Námraza

autor: David Dosoudil

Prvním bodem na seznamu je to nejdůležitější co je potřeba náležitě zdůraznit - icing je jedno z největších nebezpečí pro lítání a věřím, že všichni přítomní ATRkáři mi dají za pravdu hned dvakrát. Nejdůležitějším pravidlem antiicingu tak zůstává - vyhni se nebo uteč (a to platí i pro airlinery). Protože jakákoliv vrstva něčeho na křídlech nebo stabilizátorech znamená snížení jejich parametrů...VELKE snížení. Jen pro představu - vrstvička tloušťky a střední zrnitosti šmirglpapíru na křídle zníží vztlak až o 30% a zvýší odpor až o 40%. A nejen to, sníží úhel náběhu při kterém dochází k pádu (pilot tak nedostává klasické varovné signály z příslušných varovných sond) a zvýší pádovou rychlost. A když si člověk vezme, že některá námraza není ani vidět...mno prostě škoda mluvit.

Pojmy:

• SAT = Static Air Temperature - teplota nerozrušeného okolního vzduchu. Někdy taky nazývaná True Outside Temperature
• TAT = Total Air Temperature - maximální teplota vzduchu, kterou je možno získat adiabaticky přivedením vzduchu na nulovou rychlost (převodem kinetické energie na tepelnou). Velmi zjednodušeně celková nebo naměřená teplota Někdy taky nazývaná Outside Air Temperature.
• TAT získáme, pokud sečteme SAT a tzv. RAM rise - navýšení teploty díky kompresi a tření v závislosti na TAS rychlosti, resp. jeho poměrnou část v závislosti na recovery faktoru.
• Tady existuje první mýtus a totiž ten, že TAT je zvýšená oproti SAT kvůli tření povrchu letadla způsobeném jeho pohybem vzduchem. Ne. TAT sonda je totiž schválně umístěná tak, aby byla mimo jakoukoliv mezní vrstvu a tak do ní vstupoval vzduch, který má okolní teplotu SAT. Zvýšení teploty způsobuje metoda měření - přivedení vzduchu na nulovou rychlost (adiabatický ohřev) a interní tření v sondě. Protože lze ale tento ohřev poměrně velmi přesně spočítat, můžeme tak příslušným vzorečkem získat SAT (což bychom asi těko dokázali, pokud bychom "sbírali" vzduch ohřátý třením letadla při pohybu vzduchem). A SAT je přece to co nás zajímá, že ;)

Užitečné vzorečky:

• SAT = TAT - (V/100)^2

(teplota ve stupních a rychlost TAS v knotech)

• SAT = TAT / (1+0.2kM^2)

(teplota v Kelvinech, M Mach number a k Recovery faktor, který se podle přesnosti měření sondou pohybuje mezi 0,9-0,95 - to je to ono neúplné získání zvýšené teploty, které lze ale také korigovat, když ho známe)

Druhý mýtus je, že se vyhřívají náběžné hrany křídel, ale vertikální a horizontální stabilizátory jsou ok. Nejsou. Defakto, protože mají většinou tenčí profil, jsou k námraze mnohem náchylnější - tvoří se na nich rychleji. Proto jsou většinou vyhřívány i stabilizátory. Námraza na nich není vidět a je velmi nebezpečná...a může se projevit dost nečekaně, např. jen vysunutím klapek.

Vyhřívání náběžných hran - většina větších letadel má nějakou formu mechanizace na náběžných hranách - leading edge flaps (Kruger a variable camber) a slats. Je nutné podotknout, že zatímco náběžné hrany vyhřívány jsou, někdy téměř celou jejich plochu tvořící mechanizace už nikoliv, s výjimkou slats. Jinak se tu občas objeví, že se odmrazují křídla - ne, pouze jejich náběžné hrany. I to spotřebuje dost energie na to, aby to významně ovlivnilo výkony a tím pádem specifickou spotřebu.

