Los sistemas de protección contra el hielo evitan que la humedad atmosférica se acumule en las superficies de la aeronave, como alas, hélices, palas de rotor, tomas de motor y tomas de control ambiental. La acumulación de hielo puede cambiar la forma de las superficies aerodinámicas y de control de vuelo , degradando las características de control y manejo, así como el rendimiento. Un sistema de protección contra el hielo, el deshielo o el hielo previene la formación de hielo o permite que la aeronave se deshaga del hielo antes de que se vuelva peligroso.
Efectos de la formación de hielo
La formación de hielo de la aeronave aumenta el peso y la resistencia, disminuye la sustentación y puede disminuir el empuje. El hielo reduce la potencia del motor al bloquear las entradas de aire. Cuando el hielo se acumula al congelarse en el impacto o al congelarse como escorrentía, cambia la aerodinámica de la superficie al modificar la forma y la suavidad de la superficie, lo que aumenta la resistencia y disminuye la sustentación del ala o el empuje de la hélice. Tanto una disminución en la sustentación en el ala debido a una forma alterada del perfil aerodinámico como el aumento de peso de la carga de hielo generalmente resultarán en tener que volar en un ángulo de ataque mayor para compensar la sustentación perdida para mantener la altitud. Esto aumenta el consumo de combustible y reduce aún más la velocidad, lo que aumenta la probabilidad de que se produzca una pérdida , lo que hace que la aeronave pierda altitud.
El hielo se acumula en las palas de los rotores de los helicópteros y en las hélices de los aviones provocando desequilibrios de peso y aerodinámicos que se amplifican debido a su rotación.
Los sistemas antihielo instalados en motores a reacción o turbopropulsores ayudan a prevenir problemas de flujo de aire y evitan el riesgo de daños internos graves en el motor debido a la ingestión de hielo. Estas preocupaciones son más agudas con los turbohélices, que con mayor frecuencia tienen giros bruscos en el camino de entrada donde el hielo tiende a acumularse. [1]
Tipos de sistema
Botas de deshielo neumáticas
La bota neumática suele estar hecha de capas de caucho u otros elastómeros , con una o más cámaras de aire entre las capas. Si se utilizan varias cámaras, normalmente tienen la forma de rayas alineadas con la dirección longitudinal de la bota. Por lo general, se coloca en el borde de ataque de las alas y estabilizadores de un avión. Las cámaras se inflan y desinflan rápidamente, ya sea simultáneamente o en un patrón de cámaras específicas únicamente. El rápido cambio de forma de la bota está diseñado para romper la fuerza adhesiva entre el hielo y la goma, y permitir que el hielo sea llevado por el aire que pasa por el ala. Sin embargo, el hielo debe desprenderse limpiamente de las secciones posteriores de la superficie o podría volver a congelarse detrás del área protegida. La nueva congelación del hielo de esta manera fue un factor que contribuyó al accidente del vuelo 4184 de American Eagle .
Se pensaba que las botas neumáticas más antiguas estaban sujetas a puentes de hielo. El aguanieve se puede empujar fuera del alcance de las secciones inflables de la bota antes de endurecerse. Esto se resolvió aumentando la aceleración del ciclo de inflado / desinflado y alternando el tiempo de las celdas adyacentes. [2] Las pruebas y los estudios de casos realizados en la década de 1990 han demostrado que la formación de puentes de hielo no es una preocupación importante en los diseños de botas modernas. [3]
Las botas neumáticas son apropiadas para aviones de baja y media velocidad, sin dispositivos de elevación de vanguardia como listones , por lo que este sistema se encuentra más comúnmente en aviones turbohélice más pequeños como el Saab 340 y Embraer EMB 120 Brasilia . Las botas de descongelación neumáticas a veces se encuentran en otros tipos, especialmente en aviones más antiguos. Rara vez se utilizan en aviones a reacción modernos. Fue inventado por BF Goodrich en 1923.
