00-848 Warszawa, skr. poczt. 125, ul. Żelazna 59. Tel.: [phone], fax.: [phone]
Specjalne ostrzeżenia meteorologiczne odnoszące się do oblodzenia gaz
nika, czy też bardziej
poprawnie układu zasilania silnika nie są częścią standardowych prognoz pogody dla lotnictwa. Jeżeli
w prognozie typu TAF, GAFOR, obszarowej itp. występuje prognoza o możliwym oblodzeniu odnosi się ona
wyłącznie do oblodzenia płatowca.
Odkładanie się lodu w gaz
niku zachodzi początkowo w sposób niezauważalny . Jego objawy
w postaci nierównomiernej pracy silnika, zmniejszania się jego obrotów, ciśnienia ładowania a w rezultacie
spadku prędkości pojawiają się dopiero po pewnym czasie w zależności od typu silnika
i warunków atmosferycznych.
Ocena możliwości wystąpienia oblodzenia układu zasilania w danych warunkach atmosferycznych
zależy wyłącznie od wiedzy i doświadczenia pilota.
Wstęp
Oblodzenie zaliczane do najniebezpieczniejszych zjawisk atmosferycznych dla lotnictwa jest
definiowane jako proces odkładania się lodu w wyniku występowania w powietrzu dużej liczby kropel
przechłodzonej wody. Proces odkładania się lodu może mieć kilka przyczyn. Są to bezpośrednie osiadanie
kryształków lodu śniegu lub gradu, zamarzanie przechłodzonych kropel wody w zetknięciu się
z powierzchnią elementów statku powietrznego oraz sublimacja pary wodnej.
Podział oblodzenia może być dokonany ze względu na jego kształt, postać lodu, intensywność lub
część statku powietrznego na którym występuje. Dzieląc oblodzenie ze względu na kształt (dotyczy
wyłącznie oblodzenia płatowca)  oblodzenie dzieli się na opływowe, korytkowe, mieszane, szadz
, szron. Ze
względu na postać lodu  na przez
roczysty i matowy. Ze względu na intensywność przyrostu  słabe (e"0.6
mm/min), umiarkowane(0.6  1.0 mm/min), intensywne (e" 1mm/min). Ze względu na obszar występowania
 na oblodzenie płatowca i układu zasilania.
Oblodzenie systemu zasilania powszechnie, ale niesłusznie interpretowane jako wyłącznie
oblodzenie gaz
nika. Z oblodzeniem można również spotkać się w zbiornikach paliwa. Woda zawarta
w paliwie po zamarznięciu może w postaci kryształków lodu być transportowana po całym układzie
zasilania. Zlanie odstojników skutecznie zapobiega takiemu zjawisku. W przypadku niepełnych zbiorników
może również dojść do zamarzania skroplonej pary wodnej w powietrzu znajdującym się powyżej poziomu
paliwa w zbiornikach.
Oblodzenie gaz
nika
Jest najczęściej występującym i najbardziej niebezpiecznym typem oblodzenia systemu zasilania.
W sprzyjających warunkach może być na tyle intensywne, ze przy braku reakcji pilota może doprowadzić do
spadku mocy i nawet zatrzymania pracy silnika. Powstaje najwcześniej ze wszystkich trzech typów
oblodzenia układu zasilania. Powstaje w wyniku nagłego spadku temperatury, rzędu nawet kilkudziesięciu
stopni Celsjusza w wyniku procesów termodynamicznych, jakie zachodzą w gaz
niku. Najbardziej podatne
na tego typu oblodzenie sÄ… silniki z konwencjonalnym gaz
nikiem przepływowym. W znacznie mniejszym
stopniu zagrożenie wystąpieniem oblodzenia dotyczy gaz
ników podciśnieniowych (np. typu Stromberg)
1
B I U L E T Y N I N F O R MA C Y J N Y B L N r 0 9 / 2 0 0 6
i praktycznie nie dotyczy wtryskowych układów zasilania silnika. Optymalna temperatura (gaz
nika)
sprzyjająca powstaniu oblodzenia zawiera się między 0oC a +3oC.
Rodzaje oblodzenia gaz
nika
Wyróżnia się trzy rodzaje oblodzenia gaz
nika : kontaktowe, paliwa i przepustnicy.
