역 뒤에서 다시 얼 수 있습니다.이러한 방식으로 얼음을 다시 얼린 것이 아메리칸 이글 4184편 추락의 한 원인이었다.

구형 공압 부츠는 얼음 브리징의 대상이 되는 것으로 생각되었습니다.슬러시는 경화되기 전에 부츠의 팽창 가능한 부분의 손이 닿지 않는 곳에 밀릴 수 있습니다.이는 인플레이션/디플레이션 사이클을 가속화하고 인접 [2]셀의 타이밍을 교대로 함으로써 해결되었다.1990년대에 수행된 테스트 및 사례 연구 결과, 아이스 브리징은 현대 부츠 [3]설계에서 큰 문제가 되지 않는 것으로 나타났습니다.

공압 부츠는 슬랫과 같은 첨단 리프트 장치가 없는 저속 및 중속 항공기에 적합하므로, 이 시스템은 Saab 340 및 Embraer EMB 120 브라질리아와 같은 소형 터보프롭 항공기에서 가장 일반적으로 볼 수 있습니다.공압식 제빙 부츠는 다른 유형, 특히 구형 항공기에서 종종 발견된다.이것들은 현대의 제트기에서는 거의 사용되지 않는다.그것은 B.F.에 의해 발명되었다. 1923년 굿리치.

유체 제빙

항공기의 지상 제빙과 혼동해서는 안 된다.
유체 제빙 시스템이 있는 프로펠러 블레이드 - 글리콜이 허브에서 커버 블레이드로 분사됩니다.

때때로 우는 날개,[4] 흐르는 습기 또는 증발 시스템이라고 불리는 이러한 시스템은 얼음 형성을 방지하고 [5]항공기의 중요한 표면에 쌓인 얼음을 분해하기 위해 일반적으로 에틸렌 글리콜 또는 이소프로필 알코올을 기반으로 하는 제빙액을 사용합니다.하나 또는 두 개의 전기 구동식 펌프는 보호 대상 영역 간에 흐름을 나누는 비례 장치로 오일을 보냅니다.두 번째 펌프는 이중화를 위해 사용되며, 특히 알려진 빙결 조건으로의 비행에 대해 인증된 항공기에 앞유리를 위한 추가 기계식 펌프를 사용한다.유체는 날개 앞쪽 가장자리 패널, 수평 안정기, 페어링, 스트럿, 엔진 입구 및 프로펠러 및 윈드실드 스프레이어의 슬링거 링을 통해 강제됩니다.이 패널들은직경 1.064mm의 1평방인치(120/cm2)당 800개의 구멍이 뚫려 있습니다.시스템은 자가 청소이며, 오일은 항공기가 [6][7]슬립스트림에 의해 날아가기 전에 청소하는 데 도움이 됩니다.TKS(Tecalemit-Kilfrost-Sheepbridge Stokes)[8]가 개발한 이 시스템은 제2차 세계대전 당시 영국에 의해 처음 사용되었다.

유체 시스템의 장점은 기계적 단순성과 미세한 구멍으로 인한 공기 흐름의 중단을 최소화한다는 것입니다.이 때문에 오래된 비즈니스 제트기에서 이 시스템이 인기를 끌게 되었습니다.단점은 공압 부츠보다 더 큰 유지보수 요건, 항공기에 탑재된 잠재적으로 불필요한 유체의 중량, 필요할 때 유체의 유한 공급, 그리고 유체를 재충전해야 하는 예측 불가능한 필요성으로 인해 도중 [9]정지를 복잡하게 한다.

공기를 빼다

블리딩 공기 시스템은 제트 엔진이나 터보프롭이 장착된 대부분의 대형 항공기에서 사용됩니다.뜨거운 공기는 하나 이상의 엔진 컴프레서 섹션에서 날개, 꼬리 표면 및 엔진 흡입구를 통해 튜브로 "블링"됩니다.폐기는 날개 밑면의 구멍을 통해 배출된다.

이러한 시스템의 단점은 적절한 양의 블리딩 공기를 공급하면 엔진 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 것입니다.크루즈 또는 하강 시, 특히 하나 이상의 엔진이 작동하지 않을 경우 통상보다 높은 동력 설정이 필요한 경우가 많습니다.더욱 중요한 것은 블리딩 공기의 사용이 엔진 온도 한계에 영향을 미치고 종종 상승 중 동력 설정을 줄여야 한다는 점이다. 이는 엔진이 고장 났을 때 특히 중요한 결과와 함께 상승 성능의 상당한 손실을 초래할 수 있다.이러한 후자의 우려로 인해 세스나 인용제트와 [10][11]같은 일부 소형 항공기에 성공적으로 구현되었지만 소형 터빈 항공기에서는 블리딩 공기 시스템이 흔하지 않게 되었다.

전열

전열 제빙 시스템을 갖춘 프로펠러 상세

전열 시스템은 기체 구조에 내장된 가열 코일(저출력 스토브 소자 같은 것)을 사용하여 전류가 흐를 때 열을 발생시킵니다.열은 연속적으로 또는 [12]간헐적으로 발생할 수 있습니다.

보잉 787 드림라이너는 전열 얼음 보호 기능을 사용한다.이 경우 가열 코일은 복합 날개 구조 내에 내장됩니다.보잉사는 이 시스템이 엔진 공급 공기 시스템의 절반의 에너지를 사용하며 항력과 [13]소음을 감소시킨다고 주장한다.

