BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM
KHOA KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG
‑‑‑‑‑‑
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
TÊN ĐỀ TÀI
SỰ TÍCH TỤ BĂNG TRÊN TÀU BAY VÀ HỆ THỐNG
CHỐNG ĐÓNG BĂNG TRÊN TÀU BAY
Giảng viên hướng dẫn:
ThS. Lê Tấn Lộc
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Đinh Minh Quân
Lớp:
18ĐHKT01
Mã số sinh viên:
1851200002
Mã học phần:
0108000733
Thời gian thực hiện:
10/2021 – 12/2021
Thành phố Hồ Chí Minh – 12/2021
Hình 1. Bốn loại tích tụ băng trên tàu bay.....................................................................13
Hình 2. Biểu đồ phân cấp mức độ đóng băng theo độ cao ............................................16
Hình 3. Không khí được nén lại bay hơi lên cao và nở ra tich1 tụ tạo thành mây ........19
Hình 4. Độ cao của mây tầng ........................................................................................20
Hình 5. Độ cao của mây tích .........................................................................................21
Hình 6. Máy dò băng thông báo cho tổ bay về tình trạng đóng băng và trên một số máy
bay, tự động kích hoạt hệ thống bảo vệ băng. Một hoặc nhiều máy dò nằm trên thân máy
bay phía trước ................................................................................................................23
Hình 7. ống PITOT ........................................................................................................24
Hình 8. Cấu tạo ống PITOT ..........................................................................................25
Hình 9. Probe nhiệt ........................................................................................................25
Hình 10. Ổ cắm tĩnh ......................................................................................................26
Hình 11. Cấu tạo máy dò băng ......................................................................................27
Hình 12. Cầu tạo đầu dò có máy phát động bộ .............................................................28
Hình 13. Ví dụ 2 luồng khi là PA và PB. Trường hợp PB lớn hơn PA gây nên áp suất
khác nhau .......................................................................................................................28
Hình 14. sự chênh lệch áp suất giữa PB và PA .............................................................29
Hình 15. Nguyên lí hoạt động của vòng quay pallet .....................................................29
Hình 16. Góc tấn của đầu dò servo Mirage III. Phần màu xanh lá ...............................30
Hình 17. Cấu tạo đầu dò cánh quạt kiểu goodrich ........................................................31
Hình 18. Cầu tạo máy dò Teddington ...........................................................................32
Hình 19. Cấu tạo máy dò băng Smiths ..........................................................................33
Hình 20. Máy dò băng Rôto ..........................................................................................34
Hình 21. Cấu tạo máy dò băng Rôto .............................................................................34
Hình 22. Cấu tạo máy dò rung động..............................................................................35
Hình 23. Mô tả nguyên lý hoạt động của máy dò rung động ........................................36
Hình 24. Đồng hồ hiển thị của Carlquist 1960 ..............................................................36
Hình 25 Đồng hồ hiển thị của Teledyne Avionics ........................................................37
Hình 26. Đồng hồ hiển thị góc tấn của AIRBUS ..........................................................37
Hình 27. Đồng hồ hiển thị góc tấn của Boeing .............................................................38
Chương 1.
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Lý do chọn đề tài
Sự tích tụ băng trên máy bay là một trong những mối nguy hiểm nhất đối máy bay.
Hiện tượng xảy ra khi máy bay di chuyển xuyên qua các tầng mây có nhiệt độ dưới điểm
đóng băng(điều kiện đóng băng) có thể bị đóng băng ở mức độ khác nhau gây nên các
thiệt hại bề mặt cấu trúc ảnh hưởng đến độ an toàn và hiệu suất của máy bay.
Trong hơn 50 năm qua, sự tích tụ băng là nguyên nhân gây ra nhiều vụ tai nạn khiến
phi hành đoàn và hành khách thiệt mạng và phá hủy máy bay. Các ví dụ điển hình của
Hoa Kỳ và New Zealand về các cuộc gặp tai nạn do sự tích tụ băng gây ra với hậu quả
chết người như:
-
New Zealand Cessna Caravan bị rơi ngoài khơi Đảo Nam New Zealand vào
tháng 11 năm 1987, giết chết cả hai người cư ngụ. Phi công đã báo cáo về
việc đóng băng.
-
Một chuyến bay về va chạm với địa hình khi hạ cánh vào tháng 12 năm 1989,
tại Pasco, Washington, Hoa Kỳ, giết chết cả phi hành đoàn và cả bốn hành
khách. Máy bay đã ở trong điều kiện đóng băng khoảng 10 phút trước khi khi
tiếp cận đường băng.
-
Một chuyến vận tải hàng không bị đình trệ khi cất cánh vào tháng 3 năm 1992,
tại Flushing, New York, Hoa Kỳ, khiến hai thành viên phi hành đoàn và 25
hành khách thiệt mạng; 24 người sống sót. Máy bay đã được khử băng hai lần
trước khi cất cánh.
-
Một chuyến bay về mất kiểm soát trong điều kiện đóng băng và lao xuống
cánh đồng đậu tương trên đường đến Chicago, Illinois, Hoa Kỳ, vào tháng 10
năm 1994, giết chết tất cả 68 người trên máy bay.
-
Tháng 6 năm 1997 Beechcraft BE 58 Baron bị rơi ở Đảo Bắc của New
Zealand, giết chết người duy nhất - phi công. Máy bay đang hoạt động trong
môi trường đóng băng dự báo.
Các số liệu thực tế chi thấy các vụ tai nạn liên quan đến tích tụ băng trên máy bay
đã thu hút sự chú ý của ngành hàng không và giờ đây mọi người đều hiểu rằng đây vấn
đề là quốc tế, không chỉ khu vực. Ngay cả các hãng hàng không quốc gia của các nước
có khí hậu nhiệt đới ôn hòa cũng có thể bay đến và đi từ các vĩ độ có thể bị ảnh hưởng
bởi sự tích tụ băng. Ngoài ra, các công nghệ cải tiến để chống đóng băng cho máy bay
trên mặt đất và bay trong thời tiết có băng tự hoạt động nhưng vẫn cần sự hiểu biết và
áp dụng bởi các nhân viên như: Phi công, kiểm soát viên không lưu, nhân viên mặt đất
và nhân viên kiểm soát để phát hiện và kiểm soát sự hình thành băng.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Nội dung của bài báo cáo đồ án môn học “Sự tích tụ băng trên tàu bay và hệ thống
chống đóng băng trên tàu bay “ nhằm mục đích nghiên cứu và hiểu rõ được môi trường
hoạt động của máy bay thông qua tìm hiểu về cách thức hình thành của băng và sự khác
biệt về điều kiện khí quyển ảnh hưởng đến cường độ của những lần máy bay gặp băng.
Từ đó nghiên cứu về nguyên lý hoạt động và tác hại do băng gây ra với máy bay và cách
chống lại băng bám trên tàu bay thông qua hệ thống chống đóng băng, khử đóng băng
hoặc ngăn chặn sự hình thành băng hoặc loại bỏ băng khỏi máy bay trước khi rơi vào
trạng thái nguy hiểm.
1.3 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu áp dụng với bài báo cáo đồ án môn học “Sự tích tụ băng
trên tàu bay và hệ thống chống đóng băng trên tàu bay“ được thực hiện và trình bày
dựa vào các nguồn thông tin và số liệu đã có trong các tài liệu thuộc tổ chức hàng không.
1.4 Kết cấu đồ án
Bài báo cáo đồ án môn học “Sự tích tụ băng trên tàu bay và hệ thống chống đóng
băng trên tàu bay“ được chia thành các chương như sau:
Chương 1.
Giới thiệu chung
Trong chương này trình bày các vấn đề do băng gây ra đối với tàu bay trong quá
trình bay và làm cơ sở để triển khai đề tài thông qua các mục:” lý do chọn đề tài – mục
tiêu nghiên cứu – phương pháp nghiên cứu – kết cấu đồ án”.
Chương 2.