Oblodzenie kontaktowe powstaje w wyniku kontaktu wilgotnego powietrza z wlotami powietrza, filtrami
powietrza oraz z podgrzewaczem gaz
nika. Dochodzi do niego zwykle w momencie przelotu statku
powietrznego przez strefę opadu śniegu, deszczu ze śniegiem, chmur o temperaturze poniżej 0oC, deszczu
kiedy temperatura płatowca lub deszczu jest poniżej 0oC. Powstaje w zakresie temperatur od -10 do 0oC,
najintensywniej przy temperaturze -4oC . Jest zagrożeniem również dla silników z wtryskowym systemem
zasilania. Jest głównym typem oblodzenia dla silników z turbodoładowaniem.
Oblodzenie paliwa powstaje w kanałach gaz
nika na całej długości przepływu od punktu
w którym paliwo jest wprowadzane do gaz
nika. Jego bezpośrednią przyczyną jest zamarzanie pary wodnej
zawartej w powietrzu (jako części mieszanki paliwowo powietrznej) w wyniku ochłodzenia spowodowanego
parowaniem paliwa. Generalnie powstaje w zakresie temperatur od 4 °C do 27 °C. Ale może również
wystąpić w wyższych temperaturach. Oblodzenie paliwa może wystąpić jeżeli wilgotność względna jest
wyższa niż 50%.
Oblodzenie przepustnicy powstaje na lub w pobliżu częściowo zamkniętego zaworu przepustnicy. Para
wodna zawarta w dostarczanym do gaz
nika powietrzu skrapla się i zamarza w wyniku efektu schłodzenia
w momencie przepływu powietrza przez zawór przepustnicy. Zwykle spadek temperatury wynosi około 5
stopni, stÄ…d najbardziej sprzyjajÄ…cy zakres temperatur do powstawania takiego oblodzenia zawiera siÄ™
w wartoÅ›ciach od 0°C do 3°C, ale należy pamiÄ™tać ze kombinacja oblodzenia paliwa i przepustnicy może
wystąpić w wyższych temperaturach otoczenia.
Statystyka
Zgodnie z danymi AOPA Air Safety Foundation accident database w latach 1990-2000 88% (2842)
wszystkich, zgłoszonych zdarzeń i wypadków lotniczych miało związek z warunkami pogodowymi, z czego
12% (388) było spowodowane oblodzeniem.
Podział zdarzeń i wypadków spowodowanych oblodzeniem wygląda następująco:
w 40% (153) przyczyną było oblodzenie płatowca, 8% (32) przypadków dotyczyło powstania oblodzenia na
ziemi i 52% (203) były to przypadki oblodzenia układu zasilania silnika.
Rysunek 1 przedstawia rozkład zdarzeń i wypadków spowodowanych oblodzeniem w latach 1993-
2007. W tym czasie w AOPA Air Safety Foundation accident database odnotowano 476 przypadków
z czego 208 (43,7%) przypadało na oblodzenie płatowca, a 268 (56,3%) spowodowane było oblodzeniem
gaz
nika.
Rys.1 Statystyka oblodzeń za lata od 1983 do 2007
2
B I U L E T Y N I N F O R MA C Y J N Y B L N r 0 9 / 2 0 0 6
Powstawanie oblodzenia gaz
nika
Oblodzenie gaz
nika nie jest charakterystyczne wyłącznie dla chłodnej pory roku, występuje również
w cieplej porze jeśli wilgotność powietrza jest wystarczająco wysoka, szczególnie przy częściowo otwartej
gardzieli gaz
nika tak jak ma to miejsce przy ustawieniach ograniczajÄ…cych moc silnika.
Wartości temperatury otoczenia i wilgotności względnej przy których wystąpi oblodzenie gaz
nika sÄ…
rożnie podawane w zależności od konkretnych statków powietrznych.
Zgodnie z dokumentacjÄ… Cessna Aircraft Company spadek temperatury w gaz
niku może mieć wartość do
33oC. Producent silników Textron Lycoming podaje, że w jego silnikach lód może powstać przy
temperaturach zewnętrznych od -7oC do +33o C.
Testy fabryczne wykazały spadek mocy silnika przy oblodzeniu występującym przy temperaturze
otoczenia rzędu 30oCi wilgotności ok. 30 procent. Przy mocach przelotowych silnika oblodzenie może
wystąpić przy temperaturze otoczenia rzędu 20o C oraz wilgotności względnej powietrza równej 60%
i więcej.
Obliczenia teoretyczne jak również praktyczne testy wskazują na fakt, że ryzyko oblodzenia gaz
nika
jest dużo większe podczas pracy silnika na mocy zredukowanej, gdyż ujemne temperatury w gaz
niku
(dokÅ‚adnie w rejonie przepustnicy) osiÄ…gane sÄ… dla temperatur powietrza nawet rzÄ™du 35 do 40°C.
