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결빙 상태

Icing conditions
Beechcraft King Air의 날개에 얼음이 쌓여 부분적으로 제거됨

항공에서 빙결 조건은 항공기에 물얼음을 형성할 수 있는 대기 조건이다.얼음의 부착과 축적은 항공기 외부 표면(이 경우 기체[1] 결빙이라고 함) 또는 엔진에 영향을 미쳐 카뷰레터 결빙, 공기 흡입구 결빙 또는 보다 일반적인 엔진 [2]결빙이 발생할 수 있습니다.이러한 현상은 발생할 수 있지만 반드시 함께 발생하는 것은 아닙니다.기체와 엔진의 결빙은 항공 역사상 수많은 치명적인 사고를 낳았다.

모든 항공기, 특히 일반 항공기는 조종사 보고서, 관측 및 [3]예보에 기초하여 결빙 조건이 확실하거나 존재할 가능성이 있는 지역으로 비행하는 것으로 알려진 결빙(FIKI) 비행에 대해 인증되지 않는다.국제빙상연맹(FIKI) 인증을 받으려면 항공기에 결빙 사고를 방지하기 위한 적절한 얼음 보호 시스템이 장착되어야 합니다.

정의.

결빙 상태는 공기에 과냉각된 액체 물방울이 포함되어 있을 때 존재합니다.잠재적 핵생성 부위와 접촉하면 동결되는데, 이 경우 핵생성 부위는 항공기의 부품으로 결빙을 일으킨다.착빙 상태는 평균 액적 크기, 액체 수분 함량 및 공기 온도에 의해 정량적으로 특징지어진다.이러한 매개변수는 항공기의 얼음 형성을 특징짓는 범위, 유형 및 속도에 영향을 미친다.연방 항공 규정(Federal Aviation Regulations)에는 일부 항공기가 비행할 수 있도록 인증된 결빙[4] 조건의 정의가 포함되어 있습니다.이른바 SLD 또는 과냉각 대형 물방울 조건은 해당 사양을 초과하고 모든 항공기가 피해야 하는 특정 위험을 나타내는 조건이다.

질적으로, 조종사 보고서는 항공기에 미치는 영향 측면에서 결빙 조건을 나타내며, 항공기의 기존 능력에 따라 달라진다.다른 항공기는 결과적으로 다른 수준의 결빙과 동일한 정량적 조건을 보고할 수 있다.얼음 감지기는 결빙 조건의 존재를 나타내기 위해 자주 사용됩니다.

구조 얼음의 종류

NASA 쌍둥이 수달 연구용 항공기의 과냉각 대형 액체(SLD) 얼음
  • 투명한 얼음은 종종 맑고 부드럽다.과냉각된 물방울, 즉 얼어붙은 비는 표면에 부딪히지만 즉시 얼지는 않는다.종종 "뿔" 또는 돌기가 형성되어 공기 흐름으로 돌출되어 공기 흐름을 원활하게 합니다.이런 형태의 얼음은 글레이즈라고도 불린다.
  • 라이메 얼음은 충격 시 급속하게 얼어붙은 과냉각된 물방울에 의해 형성되는 거칠고 불투명합니다.주로 날개 모양의 막힘 지점을 따라 형성되며, 일반적으로 날개 모양과 일치합니다.
  • 혼합 얼음은 투명 얼음과 라임 얼음의 조합으로 두 가지 특성을 모두 가지고 있습니다.
  • 서리 얼음은 비행이 시작되기 전에 항공기가 정지해 있는 동안 보호되지 않은 표면에서 물이 얼어붙은 결과입니다.이는 에어포일의 경계층 기류를 방해하여 공기역학적 정지를 초래하고, 경우에 따라서는 이륙을 위험하거나 불가능하게 하여 조기 사고로 이어질 수 있기 때문에 비행 시도 시 위험할 수 있다.
  • SLD 얼음은 과냉각 대형 물방울(SLD) 조건에서 형성되는 얼음을 말합니다.이것은 투명 얼음과 비슷하지만, 액체 크기가 크기 때문에 항공기의 보호되지 않은 부분까지 확장되고, 거의 모든 항공기가 충분히 보호되지 않는 정상적인 얼음 상태보다 더 빠른 더 큰 얼음 모양을 형성한다.이것은 아메리칸 이글 4184편 추락의 한 요인이었다.