Sự tích tụ bang trên tàu bay
Trong chương này, chúng ta thảo luận về cách thức hình thành của băng và sự khác
biệt về điều kiện khí quyển ảnh hưởng đến cường độ của những lần tàu bay gặp băng.
Đồng thời, trong suốt chương này cũng sẽ đề cập đến các hiệu ứng cụ thể do băng gây
ra đối với tàu bay.
Chương 3.
Hệ thống chống dò băng trên tàu bay
Trong chương này, chúng ta thảo luận cụ thể về các yếu tố hoạt động của tàu bay bị
ảnh hưởng khi có sự tác động của tích tụ băng thông qua các thông tin đã được đề cập ở
chương 2. Từ đó, làm cơ sở để nghiên cứu bàn về cấu tạo và cách thức hoạt động của
các hệ thống chống đóng băng và khử đóng băng trên tàu bay.
Chương 4.
Hệ thống chống và hệ thống khử đóng băng trên tàu
Trong chương này, chúng ta thảo luận cụ thể về các yếu tố hoạt động của tàu bay bị
ảnh hưởng khi có sự tác động của tích tụ băng thông qua các thông tin đã được đề cập ở
chương 2. Từ đó, làm cơ sở để nghiên cứu bàn về cấu tạo và cách thức hoạt động của
các hệ thống chống đóng băng và khử đóng băng trên tàu bay.
Chương 5.
Kết luận
Trong chương này, nêu lên quan điểm cá nhân với đề tài “Sự tích tụ băng trên tàu
bay và hệ thống chống đóng băng trên tàu bay“ thông qua các tài liệu được tổng hợp
và đề cập trong xuyên sốt quá trình thực hiện bài báo cáo.
Chương 2.
SỰ TÍCH TỤ BĂNG TRÊN TÀU BAY
Tích tụ băng (đóng băng) trên tàu bay là một trong những mối nguy hiểm của hiện
tượng đóng băng đáng kể nhất đối với tàu bay. Hiện tượng thường xảy ra khi máy bay
di chuyển xuyên qua các tầng mây có nhiệt độ dưới điểm đóng băng có thể bị đóng băng
ở mức độ nào đó gây nên các thiệt hại bề mặt cấu trúc ảnh hưởng đến độ an toàn và hiệu
quả hoạt động bay của máy bay.
Băng thường hình thành trên tàu bay đang bay khi các bề mặt tiếp xúc của tàu bay
va chạm với các giọt nước vẫn ở dạng lỏng dưới điểm đóng băng(nước siêu lạnh). Có
thể đánh giá rủi ro của tau bay khi bị tích tụ băng bằng cách xem xét ba yếu tố: Nhiệt
độ, độ ẩm, kích thước giọt.
Nhiệt độ: Đóng băng thường xuyên nhất khi nhiệt độ không khí tĩnh (SAT) nằm
trong khoảng +2°C đến -20°C, mặc dù băng có thể tích tụ bên ngoài phạm vi này. Các
hình dạng băng nguy hiểm hơn có xu hướng hình thành ở nhiệt độ gần với mức đóng
băng. Điều kiện ấm hơn hỗ trợ cơ chế theo đó giọt nước siêu lạnh tác động, sau đó chảy
về phía sau trước khi đóng băng. Quá trình này thường tạo thành sừng có thể làm gián
đoạn đáng kể luồng không khí qua cánh. Những hình dạng này được gọi là đá trong,
hoặc đá men. Ở nhiệt độ lạnh hơn, các giọt nước siêu lạnh có xu hướng đóng băng khi
va chạm. Quá trình này có xu hướng hình thành các bồi tụ hình cầu hoặc hình
nêm. Những hình dạng này được gọi là băng rime.
Độ ẩm: Để băng đông tụ trên máy bay khi bay, phải có đủ nước lỏng trong không
khí. Nước ở dạng hơi, tuyết hoặc băng nói chung sẽ không dính vào bề mặt bên ngoài
của máy bay và đóng góp ít hoặc không đóng góp gì vào quá trình tích tụ băng tổng thể.
Nếu có đủ nước lỏng trong không khí để gây ra mối đe dọa đóng băng, nó sẽ có thể nhìn
thấy dưới dạng mây hoặc kết tủa lỏng. Lượng nước trong không khí (đo bằng khối lượng
nước trên một thể tích không khí, g/m3) cũng có thể ảnh hưởng đến hình dạng của
băng. Nói chung, càng nhiều nước, tỷ lệ tích tụ càng lớn.
Kích thước giọt: Khi máy bay di chuyển qua môi trường thời tiết có đám mây siêu
lạnh hoặc mưa, các giọt nước sẽ tác động vào cánh và đuôi dọc theo một dải hẹp gần rìa
đầu (the stagnation line) và tạo thành một đường băng mảnh. Khi băng tích tụ càng lớn
thì càng có thể va vào máy bay về phía sau. Khối lượng lớn hơn của chúng cho phép các
giọt lớn hơn vượt qua các đường dòng chảy của dòng không khí và va vào cánh gió ở
phía xa hơn. Sự tích tụ băng từ các giọt lớn hơn có nhiều khả năng tạo thành hình dạng
có thể làm gián đoạn luồng không khí qua cánh hoặc đuôi và gây ra các vấn đề về hiệu
suất và xử lý.
2.1 Các Tác Động Do Sự Tích Tụ Băng Gây Với Tàu Bay
Đóng băng trên máy bay là một mối nguy hiểm nghiêm trọng. Việc hình thành băng
trên tàu bay phá hủy luồng không khí thông suốt, tăng lực cản, làm suy giảm quyền điều
khiển và giảm khả năng nâng của cánh quạt. Trọng lượng của băng bám trên tàu bay là
nguyên nhân chủ yếu gây ra sự gián đoạn luồng khí trong môi trường bay của tàu bay.
Khi lực của động cơ tàu bay được thêm vào để bù cho lực kéo và mũi được nâng lên để
duy trì độ cao, góc tấn tăng, đồng thời khiến mặt dưới của cánh và thân máy bay tích tụ
thêm băng.
Băng tích tụ trên mọi bề mặt tiếp xúc phía trước của máy bay - không chỉ trên cánh,
cánh quạt và kính chắn gió, mà còn trên ăng-ten, lỗ thông hơi, cửa hút và nắp đậy. Băng
thường hình thành và tích tụ trong quá trình bay tại các điểm không có nhiệt độ cao hay
các trường hợp tàu bay không được lắp hệ thống sưởi hay các thanh deicerboots trên các
cạnh hàng đầu của cánh và bề mặt điều khiển (ví dụ: bộ ổn định ngang và dọc). Tích tụ
băng trên tàu bay có thể khiến ăng-ten bị rung mạnh đến mức bị gãy. Trong các điều
kiện từ trung bình đến khắc nghiệt, một chiếc máy bay hạng nhẹ có thể bị đóng băng
đến mức không thể tiếp tục bay được. Máy bay có thể bị dừng ở tốc độ cao và góc tấn
thấp hơn mức bình thường. Tình huống này có thể gây ra tai nạn. Nếu những mảnh băng
lớn tách ra khi máy bay đang di chuyển, các mảnh băng vụn có thể bị cuốn vào trong
động cơ hoặc đập vào cánh quạt và gây ra sự hư hỏng nghiêm trọng.