W warunkach podwyższonej wilgotności i w zakresie temperatur od -10 do +25 zawsze należy
liczyć się z możliwością wystąpienia oblodzenia i podejmować stosowne zapobiegawcze działania.
Mieszanka paliwowo powietrzna przepływając przez gaz
nik w strefie dyfuzora i przepustnicy ulega
znacznemu rozprężeniu, dodatkowo dochodzi do pobierania ciepła przez odparowujące paliwo. Proces ten
jest najintensywniejszy w obszarach gdzie wskutek zmniejszenia przekroju, prędkość przepływu i spadek
ciśnienia są największe. W sprzyjających warunkach - przy dużej wilgotności względnej powietrza (>50 %),
temperatura w tych miejscach w gaz
niku spaść może poniżej temperatury punktu rosy, co prowadzi do
skroplenia pary wodnej i jej szybkiego zamarzania ponieważ przechłodzone krople wody zamarzają bardzo
szybko w momencie zetknięcia się z metalem.
Na rysunku 2 przedstawiony jest ogólny schemat przepływowego gaz
nika w przekroju
z zaznaczonymi miejscami, w których należy oczekiwać osadzania się lodu.
Oszacowanie intensywności oblodzenia jest niezwykle trudne. Przy wzroście zawartości wilgoci
w powietrzu wraz z temperaturą (wzrasta temperatura punktu rosy), ilość skroplonej i zamarzającej wody
osiągać może wartości rzędu kilkudziesięciu gramów na mi nutę lotu. Jeżeli samolot wykonuje schodzenie
przy zredukowanych obrotach silnika przez schłodzony w wyniku procesów termodynamicznych gaz
nik
przepływa coraz cieplejsze i wilgotne powietrze co może po kilku minutach lotu w takich warunkach
doprowadzić do powstania nawet kilkuset gramów lodu.
Rys. 2 Obszary odkładania się lodu w gaz
niku.
Warunki atmosferyczne
Ocena możliwości powstania oblodzenia gaz
nika jest możliwa na podstawie znajomości danych
o wilgotności względnej powietrza, temperatury powietrza i temperatury punktu rosy. Rys. 3 przedstawia
graficzna ilustrację warunków w jakich może dojść do oblodzenia gaz
nika. Widać wyraz
nie, że ryzyko
wystÄ…pienia oblodzenia wystÄ™puje nawet w warunkach wysokiej temperatury zewnÄ™trznej (powyżej 30°C)
i wilgotności względnej powyżej 50%. Z drugiej strony przy temperaturze otoczenia poniżej -5oC ryzyko
oblodzenia jest znikome.
3
B I U L E T Y N I N F O R MA C Y J N Y B L N r 0 9 / 2 0 0 6
Rys. 2. Możliwość wystąpienia oblodzenia gaz
nika w zależności od warunków
atmosferycznych
Jeżeli informacja o wartości punktu rosy nie jest dostępna, należy przyjąć występowanie wysokich
wartości wilgotności względnej w:
obszarach słabej widzialności przy powierzchni ziemi i na małych wysokościach szczególnie
wczesnym rankiem i póz
nym popołudniem;
pobliżu obszarów wodnych,
wilgotny grunt i słaby wiatr,
opadach ciągłych,
chmurach i mgle,
przy bezchmurnym niebie w sytuacji kiedy chmury lub mgła właśnie zanikły.
Podsumowanie
Oblodzenie gaz
nika może wystąpić w szerokim zakresie warunków atmosferycznych,
w temperaturze od -5oC do +37oC i wilgotności względnej powietrza praktycznie od 20-30%.
Oblodzenie gaz
nika nie jest elementem ujmowanym w standardowych prognozach
meteorologicznych dla lotnictwa.
Definicje:
Wilgotność względna  jest to stosunek rzeczywistego ciśnienia pary wodnej zawartej
w powietrza do ciśnienia pary wodnej nasyconej w danej temperaturze, wyrażona w %.
Temperatura punktu rosy  temperatura, w której zawarta w powietrzu para wodna osiąga stan nasycenia nad
wodÄ….
Niedosyt (deficyt) temperatury punktu rosy  różnica miedzy temperaturą i temperaturą punktu rosy.
Przechłodzona woda  woda schłodzona do temperatury niższej niż temperatura zamarzania.
Naczelnik Inspektoratu
Nadzoru MET i AIS
Bogusław Bartosik
4