식각된 호일 가열 코일은 금속 항공기 가죽의 내부에 접합되어 더 높은 전력 [14]밀도로 작동하므로 내장 회로에 비해 전력 사용량을 낮출 수 있습니다.일반 항공의 경우, ThermaWing은 날개 끝에 부착된 유연하고 전도성이 높은 흑연 호일을 사용합니다.전기 히터는 호일을 데워서 얼음을 녹인다.

한 가지 제안은 얇은 필라멘트로 형성된 탄소 나노튜브를 사용했는데, 이 파이프라멘트는 10미크론 두께의 필름으로 방적되었다.필름은 나노튜브 사이의 틈새로 인해 전기 전도성이 불량합니다.대신, 전류는 급격한 온도 상승을 유발하며, 비행 중 제빙을 위해 선택된 발열 요소인 니크롬보다 두 배나 빨리 가열되며, 무게의 10,000분의 1로 절반의 에너지를 사용합니다.747의 날개를 덮기에 충분한 재료의 무게는 80g(2.8온스)이며 가격은 니크롬의 약 1%입니다.저출력으로 [15]계속 켜져 있을 수 있는 에어로겔 히터도 제안되었습니다.

전기 기계

EMEDS(Electro-mechanical Exposion Deising System)는 구조물 내부의 액추에이터에 의해 시작된 충돌력을 사용하여 표면의 충격파를 [16][17]제거한다.또한 EMED를 발열체와 결합하는 하이브리드 시스템이 개발되었으며, 히터는 에어포일의 [18]앞쪽 가장자리에 얼음이 쌓이는 것을 방지하고 EMED 시스템은 에어포일의 가열된 부분의 뒤쪽의 축적을 제거합니다.

패시브(빙식성 코팅)

다음 항목도 참조하십시오.얼음 공포증

수동 시스템은 얼음 공포증 표면을 사용합니다.빙식성은 소수성과 유사하며 결빙에 강한 물질 특성을 나타냅니다.이 용어는 잘 정의되지 않았지만 일반적으로 얼음과 표면 사이의 낮은 접착력, 얼음 형성 방지, 과냉각된 [19]물방울에 대한 기피 효과라는 세 가지 특성을 포함한다.빙식성은 특별한 재료 특성을 필요로 하지만 [20]소수성과는 동일하지 않습니다.

강착을 최소화하기 위해 연구자들은 얼음공포성 물질을 찾고 있다.후보로는 탄소나노튜브와 [21]미끄러운 액체 주입 다공질 표면(SLIPS)이 있는데, 물이 얼음으로 형성될 때 이를 밀어낸다.

「 」를 참조해 주세요.

결빙 사고

레퍼런스

  1. ^ 연방항공청 2015, 페이지 16-17. 오류:: 2015
  2. ^ "FAA Information for Operators 09005" (PDF).
  3. ^ 연방항공청 2015, 페이지 20. 오류:: 2015
  4. ^ 슈로비 1999, 페이지 31
  5. ^ 연방항공청 2015, 페이지 22. 오류:: 2015
  6. ^ E. McMann, Michael. "TKS Ice Protection: Flying year-round becomes a possibility with the TKS Ice Protection system". Plane & Pilot Magazine. Werner Publishing Corporation. Retrieved 17 October 2014.
  7. ^ "flight april april iith fluid system 1946 0710 Flight Archive". Flightglobal.com. Retrieved 2013-12-11.
  8. ^ "De-Icing for To-day".
  9. ^ 슈로비 1999, 페이지 31-32
  10. ^ 연방항공청 2015, 페이지 21. 오류:: 2015
  11. ^ 슈로비 1999, 페이지 58
  12. ^ Sloan, Jeff. "787 integrates new composite wing deicing system". www.compositesworld.com.
  13. ^ "AERO - 787 No-Bleed Systems". www.boeing.com.
  14. ^ http://papers.sae.org/2009-01-3165/ 고전력 밀도 전열 제빙으로 인한 유연성 향상
  15. ^ "De-icing aeroplanes: Sooty skies". The Economist. 2013-07-26. Retrieved 2013-12-11.
  16. ^ "How They Work: Ice Protection Systems". Aviation Week. 2010.
  17. ^ "Electro- mechanical Deicing". Air & Space Magazine. 2004.
  18. ^ "Deicing and Anti-Icing Unite". NASA STI. 2002. Archived from the original on 2003-04-05.
  19. ^ Hejazi, Vahid; Sobolev, Konstantin; Nosonovsky, Michael (2013-07-12). "From superhydrophobicity to icephobicity: forces and interaction analysis". Scientific Reports. 3 (1): 2194. Bibcode:2013NatSR...3E2194H. doi:10.1038/srep02194. ISSN 2045-2322. PMC 3709168. PMID 23846773.
  20. ^ Jung, Stefan; Dorrestijn, Marko; Raps, Dominik; Das, Arindam; Megaridis, Constantine M.; Poulikakos, Dimos (2011-02-14). "Are Superhydrophobic Surfaces Best for Icephobicity?". Langmuir. 27 (6): 3059–3066. doi:10.1021/la104762g. ISSN 0743-7463. PMID 21319778.
  21. ^ Kim, Philseok; Wong, Tak-Sing; Alvarenga, Jack; Kreder, Michael J.; Adorno-Martinez, Wilmer E.; Aizenberg, Joanna (28 August 2012). "Liquid-Infused Nanostructured Surfaces with Extreme Anti-Ice and Anti-Frost Performance". ACS Nano. 6 (8): 6569–6577. doi:10.1021/nn302310q. PMID 22680067 – via ACS Publications.

참고 문헌

외부 링크