Máy bay khi bay qua đám mây ở nhiệt độ dưới mức đóng băng (điểm đóng băng của
nước -0 °C, 32 °F, 273.15 K) sẽ bị đóng băng ở một mức độ nào đó. Có một thang đo
khá chủ quan để thể hiện các mức độ hình thái của băng giá:
-
Băng giá nhẹ:
0 đến -3.5 °C (32 đến 25.7 °F)
-
Băng giá vừa phải:
−3.6 đến.56.5 °C (25.6 đến 20.3 °F)
-
Băng giá nghiêm trọng:
6.6 đến −11.5 °C (20.2 đến 11.3 °F)
-
Băng giá rất nghiêm trọng:
Dưới −11.5 °C (11.3 °F)
Có thể giảm nguy cơ đóng băng trước khi tình hình trở nên nghiêm trọng bằng cách
chọn các tuyến bay thích hợp, luôn cảnh giác về khả năng hình thành băng, biết cách
thức và thời điểm vận hành thiết bị khử băng và chống đóng băng. Có thể đánh giá rủi
ro gặp phải sự đóng băng bằng cách xem xét nhiệt độ không khí, số lượng và kích thước
của các giọt nước. Nước càng lỏng thì khả năng đóng băng càng cao. Nhiều sự cố đóng
băng ở Úc xảy ra trong những tháng mùa đông hơn so với những thời điểm khác trong
năm.
2.2 Điều Kiện Đóng Băng
Điều kiện đóng băng xuất hiện khi trong không khí có chứa các giọt nước lỏng siêu
lạnh. Không phải tất cả nước đóng băng ở 0 °C hoặc 32 °F. Nước dưới nhiệt độ này
được gọi là siêu lạnh (supercool), và những giọt siêu lạnh này gây ra những vấn đề đóng
băng trên máy bay. Dưới -20 °C (-4 °F), đóng băng là rất hiếm bởi vì những đám mây ở
những nhiệt độ này thường chứa các hạt băng chứ không phải các giọt nước siêu lạnh.
Dưới -48 °C (-54,4 °F), nước siêu lạnh không thể tồn tại, do đó đóng băng là không thể(
các thông số này ảnh hưởng đến mức độ và tốc độ đặc trưng cho sự hình thành băng trên
máy bay).
2.2.1 Giọt siêu lạnh
Các giọt siêu lạnh thường tồn tại trong địa tầng và mây tích. Máy bay khi bay qua
một đám mây, đột ngột thấy các tinh thể có hình dạng giọt, có thể là biểu hiện của hiện
tượng hình thành băng trên cánh hoặc các công cụ và thiết bị thăm dò của máy bay, trừ
khi máy bay được trang bị một hệ thống chống đóng băng hay phá băng thích hợp. Mưa
băng cũng do các giọt siêu lạnh gây ra.
Nước thường đóng băng ở 273,15 K (0 ° C hoặc 32 ° F), có thể được "làm lạnh siêu
tốc" ở áp suất tiêu chuẩn để tạo mầm đồng nhất tinh thể của nước ở gần 224,8K( 48,3°C/−55 ° F). Quá trình siêu làm lạnh yêu cầu nước phải tinh khiết và không có các vị
trí tạo mầm , có thể đạt được bằng các quá trình như thẩm thấu ngược hoặc khử khoáng
hóa học, nhưng bản thân việc làm lạnh không yêu cầu bất kỳ kỹ thuật chuyên biệt
nào. Nếu nước được làm lạnh với tốc độ theo bậc 106 K/s thì có thể tránh được sự tạo
mầm tinh thể và nước trở thành dạng thủy tinh. Đó là chất rắn vô định hình (không kết
tinh). Nhiệt độ chuyển tiếp của dạng thủy tinh lạnh hơn và khó xác định hơn, nhưng các
nghiên cứu ước tính vào khoảng 136 K (−137°C / −215°F). Dạng thủy tinh có thể tăng
nhiệt độ lên đến khoảng 150 K (−123°C/−189,4°F) mà không xảy ra hiện tượng tạo
mầm. Trong phạm vi nhiệt độ từ 231 K (−42°C/−43,6°F) đến 150 K (−123°C/−189,4°F),
các thí nghiệm chỉ tìm thấy băng tinh thể.
Hầu hết các trường hợp đóng băng đều liên quan đến các giọt nước có đường kính
từ 10 đến 50 micron (kích thước bằng sợi tóc mỏng của con người). Các giọt lớn siêu
lạnh (SLD) có thể có đường kính lớn hơn tới 100 lần (1000 microns = 1mm). Khối lượng
của những giọt lớn này lớn đến mức chúng có thể tấn công rất tốt phía sau các vùng
được bảo vệ trên một máy bay được bảo vệ bằng băng. Một khi băng đã hình thành phía
sau hệ thống bảo vệ băng, nó chỉ có thể được loại bỏ bằng cách làm tan chảy hoặc quá
trình thăng hoa dần dần. Với hệ thống bảo vệ băng đang hoạt động và loại bỏ băng khỏi
rìa hàng đầu, bất kỳ lớp băng nào ở phía sau của hệ thống bảo vệ có thể nhanh chóng
phát triển thành sườn núi. Một đường dốc như vậy về cơ bản sẽ làm gián đoạn dòng
chảy trên cánh gió và có thể dẫn đến các vấn đề xử lý và suy giảm hiệu suất.
2.2.2 Giọt lớn siêu lạnh (Supercooled Large Droplets–SLD)
Các Quy định Hàng không Liên Bang (Federal Aviation Regulations) do Cục Hàng
Không Liên Bang(FAA) Mỹ qui định bao gồm định nghĩa về các điều kiện đóng
băng mà một số máy bay được chứng nhận để bay vào. Các điều kiện vượt quá thông số
kỹ thuật đó và thể hiện một mối nguy hiểm cụ thể đối với máy bay được gọi là SLD
hoặc giọt lớn siêu lạnh. Mưa đóng băng và mưa phùn đóng băng là các dạng SLD. Các
điều kiện này được quan sát và dự báo như các điều kiện bề mặt. Tuy nhiên, SLD có thể
chỉ tồn tại ở độ cao và không được phát hiện trên bề mặt. Thông thường, SLD tồn tại
trong các dải dày dưới 3.000 feet, cho dù ở bề mặt hay ở độ cao, và thường SLD được
tìm thấy dưới 12.000 feet. Tuy nhiên, SLD đã được quan sát thấy ở dải tần lớn và ở độ
cao lớn hơn.
Hai điều kiện khí quyển khác nhau dẫn đến sự hình thành SLD: Sự nghịch đảo nhiệt,
quá trình va chạm – liên kết.
Sự nghịch đảo nhiệt: Nghịch đảo nhiệt hay nghịch nhiệt xảy ra khi gradient nhiệt
bình thường của khí quyển bị đảo ngược. Thông thường, không khí gần mặt đất tương
đối ấm và khí quyển trở nên lạnh hơn theo độ cao. Trong quá trình nghịch đảo nhiệt,
không khí lạnh bị giữ lại bên dưới không khí ấm, tạo ra một túi khí đọng gần bề mặt
Trái đất.
Hiện tượng nghịch đảo nhiệt không có nguyên nhân cụ thể. Một số yếu tố điển hình
gây nên nghịch đảo nhiệt. Các yếu tố này bao gồm:
-
Địa hình: Không khí lạnh có thể đi xuống các khu vực thấp, như thung lũng,
lắng xuống dưới các lớp không khí ấm và tăng cường sự đảo ngược.
-
Thời gian: Sự nghịch nhiệt xảy ra vào buổi tối, khi đất bắt đầu lạnh. Bề mặt
trái đất không còn tỏa nhiều nhiệt nữa, tạo điều kiện cho không khí ở gần bề
mặt nguội nhanh hơn không khí ở trên, tạo thành sự đảo ngược.
-
Mùa: Các sự kiện nghịch đảo có thời gian cần thiết để phát triển trong những
tháng mùa đông, khi đêm dài nhất. Tương tự như vậy, vùng đất không hấp
thụ nhiều nhiệt từ ánh sáng mặt trời yếu của mùa đông, làm cho không khí
gần bề mặt tương đối mát hơn.
-
Gió: Cấp độ gió từ vừa phải đến mạnh giúp trộn lẫn các lớp không khí lạnh
và ấm, ngăn ngừa sự phân đoạn của sự nghịch đảo nhiệt độ. Với gió yếu, hiện
tượng nghịch nhiệt có nhiều khả năng xảy ra hơn.