Ground de-icing horkou vodou - ano, ale pouze do teploty -7°C a ochranný postřik musí být aplikován do 3 minut. Vznikají tak dva problémy - jednak některá letadla jsou tak velká, že nelze provést účinně celkový de-icing a nanesení směsi v uvedeném čase. A druhak ta teplota - ať je voda horká sebevíc, po čase vychladne a zmrzne. Jednak na povrchu (a vytvoří tak nejnebezpečnější formu námrazy) a taky protože na letadle je velká spousta různých skulinek, většinou zmrzne tam, kde je to největší problém. A není nic lepšího, než zablokované řízení - velká letadla s hydraulikou si s ním sice asi poradí (za cenu příslušného namáhání), ale uvolněný led pak může pěkně napáchat další neplechu.

Další mýtus - de-icing boots se musí aplikovat až se vytvoří dostatečná vrstva ledu, jinak si led "zvykne" a pak nejde odstranit. Tohle zařízení je zařízení jako každé jiné - občas se může porouchat. A pokud nefunguje, není lepší to zjistit dřív, než člověk narazí na opravdový problém a potřebuje odstranit ten maximální nános ledu na který čekal ? Ono se tohle pravidlo dost obecně praktikuje a učí ho i instruktoři. Do doby, než si zkusí jak moc je velká legrace, když pak zafunguje boot jen na jednom křídle. Znám jednoho co to přežil a ten už nečeká ;) Nehledě na to, že s tím vytvářením vzduchové mezery pod ledem při stáhnutí boots je to fakt ale blbost ;)

Mrznutí de-icing kapaliny na křídlech - pokud byla řeč o pozemním de-icingu, tak ten musí splňovat parametr, že při rychlosti [Rychlosti 80, V1, Vr, V2|Vr] musí být z křídla všechno pryč.

Další mýtus - sníh na křídlech "se odfoukne". Sníh na povrchu křídla, který se nikdy neodfoukne je cca tak tlustý jako aktuální mezní vrstva. A právě tahle vrstvička je ten největší problém jak pro vztlak, tak pro odpor. Provést vzlet se sněhem na křídle (byť by vypadal sebevíc jako milimetr tlustá vrstva čerstvého suchého prašanu) je hazardus maximus. Je to asi stejné jako si myslet, že se auto za jízdy v dešti umyje. Důvod proč na něm zůstane vrstva předešlé špíny je přesně výše zmíněný.

Čas po který funguje de-ice kapalina závisí jak bylo řečeno na poměru ředění a okolní teplotě, a co už nebylo řečeno na dalších podmínkách počasí (zejména typ srážek). Ty časy jsou ale různé a liší se VELMI dramaticky. Jako příklad uvedu klasické zimní teploty u nás - -3 až -14. Zatímco při ředění 100/0 (kapalina/voda) ochrana proti mrznoucí mlze trvá 40 minut až 3 hodiny, proti sněhu už jen 20-40 minut. Pří ředění 75/25 je to už jen 35 minut až 2 hodiny, resp. 15-30 minut. Ředění 50/50 se při těchto teplotách ani nepoužívá (jen do -3, i když předpisové maximum je do -13). Jsou i zajímavé extrémy, např.proti dešti je neúčinná jakákoliv ochrana při teplotě pod nulou, pod -14 se používá už jen 100% ředění a účinná ochrana 50/50 ředění do teploty -3 při mírném mrznoucím dešti je max. 5-10 minut. Jinak ty kapaliny jsou většinou mix vody a glykolu s aditivy na zvýšení viskozity (aby hned nestékaly). Asi nejpoužívanější je teď ISO Type IV (SAE AMS 1428A), většinou zelené barvy.