영향

NASA 글렌연구센터 풍동에서 얻은 로터 블레이드의 얼음 돌기

날개는 일반적으로 얼음에 오염되면 낮은 각도로 정지하고, 따라서 높은 기속으로 정지합니다. 소량의 얼음이라도 영향을 미치며, 얼음이 거칠어도 큰 효과가 있을 수 있습니다.따라서 날개에 얼음이 남아 있을 경우 접근 속도를 높이는 것이 바람직하다.어느 정도의 증가는 항공기의 종류와 얼음의 양에 따라 달라진다.얼음에 오염된 날개가 있는 항공기의 스톨 특성은 저하되며 심각한 롤링 제어 문제는 드문 일이 아니다.얼음 부착은 보정이 필요한 두 날개 사이에 비대칭적일 수 있다.또한, 일반적으로 더 얇고, 따라서 더 나은 얼음 수집기인 날개 바깥쪽 부분은 오래가지 않고 먼저 멈출 수 있습니다.

결빙 방지 및 제거

얼음 보호 시스템을 사용하여 결빙의 위험을 줄이기 위한 몇 가지 방법이 있습니다.첫 번째이자 가장 간단한 방법은 결빙 조건을 완전히 피하는 것이지만, 많은 비행기의 경우 이는 현실적이지 않다.

이륙 전에 항공기에 얼음(또는 기타 오염물질)이 존재할 경우, 반드시 임계 표면에서 얼음(또는 기타 오염물질)을 제거해야 한다.제거에는 여러 가지 형식이 있습니다.

  • 빗자루나 브러시를 사용하여 눈을 치우는 것처럼 간단한 기계적 수단
  • 얼음, 눈 등을 제거하기 위한 제빙액 또는 온수 도포
  • 적외선 가열로 오염물질 용해 및 제거
  • 눈과 얼음이 녹을 때까지 항공기를 열선 격납고에 넣기
  • 태양 쪽으로 항공기를 배치하여 눈과 얼음으로 덮인 표면을 최대한 가열합니다.실제로 이 방법은 시간과 날씨 조건에 따라 얇은 오염으로 제한됩니다.

이러한 모든 방법은 기존 오염을 제거하지만 결빙 조건에서는 실질적인 보호를 제공하지 않습니다.착빙 조건이 존재하거나 이륙 전에 예상되는 경우, 부동액이 사용됩니다.이것들은 제빙액보다 진하고 눈과 비의 영향을 잠시 동안 견딜 수 있다.이 장치는 이륙 중에 항공기를 절단하고 기내 보호를 제공하지 않습니다.

Dash 8 항공기의 날개에 달린 제빙 부츠.융기는 부츠를 공기로 팽창시켜 균열을 일으키고 쌓인 얼음을 제거하는 결과입니다.

비행 중 결빙으로부터 항공기를 보호하기 위해 다음과 같은 다양한 형태의 얼음 방지 또는 제빙이 사용됩니다.

  • 일반적인 접근법은 날개와 테일플레인의 앞쪽 가장자리를 따라 덕트로 엔진 "블리드된 공기"를 연결하는 것입니다.공기는 표면의 앞쪽 가장자리를 가열하고 이는 접촉 시 얼음을 녹이거나 증발시킵니다.터빈으로 구동되는 항공기에서는 엔진의 압축기 부분에서 공기가 추출됩니다.항공기에 터보차지 피스톤 전원이 공급되는 경우 터보차저에서 블리딩 공기를 청소할 수 있습니다.
  • 일부 항공기는 표면에 쌓인 얼음을 분산시키는 공압식 제빙 부츠를 갖추고 있다.이러한 시스템은 엔진 블리딩 공기는 덜 필요하지만 일반적으로 가열된 표면보다 덜 효과적입니다.
  • 일부 항공기는 가장자리에 수백 개의 작은 구멍이 있고 얼음의 축적을 막기 위해 필요할 때 부동액을 방출하는 수성 날개 시스템을 사용한다.
  • 전기 난방은 항공기와 부품(프로펠러 포함)을 결빙으로부터 보호하는 데도 사용됩니다.가열은 연속적으로(일반적으로 피토 정적 센서 및 공격 베인 등 작고 중요한 구성 요소에) 적용하거나 간헐적으로 제빙 부츠를 사용하는 것과 유사한 효과를 제공할 수 있습니다.

이러한 모든 경우 일반적으로 중요한 항공기 표면과 구성요소만 보호된다.특히, 보통 날개의 앞부분만 보호된다.

카뷰레터 열은 결빙을 방지하고 제거하기 위해 카뷰레터 엔진에 가해진다.연료 분사 엔진은 카뷰레터 결빙에 취약하지 않지만 흡입구가 막힐 수 있습니다.이러한 엔진에서는 대체 공기원을 사용할 수 있는 경우가 많습니다.

제빙과 방빙 사이에는 차이가 있다.제빙은 기체에서 얼음을 제거하는 것을 의미하며, 제빙은 기체에서 얼음이 쌓이는 것을 방지하는 것을 의미합니다.

무인항공기 빙상

무인 항공기는 다양한 상업적, 군사적 응용 분야를 가진 신흥 기술이다.비행 중 결빙은 과냉각 구름 또는 얼어붙은 강우에서 비행 중에 발생하며 모든 항공기에 잠재적 위험이 있다.UAV에 대한 비행 중 결빙은 운영 [5]범위에 큰 제한을 가한다.