-
Lượng mưa: Lượng mưa, giống như gió, giúp trộn lẫn các lớp không khí,
ngăn cản sự phát triển của sự nghịch đảo nhiệt độ. Tuyết sẽ chặn ánh sáng
mặt trời làm ấm đất, làm cho lớp không khí gần bề mặt Trái đất lạnh hơn bình
thường.
Thông thường, sự nghịch đảo nhiệt thường phân tán theo gió, hoặc khi bề mặt bắt
đầu ấm trở lại vào ngày hôm sau, nhưng khi sự nghịch đảo nhiệt tồn tại trong một thời
gian, các chất ô nhiễm bị mắc kẹt bên dưới không khí ấm có thể tạo ra các điều kiện làm
chất lượng không khí nguy hiểm.
Mưa băng (đôi khi mưa phùn đóng băng) thường hình thành khi tuyết rơi vào không
khí ở trên mức đóng băng và tan chảy, tạo thành kết tủa lỏng. Những giọt nước lỏng này
tiếp tục rơi vào một lớp không khí bằng hoặc dưới mức đóng băng. Trong một số trường
hợp, các giọt nước này sẽ đông lại tạo thành các viên băng, có thể quan sát thấy chúng
ở bề mặt.
Trong trường hợp này, khả năng gặp SLD là từ dưới cùng của lớp đóng băng phía
trên lên bề mặt. Thông thường, độ cao này chưa đến 3000 feet, nhưng đã được quan sát
thấy ở độ cao lên đến 7000 feet.
Quá trình va chạm – kết tụ giữa các giọt nước trong thời tiết có đám mây ấm:
Hiện tượng này thường xảy ra trong các đám mây tương đối ấm (ấm hơn -15C). Là
quá trình tập hợp và phát triển các hạt nước lỏng nhỏ trong thời tiết có đám mây ấm tạo
thành các giọt lỏng, các giọt lỏng kết tụ dần hình thành các đám mây dần lớn hơn. Quá
trình va chạm – kết tụ được hình thành có xu hướng tạo thành mưa băng hay mưa phùn
đóng băng.
Một số yếu tố quan trọng để phát triển quá trình va chạm – kết tụ các giọt nước trong
thời tiết có đám mây ấm:
-
Hàm lượng nước lỏng trong đám mây cao.
-
Đám mây phải đủ dày để các giọt mây có đủ thời gian tập hợp các giọt nhỏ
hơn xung quanh.
-
Điện tích của các giọt nước và điện trường trong đám mây.
Trong quá trình này, các giọt va chạm trong đám mây và kết tụ lại thành những giọt
lớn hơn. Những giọt nước này có thể được tìm thấy trong đám mây. Quá trình này có
nhiều khả năng xảy ra với các đám mây tương đối ấm, độ cao thấp(độ cao đỉnh mây
dưới khoảng 12.000 feet với nhiệt độ đỉnh mây ấm hơn khoảng -12 ° C).
2.3 Các Mức Độ Đóng Băng
Mức độ nghiêm trọng của băng giá thường được phân loại: TRACE – LIGHT –
MODERATE – SEVERE
Hình 1. Bốn loại tích tụ băng trên tàu bay
Trace được hình thành khi tốc độ tích tụ lớn hơn một chút so với tốc độ thăng hoa
(quá trình nước đá chuyển trực tiếp thành hơi, bỏ qua pha lỏng) dẫn đến nước đá trở nên
dễ nhận biết. Nó không nguy hiểm và thiết bị khử băng / chống đóng băng không được
sử dụng trừ khi gặp phải trong một khoảng thời gian dài (tức là hơn một giờ).
Light được hình thành khi tốc độ tích lũy có thể tạo ra vấn đề nếu chuyến bay bị kéo
dài trong môi trường (tức là hơn một giờ). Thỉnh thoảng sử dụng thiết bị khử băng /
chống đóng băng loại bỏ hoặc ngăn chặn sự tích tụ. Nó không có vấn đề gì nếu việc khử
đóng băng / thiết bị chống đóng băng được sử dụng.
Moderate được hình thành khi tỷ lệ tích lũy sao cho ngay cả những cuộc gặp gỡ
ngắn cũng trở nên nguy hiểm tiềm ẩn và sử dụng khử băng / chống đóng băng thiết bị
hoặc chuyển hướng là cần thiết.
Severe được hình thành khi tỷ lệ tích lũy là như vậy rằng thiết bị khử đóng băng /
chống đóng băng không thể giảm hoặc kiểm soát nguy cơ, và do đó chuyển hướng ngay
lập tức là điều cần thiết.
2.4 Các Loại Băng
Điều kiện đóng băng chỉ có ở nhiệt độ từ 0ºC đến -40ºC, với rủi ro cao nhất xảy ra
trong khoảng từ 0ºC đến -15ºC. Kích thước và nhiệt độ của các giọt nước siêu lạnh tác
động vào máy bay xác định loại băng mà được hình thành.
Đá rime được hình thành bởi những giọt nước nhỏ đóng băng nhanh chóng khi va
chạm, bẫy không khí bên trong đá, làm cho nó có màu trắng, đục và vón cục. Bởi vì điều
này nước đá đóng băng nhanh chóng, nó thường bị giới hạn ở rìa đầu của cánh. Nó có
thể gặp ở bất kỳ đâu trong khoảng từ 0ºC đến -40ºC, nhưng thường gặp nhất ở phạm vi
nhiệt độ -10ºC đến -20ºC trong các đám mây phân tầng, mặc dù các đám mây vũ tích
cũng có thể tạo ra rime ở nhiệt độ dưới -10ºC. Phần lớn nó có thể được loại bỏ bởi khử
đóng băng và ngăn chặn bằng chống đóng băng.
Đá trong (hoặc đá men) được hình thành bởi các giọt nước lớn hơn đóng băng chậm
hơn tác động, cho phép băng kéo dài hơn nữa dọc theo bề mặt, ban đầu tạo ra một tảng
băng trong suốt mịn màng, nhưng sau khi tích tụ thêm, nó có thể tạo thành các gờ. Đá
trong dễ hình thành nhất ở nhiệt độ từ 0ºC đến -10ºC nhưng có thể xảy ra, với cường độ
giảm, ở nhiệt độ thấp hơn. Nó thường gặp nhất trong mây vũ tích nơi thường gặp các
giọt nước siêu lạnh lớn, và dưới đám mây trong mưa đóng băng. Sau này có thể dẫn đến
các dạng nghiêm trọng nhất của đóng băng rõ ràng khi một máy bay bên dưới tầng mây
gặp phải cơn mưa siêu lạnh hoặc mưa phùn, có thể dẫn đến việc máy bay bị che khuất
trong một lớp băng trong chỉ trong vài giây. Những điều kiện như vậy có thể xảy ra
trước mặt trước ấm áp hoặc đôi khi phía sau mặt trước lạnh khi không khí ẩm ấm áp trên
cao vượt qua không khí dưới 0 ở các tầng thấp hơn. Mưa rơi xuyên qua không khí ấm
vào không khí dưới 0 có thể trở nên siêu lạnh. Khi va chạm với máy bay, các hạt mưa
siêu lạnh chảy trên các bề mặt tiếp xúc và đóng băng như băng trong.
Đá hỗn hợp, sự kết hợp của đá trong và đá rime, là dạng đóng băng thường xuyên
nhất bởi vì các giọt nước có kích thước khác nhau thường xuất hiện trong đám mây. Nó
rất có thể hình thành trong khoảng nhiệt độ -10ºC đến -15ºC. Nó được hình thành khi
các giọt nước có kích thước khác nhau hoặc có lẫn tuyết, đá viên hoặc mưa đá nhỏ.
