Anti-Ice: prevenire ed eliminare il ghiaccio


Uno dei problemi legati all’impiego degli aeromobili, in condizioni meteorologiche avverse, è rappresentato dal pericolo delle formazioni di ghiaccio sulla struttura e sui motori. Vediamo in questo interessante Approfondimento come si compone e come funziona.

La formazione di ghiaccio consiste nel deposito sull’aereo in volo, sotto forma di ghiaccio, dell’acqua contenuta nell’atmosfera. La natura di questo deposito, la rapidità con la quale esso si forma e le parti dell’aeromobile interessate, dipendono da diversi fattori come, costituzione fisica del messo atmosferico (nubi, precipitazioni, atmosfera serena), tipo di aeromobile, velocità, ecc.

Le parti principali di un aereo sulle quali più facilmente si forma del ghiaccio sono:
- Bordo di entrata alare e dello stabilizzatore orizzontale;
- Presa d’aria motori;
- Superfici di comando; finestrini cabina di pilotaggio;
- Trasduttori esterni (angolo di attacco); drenaggi impianti acqua e scarico toelette.

La formazione di ghiaccio sulle ali e sulle superfici di comando ha un’influenza rilevante sulle caratteristiche aerodinamiche dell’aereo, con conseguenze negative sulla portanza e sulla resistenza, creando problemi di manovrabilità e di sicurezza.
Per quanto riguarda i motori, la formazione di ghiaccio sulla presa d’aria altera le prestazioni, più accentuato sugli aerei con motori in coda, rappresentato dalla eventuale ingestione di frammenti che si possono staccare dalle superfici alari.
Infine, il deposito di piccoli cristalli di ghiaccio sui finestrini della cabina piloti costituisce un notevole fastidio, in quarto riduce o annulla la visibilità.

Per evitare gli inconvenienti cui si è fatto cenno, gli aerei sono provvisti di impianti per prevenire o eliminare la formazione di ghiaccio e di impianti per assicurare la visibilità in caso di pioggia.

In base al loro modo di intervento, gli impianti antighiaccio si distinguono in due tipi, e precisamente:
- Impianti antighiaccio veri e propri (anti-ice), che hanno funzione preventiva e, con opportuni sistemi, impediscono la formazione di ghiaccio;
- Impianti sghiaccianti (de-ice), che consentono invece la rimozione, ad intervalli regolari di tempo, del ghiaccio già formatosi.

Attualmente il funzionamento degli impianti antighiaccio è basato sul riscaldamento ottenuto utilizzando l’aria calda fornita dall’impianto pneumatico, oppure sfruttando il calore generato per effetto Joule da resistenze elettriche.

Negli impianti di tipo de-ice il riscaldamento della superficie interessata provoca la fusione del ghiaccio che, non più aderente alla superficie stessa, scorre via spinto dall’azione dell’aria.

Invece in quelli di tipo anti-ice il riscaldamento della superficie interessata ne eleva la temperatura, impedendo il congelamento dell’acqua con cui la superficie stessa viene a contatto.