Doplním ještě pár drobností, o kterých nebyla řeč: Tou asi nejdůležitější je carburettor icing. Letadla s pístovými motory, která nemají přímé vstřikování (resp. obecně mají karburátory) trpí jedním velkým problémem - tvorbou námrazy v karburátoru a vstupním potrubí. Tahle námraza je velmi, velmi nebezpečná - může totiž vzniknout i při teplotách +30°C v úplně bezoblačném prostředí, pokud letadlo klesá (motor na idle) a relativní vlhkost je alespoň 30%. Díky jeho konstrukci totiž dochází při snížení tlaku vzduchu (venturi) a vaporizaci paliva (absorbce latentního tepla) k obrovskému poklesu teploty. Obecně pokud se letí v podmínkách -10 - +25°C, v mraku, mlze nebo za deště či sněžení může vznikat námraza při jakémkoliv výkonu motoru a tak se vyplatí tu páčku "CARB HEAT" v pravidelných intervalech náležitě používat.

Další věc je tvorba námrazy na povrchu letadla (většinou ve formě jinovatky) po přistání i když je venku neskutečné vedro. Pokud je totiž vzduch dostatečně vlhký a letadlo po sestupu z výšky dostatečně podchlazené, krystalizuje vzdušná vlhkost na jeho povrchu. Při krátkých turnover časech to může být i poměrně velké nebezpečí, pokud na to piloti nepamatují.

Další věcí jsou systémy anti-ice a de-ice na náběžkách. Bylo zmíněno elektrické vyhřívání, pneumatické vyhřívání bleed air, de-icing boots, ale tuším nebylo zmíněno odmrazování kapalinou za letu - rozvodem kapaliny náběžnou hranou a jejím protlačováním porézním povrchem.

Podrobněji za zmínku taky stojí vyhřívání čelních skel v kabině - ty se vyhřívají nejen proto, aby se nemlžily zevnitř a netvořila se na nich námraza, ale taky aby měly zachovanou pružnost proti nárazu - např. [bird strike|birdstrike] (certifikace na dvoukilového ptáka při [cruise|cruise ] rychlosti při sea level). Vyhřívání se ale nesmí zase přehnat, aby nedocházelo k delaminaci - proto mají taky zabudovanou ochranu. Vyhřívání je taky několikrát jištěné - vidět ven z okýnka je prostě velmi důležité ;)

Pak je tu ještě pár zajímavostí jako ice lights (světla co svítí např. na náběžky, aby bylo na námrazu vidět) a spousta zajímavých způsobů zjišťování námrazy, ale o tom asi zase někdy příště.

Tádydády a to je konec...

A teď můžete v zimě dělat významné pohledy a příslušně machrovat před okolosedícími kaštany ;o)

+

Doplnil bych ještě pro ponaučení pár příběhů z praxe. Vybral jsem tři poměrně hodně typické - American Eagle ATR-72, Air Florida [B737|B737], Northwest B727. Ukazují tři nejčastější problémy vyplývající z podcenění icing conditions:

1.) http://aviation-safety.net/database/record.php?id=19941031-1&lang=en Problémy s námrazou přicházejí pomalu, ale jejich důsledky bývají náhlé a hlavně nečekané. Díky způsobu jakým se například usazuje čistý led na křídlech dochází k dramatickému snížení jeho parametrů bez jakéhokoliv varování příslušnými sondami, které např. aktivují stick shaker při dosažení kritcikého úhlu náběhu (resp. před tím). Tím že námraza snižuje úhel náběhu při kterém dochází k pádu, tahle ochrana se neaktivuje. Tím že námraza zvyšuje pádovou rychlost vypadá i na rychloměru vše v pořádku. Jediným průvodním znakem tak může být např. kolíbání letadla ze strany na stranu a nečekaný pokles výšky - byli piloti, co si to vykládali jako turbulenci, nebo problém s řízením a snažili se s tím bojovat vyrovnáváním. Všechno co se jim letadlo snažilo říct je, že křídlo balancuje na pokraji pádu, který nakonec přišel (pozn. k ATRku - důvod proč docházelo k oscilaci byl nakonec trošku jiný, jak už psal Kachna, ale průvodní znaky byly podobné a je to asi nejlíp popsáno z pohledu chování letadla)