Sương muối, một dạng đóng băng khác, không dành riêng cho một phạm vi nhiệt
độ cụ thể. Nó là một chất lắng đọng tinh thể màu trắng, có lông, có thể xuất hiện trong
không khí trong khi máy bay đi nhanh từ không khí khô ở nhiệt độ dưới 0 sang không
khí ẩm ấm, với hơi nước trong không khí ấm hơn thay đổi trực tiếp thành băng. Ví dụ,
nó có thể xảy ra vào một buổi sáng yên tĩnh lạnh giá khi máy bay, đã nguội xuống dưới
mức đóng băng, cất cánh vào nơi ấm hơn, ẩm hơn không khí làm cho hơi nước đọng lại
thành băng trên kính chắn gió và tán cây Băng sẽ nhanh chóng biến mất nếu máy bay
vẫn ở trong môi trường ấm hơn, tuy nhiên nó có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng
trong thời gian tạm thời, với sự tích tụ trên kính chắn gió giảm tầm nhìn. Nó có thể làm
gián đoạn luồng không khí êm dịu trên cánh, gây ra sớm tách luồng không khí trên bề
mặt trên. Sương muối cũng có thể xảy ra khi đậu máy bay khi nhiệt độ dưới 0 và độ ẩm
gần với điểm bão hòa. ví dụ: trên xuống dốc, hoặc khi leo qua một nhiệt độ nghịch đảo.
Mặc dù sương giá có thể che khuất tầm nhìn qua cửa sổ buồng lái và làm giảm sức nâng
của cánh. Sương giá không làm thay đổi hình dạng khí động học cơ bản của cánh (không
giống như băng trong), tuy nhiên nó có thể làm gián đoạn luồng không khí êm ái qua
cánh, gây ra sự tách biệt sớm của luồng không khí trên bề mặt phía trên. Sương giá đặc
biệt nguy hiểm trong quá trình cất cánh khi sự xáo trộn dòng chảy có thể đủ để ngăn
máy bay bay lên
2.5 MÔI TRƯỜNG ĐÓNG BĂNG
Sự phân bố của các giọt nước siêu lạnh và băng trong một đám mây thay đổi theo
nhiệt độ. Nói chung, các giọt siêu lạnh lớn nhất được tìm thấy ở nhiệt độ ngay dưới 0ºC,
tức là ở độ cao ngay trên mức đóng băng (FZL). Kích thước của các giọt siêu lạnh có
xu hướng giảm khi nhiệt độ giảm và / hoặc tăng độ cao.
Tốc độ tích tụ băng tỷ lệ thuận với lượng siêu lạnh nước lỏng hiện tại. Trong các
đám mây, trường hợp xấu nhất rất có thể xảy ra ở vũ tích cao chót vót và vũ tích vì mức
độ thẳng đứng của chúng, sự phong phú cung cấp độ ẩm và kích thước giọt lớn đã tìm
thấy chúng.
Hình 2. Biểu đồ phân cấp mức độ đóng băng theo độ cao
Biểu đồ này cho thấy sự phân cấp mức độ ngưng tụ nước theo độ cao. Nước đóng
băng khi nhiệt độ của ở 0°C hoặc thấp hơn. Khi máy bay bay qua khu vực có nhiệt độ
dương, băng có thể được hình thành nhanh do sự đảo nhiệt. Mặt khác, nước siêu lạnh
không thể tồn tại dưới -38°C. Nước đá trong hình thành từ những giọt nước lớn hơn chủ
yếu ở nhiệt độ từ 0°C đến -10°C, nhưng có thể tồn tại ở nhiệt độ thấp tới -25°C tính bằng
Cb. Ở những nhiệt độ này, nước siêu lạnh sẽ đóng băng chậm hơn khi tiếp xúc với máy
bay, và kéo dài thêm dọc theo cánh máy bay khi đóng băng. Sự xuất hiện rõ ràng của
lớp băng này phi công thể quan sát nhầm là bề mặt ướt. Việc đóng băng này rất nguy
hiểm.
Môi trường đóng băng Băng Rime hình thành từ các giọt nước nhỏ hơn và lạnh hơn,
thường trong khoảng -15°C đến -38°C. Các giọt đóng băng nhanh chóng, xuất hiện các
bọt khí và màu trắng bám trên cạnh hàng đầu của máy bay. Đá hỗn hợp, sự kết hợp của
cả hai, cũng có thể xảy ra, và rất có thể nằm trong khoảng nhiệt độ từ -10°C đến -20°C.
Theo tài liệu của WMO (CAe. M), hầu hết các lần đóng băng đều ở nhiệt độ từ -3°C đến
-7°C. Tuy nhiên, hãy cẩn thận. Hình thức đóng băng nghiêm trọng nhất, với băng bao
phủ máy bay trong vài giây, xảy ra khi mưa rơi vào trạng thái nghịch đảo nhiệt độ cơ
bản của đám mây phụ hoặc trên tầng mây nơi mưa / mưa phùn ấm (> 0°C) rơi vào môi
trường subzero.
Rime Ice và Clear Ice, cường độ đóng băng khác nhau.(Hình trên cùng bên trái cho
thấy phần khảm màu trắng của Rime Ice trên mũi của hình nón cánh quạt. Có thể nhìn
thấy lớp băng trong suốt ít lan rộng ra phía sau. Hình trên bên phải cho thấy một ví dụ
về ánh sáng đóng băng trên mép trước của cánh máy bay). Tích lũy lớn hơn 1g/cm2/giờ
nhưng nhỏ hơn 6g/cm2/giờ. Điều này tương ứng với hàm lượng nước lỏng nhỏ hơn 0.6g/
m3. Tốc độ tích tụ thường xảy ra và có tác động nếu chuyến bay kéo dài hơn một
giờ. Việc sử dụng thiết bị khử băng / chống đóng băng thường xuyên sẽ loại bỏ hoặc
ngăn chặn sự tích tụ. Hình dưới cùng bên phải cho thấy một ví dụ về đóng băng vừa
phải ở mép trước của cánh máy bay. Tích lũy lớn hơn 6g/cm2/giờ nhưng nhỏ hơn 12
g/cm2/ giờ. Điều này tương ứng với hàm lượng nước lỏng trong khoảng từ 0. 6 đến 1.
2g/m3.
Rime Ice và Clear Ice, cường độ đóng băng khác nhau. Đóng băng vừa phải có nghĩa
là tốc độ tích tụ đến mức ngay cả những cuộc gặp gỡ ngắn cũng có thể trở nên nguy
hiểm và việc sử dụng thiết bị khử băng / chống đóng băng hoặc chuyển hướng là cần
thiết. Hình dưới cùng bên trái cho thấy một ví dụ về đóng băng nghiêm trọng ở mép
trước của cánh máy bay. Sự tích tụ lớn hơn 12 g / cm 2 / giờ. Điều này tương ứng với
hàm lượng nước lỏng lớn hơn 1. 2 g / m 3. Đóng băng nghiêm trọng có nghĩa là tốc độ
tích tụ đến mức thiết bị làm ẩm / chống mối mọt không thể giảm hoặc kiểm soát mối
nguy hiểm. Chuyển hướng ngay lập tức là cần thiết. Đóng băng chỉ được đưa vào dự
báo khu vực nếu nó được coi là trung bình hoặc lớn hơn. Một SIGMET phải được cấp
cho các điều kiện đóng băng nghiêm trọng. Kích thước và nồng độ giọt là đặc trưng của
các loại mây khác nhau. Mối quan hệ rộng rãi giữa loại đám mây và đóng băng là:
Mã
Dạng mây
Hiệu ứng đóng băng
CB
Mây vũ tích
Tạo đá trong, gây ảnh
hưởng nghiêm trọng
TCU
Mây vũ tích cao tầng
Tạo đá trong, gây ảnh
hưởng nghiêm trọng
Mây vũ tầng
Tạo băng hôn hợp vừa
phải, không gây ảnh
hưởng nghiêm trọng
SC
Mây tầng tích
Tạo đá rime vừa phải,
khi mức đóng băng đủ
thấp
AS
Mây trung tầng
Tạo đá rime vừa phải
AC
Mây trung tích
Tạo đá rime vừa phải
ST
Mây tầng
Không kịp tụ băng với
máy bay
NS
2.6 HỆ THỐNG ĐÁM MÂY
Để băng hình thành trên máy bay khi đang bay, không khí phải lạnh và có độ ẩm.