무인 항공기는 유인 [6]항공기에 비해 더 민감하고 결빙에 취약하다.결빙과 관련하여 UAV와 유인 항공기의 주요 차이점은 다음과 같다.

  • 크기와 무게: 소형 항공기는 대형 항공기에 비해 단위 면적당 얼음이 더 빨리 쌓이고 더 많은 얼음이 쌓입니다.UAV는 일반적으로 유인 항공기보다 작기 때문에 결빙에 더 민감하다.또한 얼음 퇴적물의 추가 질량은 중량 제한이 엄격한 UAV에 빠르게 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
  • 비행 속도:공기 속도가 높으면 항공기의 날개나 프로펠러에 열이 가해져 결빙을 어느 정도 상쇄할 수 있습니다.UAV는 유인 항공기보다 낮은 속도로 비행하며 동일한 발열 효과로부터 혜택을 받지 못할 것이다.따라서 UAV의 결빙은 유인 항공기보다 더 넓은 온도 범위에서 발생할 수 있다.
  • 층류:UAV에 대한 레이놀즈 수치는 유인 항공기에 대한 수치보다 대략적으로 더 낮다.이로 인해 층류 효과가 난류 효과보다 더 일반적인 흐름 조건에서 UAV가 작동하게 된다.층류는 난류보다 교란되기 쉽기 때문에 결빙의 악영향이 크다.
  • 유형: 회전익 UAV는 고정익 [7]UAV보다 결빙에 더 민감합니다.

결빙에 가장 많이 노출된 UAV의 부품은 공기역학적 표면의 앞쪽 가장자리인 공기 속도 센서, 로터 및 프로펠러입니다.

UAV의 결빙은 세계적인 현상이며, 작동 고도에서 결빙 상태는 전 세계에서 일년 내내 발생할 수 있습니다.그러나 얼음 위험은 아악틱스, 북극 및 남극에서 특히 크다.예를 들어 노르딕 산맥의 대부분 지역에서는 9월부터 [7]5월까지 빙결 상태가 35%에서 80% 이상 존재합니다.

결빙 상태 관련 사고

날짜. 사고.
1943년 10월 15일 아메리칸 항공 63편 (플래그십 미주리)
1982년 1월 13일 에어 플로리다 90편 추락 사고
1985년 12월 12일 애로우 항공 1285편
1989년 3월 10일 에어 온타리오 1363편
1991년 12월 27일 스칸디나비아 항공 751편 사고
1992년 3월 22일 USAir 405편 사고
1994년 10월 31일 아메리칸 이글 4184편
1997년 1월 9일 코메어 3272편 사고
2004년 11월 21일 중국동방항공 5210편 사고
2005년 8월 16일 웨스트 캐리비안 항공 708편
2009년 6월 1일 에어프랑스 447편
2011년 1월9일 이란 항공 277편
2010년 11월 4일 에어로 캐리비안 883편
2011년 5월 18일 솔 리네스 에어레아스 5428편
2014년 7월 24일 에어 알제리 5017편
2018년 2월 11일 사라토프 항공 703편 추락 사고

레퍼런스

  1. ^ Wadel, Mary (3 August 2017). "Airframe Icing". NASA Glenn Research Center. National Aeronautics and Space Administration. Retrieved 8 June 2019.
  2. ^ Wadel, Mary (31 July 2017). "Engine Icing". NASA Glenn Research Center. National Aeronautics and Space Administration. Retrieved 8 June 2019.
  3. ^ Yodice, John S. (1 August 2005). "The law on 'known icing'". Vol. 48, no. 8. AOPA Pilot Magazine. Archived from the original on 1 January 2015. Retrieved 25 April 2013. {{cite magazine}}:Cite 매거진의 요건 magazine=(도움말)
  4. ^ "Federal Aviation Regulations, Part 25, Appendix C". Archived from the original on 2012-03-19. Retrieved 2008-09-20.
  5. ^ Hann, Richard; Johansen, Tor (2020). "Unsettled Topics in Unmanned Aerial Vehicle Icing (EPR2020008 Research Report) - SAE Mobilus". saemobilus.sae.org. doi:10.4271/epr2020008. S2CID 226200723. Retrieved 2021-02-12.
  6. ^ Hann, Richard (2020). Atmospheric Ice Accretions, Aerodynamic Icing Penalties, and Ice Protection Systems on Unmanned Aerial Vehicles. NTNU. ISBN 978-82-326-4749-1.
  7. ^ a b "UAV Atmospheric Icing Limitations". May 2021. Retrieved 2021-12-08.{{cite web}}: CS1 maint :url-status (링크)

외부 링크

Wikimedia Commons 항공 관련 미디어

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