Эксплуатация любой техники в сложных условиях сопряжена со многими рисками, и в первую очередь, это утверждение можно отнести к авиационному транспорту, где безопасность полетов должна иметь первостепенное значение. Российская Федерация - страна с непростыми климатическими условиями, и в большинстве регионов холодная погода держится достаточно продолжительное время. Как известно, эксплуатация самолетов в зимних условиях неразрывно связано с таким явлением как обледенение, которое представляет серьезную опасность для воздушных судов.

Справедливость последнего утверждения наглядно подтверждается статистикой по авиакатастрофам за последние десятилетия. К сожалению, аварии, вызванные обледенением, регулярно происходили в прошлом, и продолжают происходить до сих пор. Последняя катастрофа самолета ATR-72, принадлежавшего авиакомпании "ЮТэйр", под тюменским аэропортом "Рощино" также могла быть вызвана возникшим обледенением. Конечно, говорить об этом пока рано, поскольку официальное расследование продолжается, и точные причины будут установлены только комиссией Межгосударственного авиационного комитета (МАК), однако сейчас у следователей версия с обледенением является одной из приоритетных.

Как стало известно следователям, самолет ATR-72, который провел целую ночь на стоянке в аэропорту "Рощино" в непростых погодных условиях с осадками при температуре близкой к 0 °С, не прошел противообледенительную обработку. Стал ли этот факт причиной катастрофы или же он был просто сопутствующим фактором - пока неизвестно, но вполне возможно, что процедура подготовки воздушного судна к вылету была нарушена.

Как отмечают канадские эксперты, многочисленные исследования показывают, что "снег и самолет не смешиваются", а такое сочетание как "лед и самолет" и вовсе может оказаться фатальным. Пугает также тот факт, что за последние 25 лет большая часть катастроф, вызванная обледенением, произошла в процессе взлета или набора высоты самолетом, то есть образование льда на поверхности фюзеляжа и крыльев происходило на земле. Когда дело касается обледенения в воздухе, то здесь человеческий фактор играет уже не столь значительную роль. Да на самолетах предусмотрены и используются противообледенительные системы, но иногда они оказываются неэффективными, хотя в большинстве случаев они справляются со своей задачей. Но когда речь заходит об обледенении на земле, то здесь обычно есть множество возможностей предотвратить потенциальную катастрофу, но не всегда эти возможности используются в полной мере.

В последние годы в авиационной индустрии появилось множество новых технологий, направленных как на борьбу с обледенением, так и на предотвращение образования льда на поверхностях самолетов. В борьбе с наземным обледенением самым эффективным средством по-прежнему является обработка лайнеров противообледенительными жидкостями. Несмотря на развитие различных систем, которые устанавливаются на современных ВС и осуществляют борьбу с процессом обледенения, по мнению экспертов, некоторые виды анти- и противообледенительных жидкостей еще долгое время будут использоваться на всех типах самолетов. Поэтому прогресс в этой отрасли также не останавливается ни на минуту.

Такие ведущие компании-производители ПОЖ, как The Dow Chemical Company и Cryotech Deicing Technology, постоянно обновляют и расширяют линейку своей продукции. В настоящее время ключевыми приоритетами перед производителями ПОЖ является ускорение процесса удаления льда с поверхности самолета и увеличение времени действия противообледенительной жидкости, так называемое holdover time (HOT). В настоящее время, согласно стандартам Сообщества автомобильных инженеров (SAE), в мире используются четыре типа ПОЖ, которые задействованы в двухступенчатом процессе противообледенительной обработки.

Жидкости SAE Type I используются для удаления льда с поверхности самолета, тогда как жидкости SAE Type II, III и IV применяются для предотвращения образования льда в течение определенного периода времени. Жидкость Type III в большей степени подходит для обработки самолетов местных авиалиний, в то время как ПОЖ Type IV изготавливается по тем же стандартам, что и Type II, правда, первая появилась относительное недавно и несет в себе более новые технологии. Как уже отмечалось, жидкости Type I применяются для удаления ледяных отложений с поверхности самолета. Эти жидкости, температура которых варьируется в пределах от 60 до 80 °С, распыляются с высокой скоростью. В их состав могут входить специальные красители, помогающие наземному обслуживающему персоналу более точно оценить качество проведенной противообледенительной обработки.

По словам одного из специалистов фирмы The Dow Chemical Company, в состав ПОЖ также включаются специальные поверхностно-активные вещества (ПАВ), способствующие полному покрытию поверхности крыла самолета ПОЖ. Кроме того, производители включают в состав этих жидкостей такой компонент, как пропиленгликоль, которые способствует снижению температуры замерзания ПОЖ. Иногда вместо пропиленгликоля используется этиленгликоль, который обладает более низкой температурой кристаллизации, однако последний обладает рядом существенных недостатков, такими как повышенная токсичность и низкая теплопроводность.

Специалисты компании Cryotech, в свою очередь, добавляют, что жидкости Type I при нанесении должны образовывать гладкую, сплошную пленку с достаточно низкой степенью пенообразования. Желательно также, чтобы эти жидкости были эффективными и при невысоких температурах.

Жидкости Type IV, в свою очередь, распыляются в холодном состоянии без смешивания с водой с низкой скоростью, с таким расчетом, чтобы поверхность самолета покрывалась толстой пленкой. При этом ПОЖ этого типа обладают специальными псевдопластичными свойствами, благодаря которым жидкость полностью удаляется с поверхности лайнера во время взлета. Тем самым предотвращается эффект падения подъемной силы, который может быть вызван как непосредственно льдом на крыльях самолета, так и самой жидкостью. Защитный слой, образованный такой жидкостью, имеет низкую температуру кристаллизации по сравнению с выпадающими осадками, таким образом, при контакте с ПОЖ осадки, как правило, тают. В то же время данный процесс приводит к постепенному снижению эффективности ПОЖ, поскольку она смешивается с выпадающими осадками. Сейчас ведущие производители ПОЖ пытаются разработать такие составы, которые позволяли бы увеличить время действия противообледенительной жидкости, тем самым увеличив степень защиты самолета от наземного обледенения, особенно, в сложных климатических условиях.