Điều kiện đóng băng thường xuyên xảy ra khi không khí ẩm bị ép lên trên. Khi không
khí tăng lên sẽ nở ra và lạnh đi. Nếu không khí lạnh đi đến điểm bão hòa (nơi có nhiệt
độ bằng với điểm sương), hơi ẩm sẽ ngưng tụ thành mây hoặc kết tủa. Để băng hình
thành phải có mây hoặc kết tủa. Đóng băng có thể mạnh nhất ở gần các đỉnh mây, nơi
lượng nước lỏng thường lớn nhất. Nói chung, đây là phần của đám mây đã đạt được
lượng nâng, làm mát và ngưng tụ lớn nhất.
Hình 3. Không khí được nén lại bay hơi lên cao và nở ra tich1 tụ tạo thành mây
Loại hình thành đám mây có thể cung cấp các dấu hiệu quan trọng về sự ổn định của
khối không khí cũng như loại và mức độ nghiêm trọng của mối đe dọa đóng băng liên
quan. Vì mục đích này, các đám mây có thể được phân loại đại khái là:
-
Mây tầng
-
Mây tích
Mây tầng: Các đám mây dạng địa tầng phát triển thành các lớp ngang đồng nhất ít
nhiều bởi vì chúng được tạo ra bởi sự nâng của các lớp không khí ổn định. Các đám mây
dạng địa tầng thường chứa lượng nước lỏng thấp hơn so với các đám mây tích, nhưng
một số đám mây dạng địa tầng có thể chứa lượng nước lỏng cao. Những đám mây này
có thể có phạm vi bao phủ rộng và nhiều lớp đôi khi có thể dẫn đến tổng độ dày vượt
qua vài nghìn feet. Tuy nhiên, phạm vi thẳng đứng của lớp đóng băng trong đám mây
địa tầng thường không vượt quá 3.000 feet. Đóng băng trong các đám mây phân tầng
thường được tìm thấy trong các đám mây có nhiệt độ cao hơn từ trung bình đến thấp
dưới 15.000 AGL.
Hình 4. Độ cao của mây tầng
Mây tích: Mây tích được hình thành khi có nhiều độ ẩm và khối lượng không khí
không ổn định. Mức độ thẳng đứng của đám mây phụ thuộc vào độ sâu của không khí
không ổn định. Không giống như mây địa tầng, mây tích thường có phạm vi chiều ngang
hạn chế che phủ ít hơn đường bay của bạn, nhưng sự phát triển theo chiều dọc có thể
khiến phạm vi đóng băng vượt xa hàng nghìn feet. Các cuộc gặp đóng băng trong các
đám mây vũ tích thường trong thời gian ngắn nhưng có thể có cường độ nghiêm
trọng. Chúng phát triển nhanh chóng và thường chứa nhiều nước lỏng và kích thước giọt
lớn hơn. Đóng băng mạnh nhất ở các dòng chảy có hàm lượng nước lỏng cao, đôi khi
hỗ trợ SLD. Phạm vi theo chiều ngang của một ô tích trung bình từ 2 đến 6 hải lý. Tuy
nhiên, phạm vi sẽ lớn hơn dọc theo các đường hoặc cụm mây đối lưu và ở các khu vực
mà các đám mây đối lưu được nhúng trong các đám mây địa tầng. Đóng băng trong các
đám mây tích thường được tìm thấy dưới 27.000 feet ở nhiệt độ từ + 2 ° C đến -20 ° C.
Hình 5. Độ cao của mây tích
Mây được hình thành và ngưng tụ các giọt nước tạo thành một quá trình hoạt động.
Dưới đây, là một số quá trình hình thành mây ngưng tụ băng:
Active Fronts buộc một khối không khí này tăng lên và đè lên khối khác. Mặc dù
sự nâng lên của một khối không khí lạnh đang di chuyển có thể có phạm vi rộng, nhưng
sự nâng cường độ mạnh hơn do Active Front lạnh gây ra có xu hướng chỉ giới hạn trong
các dải mây hẹp, rộng hàng chục km gần vị trí bề mặt. Mặt trận nói chung có thể là
những khu vực đóng băng tăng cường do sự hiện diện của đối lưu và độ ẩm dồi dào.
Cyclonic Circulations Các vòng tuần hoàn xoáy tạo ra sự hội tụ của không khí gần
trung tâm của các hệ thống áp suất thấp, tạo ra chuyển động tăng quy mô lớn (trên hàng
trăm hoặc thậm chí hàng nghìn km) và kết quả là hình thành mây. Tính chất mở rộng,
theo cả chiều dọc và chiều ngang, của quy mô khái quát lốc xoáy có thể khiến máy bay
tiếp xúc lâu với điều kiện đóng băng.
Orographic Lifting việc nâng địa hình trên các ngọn đồi hoặc núi có khả năng làm
tăng cả độ sâu của lớp mây và nồng độ chất lỏng trong đám mây. Do đó, đóng băng có
thể xảy ra nhanh hơn ở các khu vực trên cao. Mức độ nghiêm trọng sẽ tăng lên nếu hệ
thống trán cũng ở gần.
Warm Air Advection, Phản ứng không khí ấm, thường được kết hợp với không khí
chuyển động cực, dẫn đến sự chuyển động trên diện rộng. Đám mây hình thành từ sự
đối lưu của không khí ấm dễ nhận biết nhất ở dạng dải mây phía tây bắc. Đóng băng có
thể rất nghiêm trọng do tính chất cung cấp nguồn hơi nước lỏng liên tục.
Chương 3.
HỆ THỐNG DÒ BĂNG TRÊN TÀU
BAY
3.1 HỆ THỐNG MÁY DÒ BĂNG TRÊN TÀU BAY:
Băng có thể được phát hiện bằng mắt thường, nhưng hầu hết các máy bay hiện đại
đều có một hoặc nhiều cảm biến dò băng để cảnh báo tổ bay về tình trạng đóng
băng. Đèn báo thông báo bật sáng để cảnh báo tổ bay. Trong một số kiểu máy bay, nhiều
thiết bị phát hiện băng được sử dụng và hệ thống phát hiện băng sẽ tự động bật hệ thống
WAI khi phát hiện có đóng băng.
Hình 6. Máy dò băng thông báo cho tổ bay về tình trạng đóng băng và trên một số máy bay, tự động kích hoạt hệ thống bảo
vệ băng. Một hoặc nhiều máy dò nằm trên thân máy bay phía trước
Khi băng tích tụ trên máy bay ở các mực độ SLD sẽ xuất hiện sự rung động. Biên độ
rung động khi băng bắt đầu tích tụ rất nhỏ, con người khó cảm nhận. Để khắc phục
nhược điểm này, thiết bị cảnh báo phát ra cảnh báo bằng âm thanh và hình ảnh cảnh
báo trước khi băng tích tụ nghiêm trọng hơn
Hiện nay, Máy dò băng của UTC Aerospace Systems là hệ thống duy nhất được FAA
chứng nhận để sử dụng chính trên máy bay vận tải thương mại. Máy dò băng của UTC
Aerospace Systems là hệ thống duy nhất được FAA chứng nhận để sử dụng chính trên
máy bay vận tải thương mại. Dò băng từ tính, công nghệ phát hiện băng đầu tiên do
UTC Aerospace Systems phát triển sử dụng nguyên lý từ tính - vật liệu sắt từ thay đổi
kích thước dưới tác động của từ trường dao động do băng tích tụ gây ra. Cảm biến từ
tính sử dụng rung động siêu âm ở một tần số cộng hưởng đã đặt trước. Khi băng tích tụ
trên tàu bay, tần số dao động giảm. Tại một sự thay đổi tần số xác định có liên quan đến
khối băng trên đầu dò - một tín hiệu đầu ra được tạo ra và các bộ gia nhiệt cho đầu dò
được cung cấp năng lượng để loại bỏ. Các thiết bị dò băng này cung cấp khả năng đa tín
hiệu (đếm chu kỳ), thiết bị điện tử kỹ thuật số, khả năng tự kiểm tra, chẩn đoán thử
nghiệm tích hợp rộng rãi và tỷ lệ hỏng hóc không bị phát hiện cực kỳ thấp.