Deshielo fluido
A veces llamado ala llorona, [4] funcionamiento húmedo o sistema de evaporación, estos sistemas utilizan un líquido descongelante, típicamente basado en etilenglicol o alcohol isopropílico para evitar la formación de hielo y romper el hielo acumulado en superficies críticas de una aeronave. [5] Una o dos bombas accionadas eléctricamente envían el fluido a unidades dosificadoras que dividen el flujo entre las áreas a proteger. Se utiliza una segunda bomba para redundancia, especialmente para aeronaves certificadas para volar en condiciones de formación de hielo conocidas , con bombas mecánicas adicionales para el parabrisas. El fluido pasa a través de los orificios de los paneles en los bordes de ataque de las alas, estabilizadores horizontales, carenados, puntales, entradas del motor y desde un anillo deflector en la hélice y el rociador del parabrisas. Estos paneles tienen orificios de 1 ⁄ 400 de pulgada (0.064 mm) de diámetro perforados en ellos, con 800 orificios por pulgada cuadrada (120 / cm 2 ). El sistema es autolimpiante y el fluido ayuda a limpiar la aeronave antes de que la estela se lo lleve. [6] [7] El sistema fue utilizado inicialmente durante la Segunda Guerra Mundial por los británicos , habiendo sido desarrollado por Tecalemit-Kilfrost-Sheepbridge Stokes (TKS) . [8]
Las ventajas de los sistemas de fluidos son la simplicidad mecánica y la mínima interrupción del flujo de aire de los minúsculos orificios; esto hizo que los sistemas fueran populares en los aviones comerciales más antiguos . Las desventajas son los mayores requisitos de mantenimiento que las botas neumáticas, el peso del líquido potencialmente innecesario a bordo de la aeronave, el suministro limitado de líquido cuando se necesita y la necesidad impredecible de rellenar el líquido, lo que complica las paradas en ruta. [9]
Sangrar aire
Los sistemas de purga de aire son utilizados por la mayoría de las aeronaves grandes con motores a reacción o turbopropulsores. El aire caliente se "purga" de una o más secciones del compresor de los motores hacia tubos que pasan a través de las alas, las superficies de la cola y las entradas del motor. El aire gastado se expulsa a través de los orificios en la parte inferior de las alas.
Una desventaja de estos sistemas es que el suministro de una cantidad adecuada de aire de purga puede afectar negativamente al rendimiento del motor. A menudo se requieren ajustes de potencia más altos de lo normal durante el crucero o el descenso, particularmente con uno o más motores inactivos. Más significativamente, el uso de aire de purga afecta los límites de temperatura del motor y, a menudo, requiere ajustes de potencia reducidos durante el ascenso, lo que puede causar una pérdida sustancial de rendimiento de ascenso con consecuencias particularmente críticas si un motor falla. Esta última preocupación ha provocado que los sistemas de purga de aire sean poco comunes en aviones de turbina pequeña, aunque se han implementado con éxito en algunos aviones pequeños como el Cessna CitationJet . [10] [11]
Electrotérmico
Los sistemas electrotérmicos utilizan bobinas calefactoras (muy parecidas a un elemento de estufa de bajo rendimiento) enterradas en la estructura del fuselaje para generar calor cuando se aplica una corriente. El calor se puede generar de forma continua o intermitente. [12]
El Boeing 787 Dreamliner utiliza protección contra hielo electrotérmica. En este caso, las bobinas calefactoras están incrustadas dentro de la estructura de ala compuesta. Boeing afirma que el sistema utiliza la mitad de la energía de los sistemas de purga de aire alimentados por motor y reduce la resistencia y el ruido. [13]
Las bobinas de calentamiento de láminas grabadas se pueden unir al interior de las pieles metálicas de los aviones para reducir el uso de energía en comparación con los circuitos integrados, ya que operan a densidades de potencia más altas. [14] Para la aviación general , ThermaWing utiliza una lámina de grafito flexible y eléctricamente conductora unida al borde de ataque de un ala. Los calentadores eléctricos calientan la lámina que derrite el hielo.