Impianto antighiaccio, bordo d’entrata alare e stabilizzatore orizzontale
L’impianto ha lo scopo di prevenire o rimuovere le formazioni di ghiaccio dai bordi d’entrata alari e dello stabilizzatore orizzontale, in modo da impedire l’aumento di peso delle superfici e mantenere il profilo dei bordi aerodinamicamente accettabile. Esso funziona utilizzando l’aria calda fornita dall’impianto pneumatico, la quale è inviata per mezzo di condotti di distribuzione all’interno dei pannelli slat delle semiali e dei bordi di entrata dello stabilizzatore orizzontale.
Nel caso fosse necessario ridurre la pressione dell’aria, il prelievo dall’impianto pneumatico avviene attraverso una valvola regolatrice di pressione antighiaccio (ICE PROTECTION PRESSURE REGULATING VALVE).
L’impianto antighiaccio alare è normalmente di tipo anti-ice e la circolazione di aria calda internamente al bordo di attacco, mantiene sulla superficie una temperatura tale da impedire le formazioni di ghiaccio.
L’invio dell’aria calda è controllato da una o più valvole di esclusione, comandate da interruttori posti in cabina piloti.
L’impianto antighiaccio dello stabilizzatore orizzontale, ove installato, è del tipo de-ice.
Una valvola di esclusione, comandata da un apposito pulsante (TAIL) consente l’invio dell’aria calda alle superfici interessate al riscaldamento. La valvola si apre per brevi periodi di tempo, seguendo un ciclo di funzionamento controllato automaticamente da un circuito temporizzatore (timer).
Gli impianti descritti possono essere utilizzati solo in volo, ma possono essere controllati a terra.
In caso di rottura di un condotto e conseguente surriscaldamento delle superfici, l’intervento di sensori di sovratemperatura provoca la chiusura della valvola regolatrice di pressione, escludendo quindi l’invio della aria calda all’impianto antighiaccio.

Impianto antighiaccio motore
L’impianto antighiaccio motore è del tipo anti-ice ed ha lo scopo di evitare l’ingestione di ghiaccio nel motore stesso e variazioni della por tata d’aria nel compressore.
Su alcuni motori a reazione l’impianto è costituito da due parti: una provvede al riscaldamento della presa d’aria, mentre l’altra previene le formazioni di ghiaccio sulle palette di prerotazione del compressore e sull’ogiva.
Entrambi le parti dell’impianto sono controllate da un unico comando, posto in cabina piloti.
L’aria calda prelevata dall’8° stadio del compressore viene inviata sulla superficie interna delle palette di prerotazione e dell’ogiva per mezzo di due valvole antighiaccio (ENGINE ANTI-ICE VALVES).
L’antighiaccio della presa d’aria utilizza invece aria calda proveniente dal 13° stadio del compressore, prelevata attraverso un’unica valvola antighiaccio (COWL ANTI-ICE VALVE).
Una valvola regolatrice (THERMAL REGULATOR VALVE) controlla il flusso dell’aria inviato alla presa d’aria, in funzione della temperatura dell’aria di alimentazione.
L’aria viene immessa nell’intercapedine della presa d’aria attraverso dei fori opportunamente distanziati posti sulla superficie interna dell’intercapedine stessa.
Dopo aver lambito solo la superficie interna dell’intercapedine, grazie all’azione di appositi deflettori, l’aria si scarica all’esterno attraverso una luce posta sulla parte inferiore della presa d’aria.

Su altri tipi di motori, l’impianto antighiaccio provvede al riscaldamento solo del bordo anteriore della presa d’aria. A tale scopo viene utilizzata l’aria prelevata dal compressore del motore stesso dall’impianto pneumatico, attraverso una valvola antighiaccio (NACELLE ANTI-ICE VALVE), controllata da un apposito interruttore.
Quando l’interruttore è posto acceso, la valvola si apre e modula l’invio d’aria, in modo da mantenere una pressione costante.
Con valvola aperta e presenza di flusso d’aria, si ha l’accensione di una luce posta in cabina piloti (VALVE OPEN).
In caso di avaria della valvola, che comporti un aumento di pressione superiore ad un valore prestabilito, l’intervento di un interruttore di sovrapressione provoca l’accensione di una luce di avviso (NAC TAIL VALVE).

