¿Dónde se acumula primero el hielo en un ala en vuelo y por qué?

He visto algunos informes que dicen que se forma hielo en la mitad trasera del ala y en el borde exterior del ala (la parte más alejada del cuerpo) antes de que se forme en cualquier otro lugar. Me pregunto si esto es cierto? ¿Dónde se forma hielo por primera vez en un ala (en vuelo) en condiciones de formación de hielo?

Respuestas (1)

" Condiciones de formación de hielo " es un término bastante vago que abarca muchas situaciones diferentes que pueden causar la formación de hielo en el fuselaje (informe en pdf de la AOPA , por lo que es difícil tener una respuesta definitiva. Dicho esto, puede esperar acumular cierto grado de hielo al volar a través de humedad (nubes, lluvia, etc.) cuando la temperatura del aire exterior (OAT) está cerca o por debajo de 36 ° F / 2 ° C. Además, como regla, la cola de un avión probablemente acumulará hielo más rápido que el ala en todas las condiciones.

Volar con temperaturas muy frías (-15°C -> -40°C)

Cuando se vuela con nubes y lluvia en el extremo más bajo del espectro de formación de hielo, la forma más probable de acumulación es la formación de hielo en escarcha . Esto se forma principalmente en los bordes de ataque de las alas y las superficies de la cola, comenzando (en la mayoría de los casos) con la cola, y se parece (al menos al principio) mucho a la escarcha. Puede crear estructuras bastante extrañas y es bastante fácil de detectar. El hielo de escarcha (hasta donde he visto o leído) no se va a acumular en ningún lado excepto en los bordes de ataque (alas, morro, góndolas del motor, cola) ya que esas son las únicas partes de la estructura que impactan el viento relativo. De cualquier manera, es muy perjudicial para la salud aerodinámica de tu ala.

El hielo de escarcha a veces puede formar 'cuernos' que comienzan a crecer en forma de V hacia adelante fuera del ala, pero solo en lo que imagino que se consideran condiciones severas. La FAA afirma que la escarcha "típicamente ocurre con temperaturas entre -15 °C y -20 °C".

Hielo de escarcha acumulado sobre botas neumáticas

Volar en temperaturas relativamente cálidas (2°C -> -15°C)

A temperaturas más cálidas, la forma más probable es hielo claro , que es básicamente como si se formara hielo de agua sólido alrededor de los bordes de ataque: nuevamente, alas, superficies de cola, nariz, motores. Sigue más o menos la forma del borde de ataque de la superficie sobre la que se congela, pero es pesado y aún interfiere con la aerodinámica. Nuevamente, como la escarcha, se congela más o menos en el impacto (pero con gotas más grandes) donde el viento relativo golpea la estructura del avión.

En algunas condiciones inusuales, las aeronaves pueden encontrar precipitaciones conocidas como gotas grandes superenfriadas (SLD); estos están lo suficientemente fríos como para congelarse, pero no en el momento del impacto, lo que provoca una forma de formación de hielo conocida como hielo de retroceso (FAA pdf) . En las pruebas de la FAA, "se descubrió que las simulaciones de forma de hielo causan penalizaciones sustanciales en el rendimiento aerodinámico" de múltiples superficies aerodinámicas de NACA. El hielo residual puede acumularse bastante atrás a lo largo de un ala, lo que dificulta o imposibilita su desalojo usando calor o botas (supuestamente, la protección de fluidos TKS puede mitigar esto). Son cosas aterradoras.

La FAA afirma que "el hielo transparente normalmente se forma cuando las temperaturas oscilan entre 2 °C y -10 °C [pero] las formas de hielo transparente más peligrosas [...] tienden a formarse a temperaturas cercanas a los 0 °C".

Hielo claro acumulado en un ala

Volar a temperaturas medias (-10°C -> -15°C)

Al volar en el medio del rango de temperatura, los aviones terminan acumulando hielo mixto , una combinación de escarcha y claro. Según la FAA, "es más probable que se forme hielo mixto a temperaturas entre -10 °C y -15 °C". Es básicamente tan terrible para la aerodinámica como la escarcha y casi tan pesado como el hielo claro. No es divertido.

Recursos:

"También, como regla, la cola de un avión probablemente acumulará hielo más rápido que el ala en todas las condiciones". ¿Tiene un razonamiento o fuente para apoyar esto?
Sí, el documento AOPA lo menciona. Cuanto más delgado es el perfil aerodinámico, más rápido se acumula el hielo y más susceptible es el perfil aerodinámico a los efectos negativos. Un montón de registros de accidentes con formación de hielo en el plano de cola causando una pérdida de cola, lo que lleva a una pérdida profunda.
¡Gracias! Entiendo el segundo argumento, pero ¿por qué una superficie aerodinámica más delgada acumularía hielo más rápido? ¿Es porque tiene menos masa térmica (¿también porque el ala está llena de combustible?)?
Creo que tiene que ver con el grosor de una superficie aerodinámica que cambia la masa de aire que golpea la superficie alrededor del punto de estancamiento, aunque admito que mi conocimiento de aerodinámica no es lo suficientemente matemático como para explicar por qué. @PeterKämpf puede saber qué pasa.
@egid Gran respuesta. Para las distribuciones de equilibrio más "comunes" (AC detrás de CG), ¿la pérdida de cola en realidad no causaría una caída violenta en lugar de una pérdida profunda? (Escenario "clásico": ala alta, aeronave de cola convencional que extiende los flaps, mueve el CP hacia atrás, aumenta la corriente descendente en la puñalada, deteniéndola, el momento de cabeceo hacia arriba desde la puñalada disminuye -> la aeronave se inclina hacia abajo -> la velocidad de cabeceo angular sirve para profundizar el puesto de la puñalada -> da capo al fin)
Jaja, sí. Tarde en la noche, sin pensar bien.
¿Dónde se acumula primero el hielo en un ala en vuelo y por qué?
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