Una propuesta utilizó nanotubos de carbono formados en filamentos delgados que se hilan en una película de 10 micrones de espesor, equivalente a una hoja de papel . La película es un mal conductor eléctrico debido a los espacios entre los nanotubos. En cambio, la corriente provoca un rápido aumento de la temperatura, calentándose dos veces más rápido que el nicrom , el elemento calefactor preferido para el deshielo en vuelo, mientras utiliza la mitad de la energía a una diezmilésima parte del peso. El material suficiente para cubrir las alas de un 747 pesa 80 g (2,8 oz) y cuesta aproximadamente el 1% de nicrom. También se han sugerido calentadores de aerogel , que podrían dejarse encendidos continuamente a baja potencia. [15]
Electromecánico
Los sistemas de deshielo por expulsión electromecánicos (EMEDS) utilizan una fuerza de percusión iniciada por actuadores dentro de la estructura que inducen una onda de choque en la superficie a limpiar. [16] [17] También se han desarrollado sistemas híbridos que combinan el EMEDS con elementos calefactores, donde un calentador evita la acumulación de hielo en el borde delantero del perfil aerodinámico y el sistema EMED elimina las acumulaciones detrás de la parte calentada del perfil aerodinámico. [18]
Pasivo (recubrimientos icephobic)
Los sistemas pasivos emplean superficies icephobic . La Icephobicidad es análoga a la hidrofobicidad y describe una propiedad del material que es resistente a la formación de hielo. El término no está bien definido, pero generalmente incluye tres propiedades: baja adhesión entre el hielo y la superficie, prevención de la formación de hielo y efecto repelente sobre las gotas superenfriadas. [19] La Icephobicidad requiere propiedades especiales del material pero no es idéntica a la hidrofobicidad . [20]
Para minimizar la acreción, los investigadores están buscando materiales icephobic . Los candidatos incluyen nanotubos de carbono y superficies porosas con infusión de líquido resbaladizo (SLIPS) que repelen el agua cuando se convierte en hielo. [21]
Ver también
- Glaseado atmosférico
- Condiciones de formación de hielo
Accidentes de hielo
- Vuelo 883 de Aero Caribbean (2010)
- Vuelo 5017 de Air Algérie (2014)
- Vuelo 90 de Air Florida (1982)
- Vuelo 447 de Air France (2009)
- Accidente aéreo de Alan Kulwicki (1993)
- Vuelo 1285 de Arrow Air (1985)
- Vuelo 3407 de Colgan Air (2009)
- Vuelo 3272 de Comair (1997)
- Vuelo 670 de Loganair (2001)
- Vuelo 751 de Scandinavian Airlines (1991)
- Vuelo 5428 de Sol Líneas Aéreas (2011)
- Vuelo 2415 de United Express (1989)
- Vuelo 708 de West Caribbean Airways (2005)
Referencias
- ^ Administración Federal de Aviación 2015 , p. 16-17.
- ^ "Información de la FAA para operadores 09005" (PDF) .
- ^ Administración Federal de Aviación 2015 , p. 20.
- ^ Szurovy 1999 , p. 31.
- ^ Administración Federal de Aviación 2015 , p. 22.
- ^ E. McMann, Michael. "TKS Ice Protection: Volar durante todo el año se convierte en una posibilidad con el sistema TKS Ice Protection" . Revista Plane & Pilot . Werner Publishing Corporation . Consultado el 17 de octubre de 2014 .
- ^ "vuelo abril | abril iith | sistema de fluidos | 1946 | 0710 | Archivo de vuelo" . Flightglobal.com . Consultado el 11 de diciembre de 2013 .
- ^ "Deshielo para hoy" .
- ^ Szurovy 1999 , págs. 31-32.
- ^ Administración Federal de Aviación 2015 , p. 21.
- ^ Szurovy 1999 , p. 58.
- ^ Sloan, Jeff. "El 787 integra un nuevo sistema de descongelación de alas de material compuesto" . www.compositesworld.com .
- ^ "AERO - 787 Sistemas sin sangrado" . www.boeing.com .
- ^ http://papers.sae.org/2009-01-3165/ | Aprovechando la mayor flexibilidad que proviene del deshielo electrotérmico de alta densidad de potencia
- ^ "Aviones de deshielo: cielos cubiertos de hollín" . El economista. 2013-07-26 . Consultado el 11 de diciembre de 2013 .
- ^ "Cómo funcionan: sistemas de protección contra el hielo" . Semana de la aviación. 2010.
- ^ "Deshielo electromecánico" . Revista Air & Space. 2004.
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- ^ Hejazi, Vahid; Sobolev, Konstantin; Nosonovsky, Michael (12 de julio de 2013). "De la superhidrofobicidad a la icephobicity: análisis de fuerzas e interacción" . Informes científicos . 3 (1). doi : 10.1038 / srep02194 . ISSN 2045-2322 .
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Bibliografía
- Guía del piloto: Vuelo en condiciones de hielo (PDF) (Informe). Administración Federal de Aviación . 8 de octubre de 2015. AC 91-74B . Consultado el 9 de marzo de 2021 .
- Szurovy, Geza (1999). Jets Cessna Citation . Osceola, Wisconsin: MBI Publishing Company. ISBN 0-7603-0785-7.
enlaces externos
- Documento SAE sobre protección electrotérmica contra el hielo de Strehlow, R. y Moser, R.