Perchè il ghiaccio in volo è un problema? Come funziona e di che tipologie può essere l’impianto antighiaccio ? Le risposte a queste domande e molto altro
Durante il volo una serie di rischi spesso nascosti, che possono però portare a gravi inconvenienti ed incidenti, sono quelli dovuti alla formazione di ghiaccio.
Già nelle operazioni a terra, passando poi per decollo, salita e seguenti fasi del volo, l’incontro con un nube o con particolari condizioni ambientali può portare alla formazione di ghiaccio su superfici o zone critiche del velivolo, quali ad esempio i sensori, le sonde e gli impianti di bordo.
E’ un problema da non sottovalutare, sia per la rapidità con la quale esso può presentarsi sia per i problemi che può portare in alcune situazioni a terra e in volo. Basti pensare che nella storia dell’ aviazione commerciale sono stati 14 gli incidenti, anche molto gravi, causati dalla formazione di ghiaccio.
La presenza di ghiaccio, nelle sue varie forme, può diventare critica quando si forma su:
Bordo di attacco alare, con conseguente alterazione della forma e variazione delle curve caratteristiche. In presenza di ghiaccio sul bordo di attacco e sulle semiali, le curve di Cp e Cr (Coefficiente di portanza e di resistenza) in funzione dell’angolo di attacco subiscono una notevole modifica che alza la velocità di stallo, oltre a poter causare vibrazioni e modifiche non desiderate agli assetti di volo. La modifica stessa del profilo può portare ad una diversa distribuzione di portanza tra le due semiali o tra i piani di coda, con possibili rollii, imbardate e movimenti non voluti.
Sensori, come ad esempio l’indicatore di angolo di attacco AOA, con conseguenti indicazioni assenti o errate
Tubo di pitot e prese statiche, con conseguente ostruzione e indicazione di una errata velocità di volo e dei parametri collegati alla pressione statica. Nello specifico vengono alterati i dati forniti da quegli strumenti nei quali è presente necessità di far pervenire diverse pressioni la cui differenza costituisce l’indice della grandezza da misurare, come ad esempio l’anenometro.
Eliche, con conseguenti vibrazioni e variazioni di trazione
Superfici mobili, con conseguente bloccaggio del movimento. Il ghiaccio può, più raramente, formarsi su aerofreni, flaps e portelli del carrello.
Tubazioni e carburatore (se presente), con conseguente ostruzione e riduzione di portata. La causa del ghiaccio in queste zone è la presenza di elevata umidità o particelle di acqua all’interno del combustibile. I combustibili aeronautici, viste le alte quote di volo dei moderni velivoli, sono spesso additivati con un’apposita miscela antighiaccio.
Presa d’aria dei motori, con conseguente perdita di portata di aria e rischio di danni al motore stesso. Nel caso infatti il ghiaccio formato sulle prese d’aria si stacchi, esso verrà inghiottito all’interno e l’impatto con le palette dei primi stadi del compressore potrebbe, oltre a danneggiarle, portare allo spegnimento del motore.
Vetri e finestrini, con conseguente riduzione di visibilità da parte dei piloti.
Tipi di ghiaccio
I tre tipi di ghiaccio che possono formarsi sui velivoli vengono classificati secondo i parametri che li contraddistinguo. Possiamo trovare:
Ghiaccio rime-brinoso
Tipo di ghiaccio causato dal congelamento all’impatto con la superficie di gocce sopraffuse, rimane tipicamente confinato nella zona di contatto.
Caratteristiche: colore opaco, dimensioni di gocce piccole, formazione a LWC (densità di liquido in una nuvola, si misura in g\m3) bassi
Ghiaccio vetroso
Tipo di ghiaccio causato da gocce che non congelano immediatamente ma che si uniscono.
Caratteristiche: sviluppo ad alti valori LWC, aspetto trasparente, possibile presenza di “corni” o accrescimenti generati dallo scorrimento del liquido prima del congelamento.
Il terzo tipo di ghiaccio è un insieme tra ghiaccio vetroso e brinoso, unendo alcune peculiarità di entrambi.