Impianto di riscaldamento finestrini cabina piloti
L’impianto ha lo scopo di evitare formazioni di ghiaccio sui parabrezza (windshields) e di impedire l’appannamento (defogging) dei parabrezza dei finestrini (windows) laterali ed eventualmente superiori. Il riscaldamento consente inoltre di mantenere i parabrezza ad una temperatura costante, in modo da rendere ottimale la resistenza all’impatto dell’aria ed ad un possibile Bird Strike.
Il sistema di riscaldamento è elettrico. Le superfici da riscaldare sono costituite da lastre di cristallo temperato sovrapposte, sul cui lato interno sono posti gli elementi riscaldanti. Questi sono costituiti da una pellicola sottilissima e trasparente di ossido metallico, conduttore di corrente o da una rete di fili sottili.
Uno strato di vinile aderente al cristallo incorpora un sensore elettrico in grado di controllare la temperatura del sistema. Quando l’impianto è inserito, il flusso di corrente alternata nello strato di ossido metallico provoca, lo sviluppo di calore.

Circuito di controllo antighiaccio parabrezza
L’impianto di riscaldamento dei parabrezza comprende due o più regolatori di temperatura , ognuno dei quali è programmato per mantenere la temperatura del parabrezza ad un valore nominale prestabilito.
Infatti, in caso di eccessiva temperatura, il materiale che costituisce il parabrezza diventerebbe pastoso e quindi poco resistente. Inoltre, un riscaldamento brusco provocherebbe fenomeni di delaminazione dei cristalli.
La temperatura reale del cristallo viene continuamente rilevata da un termistore collegato al regolatore.
In base al segnale che questo riceve dal termistore viene generato un segnale di alimentazione del riscaldatore, di valore tale da mantenere la temperatura del cristallo al suo valore nominale.
Un’eventuale condizione di surriscaldamento, provoca l’interruzione dell’invio dell’alimentazione agli elementi riscaldatori e l’accensione di una targhetta di avviso (WINDSHIELD OVERHEAT).

Circuito di controllo antiappannamento
I finestrini e la superficie interna dei parabrezza sono riscaldati per evitare l’appannamento.
Il relativo circuito di controllo comprende un termostato montato sulla superficie interna di ogni cristallo.
Quando l’interruttore di comando (ANTI-FOG) è posto su ON, l’elemento riscaldatore riceve l’alimentazione elettrica attraverso il termostato di controllo.
Con il termostato chiuso, la corrente fluisce nel riscaldatore e la temperatura del vetro aumenta.
Quando la temperatura raggiunge un valore massimo prestabilito, il termostato si apre ed Interrompe il flusso di corrente. Il circuito si chiude nuovamente, quando la temperatura scende ad un valore minimo prefissato.

Impianto antighiaccio sonde dati relativi all’aria e trasduttore angolo d’attacco
I tubi di Pitot, le prese statiche, la sonda della temperatura esterna ed il trasmettitore dell’angolo di attacco sono provvisti di un sistema di riscaldamento costituito da resistenze elettriche incorporate nelle sonde o nelle prese stesse.
Il riscaldamento previene o rimuove eventuali formazioni di ghiaccio che potrebbero influire negativamente sulla precisione delle informazioni fornite dalle sonde.

Circuito di controllo
Il funzionamento dell’impianto è controllato per mezzo di un apposito modulo, posto in cabina piloti, sul quale sono installati degli interruttori di comando riscaldamento sonde a un unico commutatore a più posizioni.
Per inserire l’impianto occorre portare gli interruttori su ON o il commutare in una qualunque posizione, ad eccezione di OFF.
In caso di avaria di una delle resistenze si ha l’accensione di una targhetta di avviso (PITOT/STALL HEATER OFF).
In tal caso è possibile isolare la resistenza in avaria selezionando, per mezzo del commutatore, le varie resistenze e verificando, con l’amperometro posto sul pannello, l’intensità della corrente assorbita.
Con impianto inserito ed aeromobile a terra, il riscaldatore della sonda di temperatura non è alimentato. Esso viene inserito automaticamente al decollo.