В настоящее время, производители ПОЖ преследуют несколько основных целей: в первую очередь, это решение экологических проблем за счет снижения концентрации вредных веществ, а также улучшение способности ПОЖ к биологическому разложению. Как бы то ни было, но ПОЖ пока что являются наилучшим доступным средством для проведения противообледенительной обработки ВС. Альтернативные способы, такие как инфракрасные обогреватели, которые монтируются на специальных автомобилях или в ангарах, по-прежнему остаются нишевыми продуктами.

Еще одним важным звеном в системе борьбы с обледенением являются датчики обледенения, используемые на самолетах. Именно эти датчики определяют необходимость активация противообледенительных систем. В 2011 г. Федеральное управление гражданской авиации США выпустило предписание, которое предусматривает установку датчиков обледенения на всех самолетах, выполняющих регулярные рейсы на территории США. Примечательно то, что данные системы обладают низкими эксплуатационными затратами, что конечно же станет плюсом для авиакомпаний, которые и так стремятся сократить свои расходы.

В настоящее время большое распространение получили датчики двух типов, первые из которых детектируют образование ледяной корки, а другие - фиксируют условия, способствующие началу обледенения. По оценкам экспертов, датчики условий обледенения (ICD) обладают более высокой эффективностью, и именно этот тип датчиков в настоящее время устанавливается на лайнерах Boeing 787 Dreamliner.

Самый распространенные датчики обледенения представляют собой магнитострикционный прибор, принцип действия которого основан на способности некоторых материалов к расширению или сжатию в магнитном поле. Такие датчики состоят из магнита, катушки обратной связи и нагреваемой аэродинамической распорки, которая соединена со специальным сенсором, контактирующим с воздушным потоком. Магнитное поле, генерируемое подаваемым переменным током, приводит к тому, что сенсор начинает резонировать на естественной частоте. Эти колебания регистрируются катушкой обратной связи, которая реагирует на любые изменения, вызванные обледенением. Информация передается в кабину пилотов, после чего происходит автоматическая или ручная активация противообледенительной системы.

Схема действия следующего поколения датчиков обледенения, которые сейчас разрабатываются ведущими компаниями, будет основана на оптических принципах. Система оптического обнаружения обледенения (OID), разрабатываемая компанией Goodrich, в настоящее время проходит первые летные испытания. В данных системах используется инфракрасное поляризованное излучение, которое проходит через облака и фиксирует состояние воды, размер капель и наличие кристаллов льда. Эта система, в свою очередь, может активировать в автоматическом режиме противообледенительную систему. Отметим, что датчики обледенения, которые разрабатываются компанией Goodrich, будут устанавливаться на новых самолетах Mitsubishi Regional Jet (MRJ) и Bombardier CSeries.

В свою очередь, компания GKN разрабатывает оптико-волоконные датчики обледенения во главе европейского консорциума, объединяющего в себе различные компании и научно-исследовательские институты. В основе данного проекта лежит испускание светового излучения с различной длинной волн. Дифракция светового излучения, вызванная образованием льда, позволяет определить начало обледенения. Как поясняют разработчики, данная система определяет не только факт наличия льда, но также его тип и толщину. Вполне возможно, что данная система будет сертифицирована до 2014 г., после чего она будет внедрена в практическое использование.

Что касается самих противообледенительных систем, устанавливаемых на самолетах, то сейчас одним из самых передовых решений является электротепловая противообледенительная система, которая используется на новейших лайнерах Boeing 787. Данная система была разработана компанией GKN, и она как нельзя лучше подходит для использования на самолетах, в конструкции которых широко используются композитные материалы. В основе системе GKN лежит многослойная полимерная пленка, которая распыляется вместе со специальным жидким металлом и затем наносится на крыло самолета для передачи тепла от бортовой системы энергоснабжения. При рабочей температуре от 7 до 21 °С и потреблении энергии от 45 до 75 кВт пленки проводят достаточное количество тепла, чтобы предотвратить образование льда на крыльях самолета.

По словам разработчиков, разработанная система отличается от традиционных решений. По крайней мере она работает при более низкой температуре, таким образом, образующийся лед тает, но получающаяся в результате этого вода не испаряется. В результате экономится достаточно большое количество энергии, особенно на дальнемагистральных рейсах.

Стоит отметить, что электротепловые противообледенительные системы не так новы, как кажется на первый взгляд. Такие решения использовались на региональных самолетах еще с 1950 г. Однако для того, чтобы интегрировать эти системы с новейшими лайнерами пришлось провести немало исследований для дальнейшего развития этой технологии. Кроме того, компания GKN приложила немало усилий для индустриализации технологии электротепловой борьбы с обледенением.

Успешная эксплуатация лайнеров Boeing 787 может привести к тому, что интерес к электротепловым противообледенительным системам будет увеличиваться. Как уже отмечалось, эти системы обладают рядом преимуществ по сравнению с привычными решениями, в основе которых лежит принцип отбора воздуха.

Как видно, прогресс не стоит на месте. Новые решения, направленные на борьбу с обледенением, становятся более эффективными. Но даже они бессильны в случае появления человеческого фактора. Безопасность полета должна иметь первостепенное значение, поэтому подходить к противообледенительной обработке самолетов нужно со всей ответственностью. Как говорится, лучше лишний раз перестраховаться.

Обзор подготовлен по материалам Aircraft Technology, Flightglobal и Wings....