Impianto antighiaccio in aviazione
I tipi di impianto antighiaccio sono divisi in due fondamentali categorie, con ulteriori sottocategorie caratterizzate dal metodo con il quale si attua la misura di prevenzione o rimozione
Gli impianti antighiaccio possono essere di tipo DE-ICE e ANTI-ICE e rispettivamente sono quelli atti alla rimozione di ghiaccio già formato e quelli atti a prevenirne la formazione con specifici metodi.
I principali metodi di de-ice e anti-ice sono:
Sistema mediante aria calda, dove viene sfruttato un flusso d’aria prelevato da uno degli stadi del compressore per riscaldare la zona critica interessata. Tipicamente viene usato per i bordi di attacco alari e per le prese d’aria dei motori.
Si tratta di un sistema con un’ azione prevalentemente preventiva, ma che può anche essere usato in misura di contrasto e rimozione di ghiaccio già presente.
NOTA: meglio prevenire che curare, è bene attivare i dovuti sistemi antighiaccio previsti una volta riscontrate situazioni dubbie o di rischio, senza attendere la fase critica
Sistema meccanico. Tipicamente usato per i bordi di attacco di ali e piani di coda, esso sfrutta per un azione esclusivamente di De-Ice il gonfiaggio di apposite camere d’aria presenti sul bordo di entrata. Gonfiandosi provocano una variazione alla forma del profilo che, non essendo più liscio ed uniforme, causa il distacco istantaneo della massa di ghiaccio. L’utilizzo sui velivoli moderni è raro ma presente, sopratutto nei velivoli turboelica. Alcuni esempi di velivoli che lo utilizzano sono il C27 Spartan e l’ ATR 72.
Sistema mediante effetto Joule (resistenze elettriche). Questo sistema sfrutta il calore prodotto mediante effetto joule da resistenze elettriche poste nelle zone critiche, dove il loro utilizzo è più efficace. Gli utilizzi tipici di questo sistema sono i tubi di pitot, le prese statiche, i vetri della cabina e le eliche. In questo specifico caso le resistenze sono poste nella parte di pala più vicina all’ogiva. E’ proprio in questa zona, dove la velocità di rotazione è minore, che si presenta il maggior rischio di incorrere nella formazione di ghiaccio.
DE-ICE a terra
Un’operazione frequentemente visibile in aeroporti situati in zone geografiche con climi freddi è quella del de-icing.
Attraverso l’utilizzo di appositi mezzi presenti in aeroporto, viene sparata sull’aereo una soluzione di acqua e liquido Killfrost, solitamente ad una temperatura di circa 60 Gradi. Questa operazione serve per la rimozione di ghiaccio formatosi sulle superfici del velivolo durante le soste, il quale potrebbe portare a gravi problemi durante il decollo e in volo.
Quello che viene normalmente chiamato Deicing in realtà comprende due passaggi, il secondo dei quali è atto alla prevenzione da ulteriore formazione di ghiaccio, quindi anti-icing.
Quello che differenzia i due passaggi è il tipo di liquido utilizzato. I liquidi utilizzati per queste procedure possono essere di 4 tipi e sono divisi in due categorie, in base alle loro caratteristiche.
Il fluido di tipo 1 è un fluido Newtoniano, utilizzato in soluzione con acqua calda garantisce la rimozione ma non la protezione, mentre i fluidi 2,3,4 sono fluidi non newtoniani che grazie alle loro caratteristiche e alla loro viscosità, che permette una maggiore aderenza nel tempo alle superfici, garantiscono un efficace anti-icing.
Nel caso ci sia la necessità di svolgere la procedura in un solo passaggio verranno utilizzati i fluidi di tipo 2,3,4, ma questo è sconsigliato, anche da parte degli enti quali EASA e FAA, in quanto oltre alla possibile presenza di residui essi non eliminano con efficacia eventuali tracce di liquidi antighiaccio utilizzati per piste e vie di rullaggio. Questi liquidi, sollevati dalle ruote durante la corsa di decollo, atterraggio e durante il taxi, possono ridurre l’efficacia dei liquidi della seconda categoria.
Normalmente i liquidi dannosi vengono rimossi attraverso l’utilizzo del liquido di tipo 1
Testo Luca Ocretti con prima pubblicazione su blog Tuttosulvolo – edizione aggiornata per AvioHub
foto – Copyright unknown / video – “Stunning Videos” Youtube channel