Máy dò đếm số lượng các chu kỳ đóng băng / khử đóng băng này, xác định mối
tương quan giữa số chu kỳ và các bề mặt quan trọng của máy bay như cánh và cánh
động cơ, đồng thời phát ra nhiều tín hiệu đóng băng để kích hoạt các hệ thống bảo vệ
băng khác nhau của máy bay.
3.2 HỆ THỐNG CHỐNG ĐÓNG BĂNG BẰNG ỐNG PITOT
Hệ thống chống đóng băng ống Pitot sử dụng điện trở. Mỗi bộ gia nhiệt đầu dò sử
dụng nguồn điện xoay chiều 115v trong khi mạch cảm biến được cấp điện bằng nguồn
điện 28V DC.
ĐƯỜNG ỐNG
NGUỒN CẤP
Hình 7. ống PITOT
Công suất tối đa tiêu thụ trong chuyến bay, trong điều kiện đóng băng khắc nghiệt,
là khoảng 350W và 100W trên mặt đất cho mỗi đầu dò. Sơ đồ của một bộ hâm nóng ống
pitot.
ĐÈN ĐIỀU KHIỂN
VÒI
RƠLE
ĐIỆN TRỞ
CÔNG TẮC
Hình 8. Cấu tạo ống PITOT
Khi công tắc được bật trên mặt đất trước khi cất cánh, bộ sưởi và mạch phát hiện sẽ
được cấp nguồn. Dưới đây là một ví dụ về chỉ báo mạch chống đóng băng Pitot:
-
Đèn báo tắt (trống) hoạt động bình thường
-
Lỗi chỉ báo màu hổ phách (Lỗi) - Đèn báo
-
màu trắng TẮT (tắt)
Hình 9. Probe nhiệt
3.3 Ổ CẮM TĨNH
Việc hâm nóng chỉ được sử dụng để loại bỏ dấu vết của nước có thể được bơm vào
đường ống. Vì phích cắm tĩnh được gắn trên vỏ của thân máy bay, một số máy bay được
lắp phích cắm tĩnh không được làm nóng (Boeing 737). Công suất tiêu thụ tối đa là 100
W khi bay 40 W trên mặt đất.
Hình 10. Ổ cắm tĩnh
3.4 ĐẦU DÒ PALLET
Các đầu dò sử dụng điện trở để chống tích tụ băng. Hệ thống sử dụng nguồn điện
115V AC và 28V DC. Có hai lò dưởi:
-
Lò sưởi cho pallet
-
Lò sưởi cho bộ nguồn
BỘ NGUỒN
DÂY NỐI
TẮM CHẮN
PALLETTE
Hình 11. Cấu tạo máy dò băng
3.5 ĐẦU DÒ SIDE-SLIP
Đầu dò Góc trượt bên hoặc cảm biến phát hiện góc nghiêng (trượt bên) được trang
bị cho Airbus A380 và A350 . Một máy bay có 3 đầu dò và mỗi đầu dò được kết nối với
phần ADR của ADIRU . Có thể làm nóng đầu dò bằng cách:
-
Kích hoạt một bit cụ thể do ADIRU truyền
-
Tác động lên nút PROBE & WINDOW HEAT trong buồng lái. Mạch chống
đóng băng sử dụng dòng điện xoay chiều 115v với tần số từ 360 đến 1200
Hz . Nếu bộ chống đóng băng bị lỗi, đèn đỏ sẽ sáng.
3.6 ĐẦU DÒ CÓ MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ
Đầu dò và máy phát gồm có:
-
Mộ ống có 2 khe để thông khí qua
-
Một pallet di động nhận thông thông qua áp suất không khí. Được đặt trong
vỏ kín
-
Một thiết bị truyền thông tin và đảm bào quá trình xử lý thông tin
Hình 12. Cầu tạo đầu dò có máy phát động bộ
Nguyên tắc hoạt động:
Ống - Ống được tách thành 2 ngăn song song cho không khí đi qua. Nếu một vách
ngăn bị lệch và không song song với hướng của dòng chảy(tương đối), thì áp suất
trong hai ngăn sẽ khác nhau.
Hình 13. Ví dụ 2 luồng khi là PA và PB. Trường hợp PB lớn hơn PA gây nên áp suất khác nhau
Pallet - Chịu sự chênh lệch áp suất giữa PB và PA ; pallet (tích phân với trục của
nó) sẽ quay theo hướng mũi tên F hướng trục 0.
Hình 14. sự chênh lệch áp suất giữa PB và PA
Vòng quay - Bằng cách xoay trục của pallet sẽ dẫn động cánh tay điều khiển đồng thời
chuyển động quay của rôto của máy phát đồng bộ và trục của cảm biến. Điều khiển sau
đó đưa mặt phẳng của vách ngăn trở lại trục luồng của gió tương đối. Khi đó các khe
này đối xứng với gió tương đối, hai áp suất PB và PA cân bằng với nhau và cánh gió
vẫn đứng yên, cho đến khi thay đổi tỷ lệ tiếp theo sẽ lại dẫn đến sự mất cân bằng áp suất.
Hình 15. Nguyên lí hoạt động của vòng quay pallet
3.7 ĐẦU DÒ CÓ RÃNH VÀ CHIẾT ÁP
Trục của pallet sẽ dẫn động cánh tay điều khiển chuyển động con trỏ của chiết áp và
chuyển động quay của trục cảm biến. Điều khiển servo đưa mặt phẳng trở lại luồng gió.
Hình 16. Góc tấn của đầu dò servo Mirage III. Phần màu xanh lá
3.8 ĐẦU DÒ CÁNH QUẠT KIỂU GOODRICH
Mỗi đầu dò được tạo thành từ năm cụm phụ:
-
Cụm phụ bao gồm cánh gió, đế và trục. Cụm phụ này quay tự do và được định
vị trong gió tương đối. Cánh gió được gắn thiết bị khử băng và chống đóng
băng bằng điện. Chuyển động quay được truyền tới các bộ phân giải điện
bằng cách sử dụng một hộp số. Mỗi bộ phân giải điều chế hai tín hiệu điện
như một chức năng của vị trí của cánh gạt.
-
Tấm đỡ. Liên kết cụm di động và cụm cố định bằng cách sử dụng hai ổ bi
được bôi trơn (trên và dưới), các thân lăn của chúng được cách ly bằng các
mặt bích làm kín linh hoạt. Việc thiết lập phải ngăn cản sự hấp thụ nước và
cho phép tàu được thoáng.
-
Phần thân. Chứa bộ giảm xóc, cho phép ổn định cánh gió và các bộ phân
giải. Chúng cung cấp tín hiệu AC tỷ lệ với góc đo được bởi cánh gạt.
-
Hệ thống kiểm tra. Được cấu tạo bởi các solenoit tác động lên cánh gió để
định hướng nó theo một vị trí đã định trước.
-
Gối đỡ phía sau, cho phép truy cập vào các trình phân giải cũng như điều
chỉnh bộ giảm xóc.
Các đầu dò được làm nóng bằng điện (115V AC) tự động trong chuyến bay hoặc
trên mặt đất ngay khi động cơ đang chạy. Ở một số góc của đầu dò tấn công, chỉ có cánh
gió được làm nóng.
Hình 17. Cấu tạo đầu dò cánh quạt kiểu goodrich
Tất cả các máy bay vận tải dân dụng hiện nay đều có một hoặc nhiều cảm biến góc tấn
(đừng nhầm với chỉ báo được đặt trên bảng điều khiển). Ví dụ, chiếc Airbus A320 có 3
cảm biến AOA (Angle Of Attack) được đặt 1 ở bên trái và 2 ở bên phải và
3 ADIRU (Đơn vị tham chiếu quán tính dữ liệu không khí). Mỗi đầu dò được kết nối
với
một ADIRU và
cung
cấp
cho
nó
các
giá
trị
mà
nó
đo
được.