Impianto antighiaccio drenaggi
L’impianto è composto da resistenze elettriche che riscaldandosi consentono di prevenire o di rimuovere formazioni di ghiaccio dalle linee di drenaggio delle acque di scarico, dalle linee dell’impianto acqua e dalle varie pinne di drenaggio di tutte le zone non riscaldate dell’aeromobile.
L’impianto è completamente automatico e le resistenze di riscaldamento sono in funzione fino a quando è disponibile alimentazione elettrica. Tuttavia, con aereo a terra, la tensione di alimentazione viene ridotta, in modo da ridurre la temperatura di riscaldamento. Alcuni circuiti sono provvisti di termostati allo scopo di evitare eventuali surriscaldamenti o ridurre il consumo di energia elettrica.

Impianto antipioggia
Per consentire, in caso di pioggia, una corretta visibilità all’esterno dell’aereo, i parabrezza sono provvisti di impianti che consentono l’azionamento delle spazzole tergicristallo, l’applicazione di una soluzione idrorepellente e l’applicazione di una soluzione di lavaggio.

Spazzole tergicristallo
Le due spazzole tergicristallo che provvedano alla rimozione della pioggia sono azionate elettricamente e comandate mediante selettori posti sul pannello di controllo.
Ciascuna spazzola può muoversi indipendentemente dall’altra e a velocità diverse. Il moto rotatorio del motore elettrico, di cui ogni spazzola è provvista, viene trasformato in moto alternativo per mezzo di un convertitore meccanico. Al termine dell’impiego, portando i commutatori su OFF, le spazzole vengono riportate nella posizione di parcheggio, sotto il bordo inferiore

Applicazione del fluido idrorepellente
L’applicazione del fluido idrorepellente sul parabrezza e la sua distribuzione con le spazzole tergicristallo, consentono di migliorare sensibilmente la visibilità in caso di forti precipitazioni atmosferiche.
A tale scopo viene usata una soluzione di liquido idrorepellente che presenta una notevole aderenza con il vetro e scarsissima aderenza con l’acqua. La soluzione, una volta spruzzata e distribuita sulla superficie del parabrezza, impedisce all’acqua di aderirvi. Il liquido viene distribuito sul vetro dalla pioggia a dal flusso dell’aria in moto.
L’uso delle spazzole tergicristallo è comunque raccomandato in quanto migliora la distribuzione sulla superficie da proteggere. L’impianto non va usato sui vetri asciutti, in quanto la soluzione non diluita dalla pioggia può causare opacizzazioni del vetro stesso, diminuendo la visibilità.
Si deve pertanto, in tal caso, lavare abbondantemente il parabrezza con acqua fredda quanto prima possibile.

L’impianto di applicazione del fluido idrorepellente è costituito principalmente da una o due bombole pressurizzate e non ricaricabili, che contengono il liquido, due valvole di esclusione a tempo, comandate dai pulsanti REPELLENT e due ugelli spruzzatori.
In caso di impianto provvisto di due bombole, è presente anche una valvola selettrice, comandata da un apposito interruttore (RESERVE SUPPLY).

Premendo il pulsante REPELLENT di uno dei due circuiti (LEFT o RIGHT) viene eccitato il solenoide della valvola di alimentazione corrispondente. Il solenoide resta eccitato, aprendo la valvola, per circa mezzo secondo, permettendo al liquido in pressione di essere inviato allo spruzzatore. Dopo di che il temporizzatore incorporato nella valvola provoca la chiusura. Il circuito viene reimpostato rilasciando il pulsante.

Applicazione della soluzione di lavaggio
Nel caso di aeromobili di grandi dimensioni con i parabrezza posti ad una notevole altezza da terra ed i finestrini laterali non apribili, per la pulizia del parabrezza viene usato un impianto di lavaggio, i cui componenti principali sono: un contenitore della soluzione detergente, una pompa ad azionamento elettrica, due interruttori di comando (WASHER), due valvole di alimentazione a solenoide, due ugelli spruzzatori.
L’impianto è composto da due circuiti idraulici distinti, aventi in comune il contenitore non pressurizzato e la pompa. Ogni valvola a solenoide consente l’invio del fluido di lavaggio al parabrezza corrispondente.

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