ICING & de-icing & anti-icing ( 제빙 & 방빙 )
- 항공기 airfoil surface에 icing이 생기면 lift는 30%감소 , drag는 40% 증가한다. (sand paper icing condition 일때 )
- ICING은 supercooled water ( 과냉각수 ) , moisture air 조건에서 착빙현상이 발생한다.
- 순수한 물일 수록 0도 이하에서 과냉각수가 되는데 , 이 과냉각수가 항공기 표면에 충돌했을 때 착빙으로 변화한다.
- ICING의 축적을 점검할 때, 특히 clear icing은 unvisable 하기때문에 flashlight를 사용하여 반사되는 빛으로 점검해야 한다.
- ICING 의 종류는 structure icing , induction icing , instrument icing으로 구분되며 다음과 같다.
1. structure icing
structure icing에는 clear icing , rime icing , mixed icing 이 있다.
clear icing은 투명하여 인지하기 어렵고 , 제거가 어렵다. 0-10도 외기온도에 잘 형성된다.
rime icing은 거칠고 불투명한 착빙현상이다. - 10 ~ - 20 도
mixed icing은 clear icing 과 rime icing이 혼합된 형태로 , 매우 거칠게 축적된다. - 10 ~ - 15도
2. induction icing
induction icing 에는 carburetor icing , engine intake icing 이 있다.
caburetor icing은 caburetor의 벤츄리 효과로 인해 온도가 낮아져 발생하는 icing이다.
( 상대습도 50% , 38도 이하에서 발생 가능하며 , 상대습도 80% , 21도 이하에서 위험하다 )
intake icing은 엔진 intake의 공기 흡입구에서 발생하는 icing 이다.
3. instrument icing
instrument icing은 pitot-static port & a/c antenna 등에서 발생하는 착빙현상이다.
* 착빙현상의 강도는 trace , light , moderate , severe 로 구분한다.
* trace는 1시간이상 비행해도 de-icing 이 필요하지 않는 정도
trace : ice become perceptible ( ice가 인지가능한 정도 )
* light는 1시간의 비행일경우 문제가 발생할수 있으며 , de-icing이 종종 필요한 정도
light: the rate of accumulation may create a problem if flight is prolonged ( 비행이 지연되면 문제가 발생할 수도 있는 정도 )
* moderate는 de-icing anti-icing이 필요하며 회항이 필요한 정도이다.
moderate : the rate of accumulation is such that even short encounters become potentially hazardous and use of deicing/anti-icing equipment or flight diversion is necessary ( 짧은시간 경험해도 잠재적인 위험을 제공하는 정도, 혹은 디아이싱 / 안티아이싱장비가 필요하거나 다이버트가 요구되는 정도 )
* severe는 de-icing anti-icing으로 해결되지 않으며 , 즉시 해당 지역을 벗어나야 하는 정도
severe : the rate of accumulation is such that deicing/anti-icing equipment fails to reduce or control the hazard . immediate flight diversion is necessary ( 디아이싱/ 안티아이싱 장비가 소용없고 , 컨트롤이 안되는 정도. 다이버트가 즉시 필요한 정도 )
* FROST
frost는 서리로 , 맑고 안정된 대기에서 약한 바람이 있을 떄 잘 형성된다. ( clear stable air , light wind )
서리는 stall speed를 5-10% 증가시키고, lift off 를 지연시킨다.
- airfoil 표면에 icing이 발생하여 양력이 감소 & 항력이 증가하는 기전은 다음과 같다.
1. airfoil 표면에 icing이 형성되어 표면이 거칠어진다.
2. 거칠어진 표면은 drag를 증가시킨다.
3. 거칠어진 표면으로 인해 공기의 흐름이 느려지고 , 이에 따라 airflow separation이 앞당겨진다.
4. airflow separation으로 인해 항공기의 lift는 감소한다.
* surface roughness로 인해 critical AOA가 낮아지고 , stall speed는 증가한다.
on ground 에서 de-icing & anti-icing은 다음과 같다.
1. FPD ( freezing point depressant )를 항공기 동체에 뿌린다. FPD 용액은 어는점을 낮춰 얼음을 녹이는 역할을 한다.
* FPD 용액의 잔여물이 엔진에 흡입되면 performance가 낮아져 compressor stall & surge를 유발한다.
* ICING은 FPD를 천천히 흡수하면서 녹는다.
* FPD의 성분 중 하나인 diluting ethylene glycol fluid를 사용한다.
3. 이러한 제빙액은 ADF AAF 등으로 불리운다. ( aircraft de-icing fluid , aircraft anti-icing fluid )
- 제빙액의 종류는 4종류로 다음과 같다.
1. TYPE I ( glycol 80% )
타입 1 제빙액은 주황색이다. 점도가 낮아 빠르게 항공기 표면에서 흘러내린다. 고온고압으로 분무한다.
2. TYPE II ( glycol 50% )
타입 2 제빙액은 투명한색이다. 점도가 어느정도 있다. 이륙할 때 까지 제빙 및 방빙을 제공한다. 100kt까지 표면에 달라붙어 있다.
3. TYPE III
타입 3 제빙액은 밝은 노란색이다. 유형 1과 유형 2 사이의 기능을 한다. 즉, 저속비행 항공기에 사용하기 위한 것이다.
4. TYPE IV
타입 4 제빙액은 녹색이다. 유형 2의 목적으로 더욱 긴 HOT을 제공한다.
* 보통의 제빙 & 방빙 과정은 heated TYPE 1 용액으로 초기 제빙 후 , 결빙 방지를 위해 TYPE 2 3 4 용액을 제 분무하는 방식인 2-STEP PROCESS로 진행된다.
* 2-step process 에서 2번째 작업에 heated fluid를 도포하면 HOT이 줄어든다 . 반드시 1번째 작업에 heated fluid를 도포
* TKS FLUID ( tecalemit kilforst sheepbridge stones )
TKS 용액은 소형 항공기에서 사용된다 . 자동차 워셔액과 같이 항공기 내에 reservoir에서 펌프를 이용해 분무되는 형태의 제빙 방빙 장치이다.
* HOT ( holdover time ) 은 제빙 & 방빙 용액의 유효시간을 나타내는 것이다. 제빙 & 방빙 후 HOT 시간동안 이륙하지 못하면 다시 제빙 & 방빙 작업을 수행하여야 한다.
* two step process 의 hot 시작 시간은 두번째 용액을 분무하는 시점부터 HOT 이 시작한다.
* one step process의 hot 시작 시간은 조업 시작 시 HOT가 시작한다
* ONE STEP PROCESS 는 TWO STEP PROCESS에 비해 많은 용액을 소모한다.
* 인천공항에서는 TWO STEP PROCESS 만을 적용한다.
IN FLIGHT 에서 제빙&방빙은 3가지의 시스템으로 이루어진다.
1. electric
항공기 프로펠러 & cockpit window의 열선을 설치해 이용한다.
2. bleed air
엔진 혹은 apu bleed air를 이용하여 leading edge에 뜨거운 열을 공급하여 이용한다.
3. neumatic system
공기압을 이용하여 leading edge에 rubber boots를 통해 이용한다.
neymatic boots 를 이용할 떄에는 icing이 생기자마자 사용하여야 한다. 항공기 속도가 느려지고 , 온도가 내려갈 수록 축적이 많이된다.