Lưu ý: Các ADIRU là một thành phần thiết yếu của Air dữ liệu hệ thống quán tính tham
khảo, hoặc ADIRS , một hệ thống cung cấp thông tin về tốc độ, góc tấn, độ cao và tài
liệu tham khảo quán tính (vị trí và thái độ) và nhiều hơn nữa 'thông tin khác.
3.9 MÁY DÒ BĂNG
Có một số loại máy dò băng cho máy bay. Chỉ có bốn loại sẽ được nghiên cứu trong
phần này.
3.9.1. Máy dò Teddington
Hot Rod Ice Detector , hoặc Teddington Ice Detector , là tên gọi chung của máy dò
Teddington. Bao gồm một thanh mỏng hoặc cột buồm có tiết diện khí động học có bộ
phận làm nóng bên trong, được điều khiển bằng công tắc bật / tắt bởi phi công. Thanh
dò hướng về phía sau trong luồng không khí. Một chiếc đèn nhỏ gắn trong vỏ máy bay
chiếu sáng thanh dò cho các hoạt động vào ban đêm. Các máy dò được định vị để phi
công có thể nhìn thấy chúng mà không ảnh hưởng đến tầm nhìn bình thường.
Dưới đây là máy dò được lắp đặt bên dưới cửa sổ bên trái của Vickers VC10, phía trên
Ống Pitot.
Hình 18. Cầu tạo máy dò Teddington
Trong môi trường bay có xuất hiện SLD, phi công thường xuyên theo dõi cột
buồm. Băng hình thành trên rìa mỏng của cột buồm trước khi hình thành trên các cạnh
đầu của máy bay. Khi quan sát thấy băng, tốc độ bồi tụ cho thấy mức độ nghiêm trọng
của SLD. Sau đó, phi công có thể gắn bộ phận xả đá trên cột buồm, tắt đi để quan sát
tốc độ biến đổi của băng.
3.9.2. Máy dò băng Smiths
Vỏ máy dò được gắn bên trong thân máy bay với một đầu dò nhô vào luồng không
khí tự do. Đầu dò là một ống hình trụ rỗng, bên trong lõi của bộ phận sinh nhiệt có bốn
lỗ nhỏ hướng về phía trước và hai lỗ lớn hướng ra sau. Trong điều kiện không đóng
băng, áp suất đầy đủ trong bộ phận cảm biến giữ cho công tắc ở trạng thái mở. Trong
điều kiện đóng băng, sự hình thành băng ở rìa đầu nhanh chóng chặn bốn lỗ nhỏ. Điều
này dẫn đến giảm áp suất trong máy dò, làm cho công tắc đóng. Khi công tắc đóng, đèn
báo thủy tinh màu hổ phách sẽ sáng trên bảng điều khiển và Nguồn điện được sử dụng
để làm nóng đầu dò cho đến khi băng tan và áp suất dương được khôi phục. Mức độ
nghiêm trọng của sự đóng băng được biểu thị bằng tần suất đèn cảnh báo bật sáng.
Hình 19. Cấu tạo máy dò băng Smiths
3.9.3. Máy dò băng Rôto
Máy dò băng Roto bao gồm một vỏ được gắn bên trong tế bào với một cánh quạt có
răng được dẫn động bằng điện dựa trên một con dao Knife (tiếng Anh) được gắn cố định
vuông góc với vỏ của thân máy bay. Cánh quạt có răng tiếp xúc với luồng không khí mà
băng có thể lắng xuống.
Hình 20. Máy dò băng Rôto
Trong quá trình bay, động cơ điện bên trong vỏ dẫn động rôto có răng với tốc độ
không đổi so với mép trước của dao (thường là khoảng cách giữa chúng là
0,05mm). Mômen quay trên động cơ trong điều kiện không đóng băng là không đáng
kể, nhưng sự hình thành băng chặn không gian giữa xi lanh quay và dao tạo ra một
mômen xoắn nhỏ làm cho động cơ quay trên các giá đỡ của nó và gây ra lực ép lên lò
xo. Chuyển động này được kết nối với một công tắc siêu nhỏ, tín hiệu của công tắc này
có thể được sử dụng để thắp sáng đèn cảnh báo hoặc để kích hoạt hoạt động của hệ thống
rã đông hoặc chống đóng băng. Thiết bị này có khả năng hoạt động liên tục hoặc có thể
tắt mở theo ý muốn của phi công.
Hình 21. Cấu tạo máy dò băng Rôto
3.9.4. Máy dò rung động
Máy dò rung động là hệ thống phát hiện băng hiện đại nhất. Sử dụng công nghệ từ
tính (biến dạng của vật liệu sắt từ trong quá trình từ hóa) khiến đầu dò phát hiện và cộng
hưởng ở một tần số nhất định. Bao gồm một vỏ cảm biến bên trong thân máy bay và
một thanh nhô vào luồng không khí bên ngoài.
Hình 22. Cấu tạo máy dò rung động
Đầu dò dao động ở tần số 40 kHz. Trong điều kiện không đóng băng, thanh duy trì
tần số này khi băng tích tụ trên thanh, khối lượng của nó tăng lên và tần số dao động
giảm. Mạch dò băng phát hiện sự thay đổi của tần số và khi tần số cộng hưởng đạt đến
một mức độ nhất định, một tín hiệu ánh sáng sẽ được kích hoạt cũng như sự hâm nóng
của que. Hệ thống sưởi của đầu dò vẫn hoạt động trong một thời gian định trước để đảm
bảo rằng băng được loại bỏ và trở về chế độ phát hiện. Thanh tiếp tục dao động với tần
số 40 kHz cho đến khi nước đá lại hình thành trên thanh. Mức độ nghiêm trọng của đóng
băng được xác định bởi tần suất đèn báo bật sáng. Máy dò cũng có thể được sử dụng để
kích hoạt khung máy bay và mạch xả băng động cơ.
Hình 23. Mô tả nguyên lý hoạt động của máy dò rung động
3.10 BẢNG ĐIỀU KHIỂN HIỂN THỊ
Tác động được hiển thị trên bảng điều khiển theo những cách khác nhau. Các chỉ
báo có thể được trình bày trên mặt đồng hồ tròn, ngang và dọc. Vị trí của bảng điều
khiện có thể thay đổi tùy thuộc vào nhà sản xuất máy bay. Bảng điều khiển cũng có sẵn
trên bảng hiển thị hình tròn PFD (Màn hình chuyến bay chính) hoặc HUD (Màn hình
hướng lên) - Carlquist 1960
Hình 24. Đồng hồ hiển thị của Carlquist 1960
Hình 25 Đồng hồ hiển thị của Teledyne Avionics
Airbus cung cấp một chỉ số tùy chọn cung cấp góc tấn công cho phi hành đoàn từ -5
đến +25 độ. Hai chỉ số (trái và phải) được cung cấp trực tiếp từ bộ phận khí động học
tương ứng của chúng. Trong trường hợp hệ thống bị lỗi, con trỏ được định vị ở điểm
dừng dưới cùng và một cờ màu hổ phách xuất hiện.
Hình 26. Đồng hồ hiển thị góc tấn của AIRBUS
Boeing cung cấp một chỉ báo tùy chọn với màn hình kỹ thuật số trên "PFD" (Hiển
thị chuyến bay chính) và một con trỏ. Dấu kiểm màu đỏ cho biết tỷ lệ hệ thống cảnh báo
dừng được kích hoạt. Ngoài ra, ngay khi sử dụng cánh đảo gió của thang máy cao, một
dải màu xanh lá cây được hiển thị để chỉ ra phạm vi của góc tấn công bình thường khi
tiếp cận Dưới đây là tùy chọn của Boeing.
Hình 27. Đồng hồ hiển thị góc tấn của Boeing