2.) http://aviation-safety.net/database/record.php?id=19820113-0&lang=en Druhý příklad se týká onoho známého "ten poprašek na křídle se odfoukne". Výsledkem je pak dramatické zvýšení potřebné délky dráhy pro vzlet, letadlo které se neodlepí ani pří [Rychlosti 80, V1, Vr, V2|V2] a pokud se nakonec nějak utrhne, většinou se pak po krátkém boji s fyzikálními zákony vrátí zpátky na zem.

3.) http://aviation-safety.net/database/record.php?id=19741201-1&lang=en Třetí příklad je klasické zablokování pitotky. To má velmi neblahý důsledek na rychloměr, který neukazuje nulu jak nám tvrdí FSka, ale ukazuje více než je skutečná IAS při stoupání a méně při klesání. Zejména při stoupání je to velmi nebezpečné. Při stoupání se může snažit pilot nebo autopilot držet konstantní rychlost, která se ale defakto reálně snižuje s přibývající výškou, dokud nedojde k aktivaci stall signalizace a pádu. Nebo se při stoupání na konstantní V/S ozve overspeed warning, klasickou reakcí je přitažení a zvýšení rychlosti stoupání. Když se pak ozve zároveň s overspeed warningem i stick shaker jako stall varování, je už většinou pozdě (speciálně u 727 s výškovkou v horní části směrového kormidla a motory vzadu, což je ve spojení s pozitivním šípem křídla to nejhorší co může být pro stall podmínky).

4.) Čtvrtý příklad (už bez linku) je jenom doplněk ke carburettor icing. Jak už jsem psal, přichází zcela nečekaně v podmínkách, kdy by si námrazu nikdo nedokázal představit. Projevuje se značným snížením výkonu motoru (snížení průřezu induction manifold), až jeho vysazením (když úplně přimrzne throttle butterfly, nebo zamrzne celá trubka). Speciálně nebezpečné je klesání na minimálním výkonu motoru (kdy je throttle škvírka minimální a tak jednak zvyšuje podtlak a druhak poskytuje menší prostor, který se rychleji zaplní) a pak provedení vzletu před zkontrolováním jestli se nějaký ted ledík nevytvořil. To první pak většinou končí hledáním nejblišího pole, to druhé pak zjištěním, že už je tu konec runwaye a pořád to neletí. Problém je pak většinou taky v tom, že až nastane to nejhorší, než dorazí vyšetřovatelé, ten led zase pěkně roztaje a každý se diví, co se mohlo stát.

Zdůrazním ještě jednu věc a to je engine antiice. Vstupní ústrojí proudových motorů (i když to pro spoustu lidí je prostě jen okraj motoru) hraje velmi důležitou roli při optimalizaci proudu vzduchu před kompresorem. Proudové motory jsou totiž strašlivě rozmazlené pokud jde o správný směr, laminaritu a rychlost vstupujícího vzduchu. Ne nadarmo tak ten okraj vypadá jako náběžná hrana křídla - taky tak i funguje. Tvoření námrazy na něm pak má stejně dramatické důsledky jako na křídle, s o to větším rizikem, že když se ten led uvolní, může napáchat v motoru pěknou paseku, ať už usazením a snížením výkonu, nebo přímo poškozením.

Námraza je prostě sviňa. Někdy je tak silná, že jsou všechny prostředky pro zabránění nebo odstranění k ničemu a člověk je rád, že když to otočí o 180, tak se štěstím přežije. I úplně malilinko někde na letadle je prostě až až.

Prevence, prevence, prevence.

A ještě odkaz na komplet plejádu nešťastníků: http://aviation-safety.net/database/dblist.php?Event=WXI&lang=en&page=1