Il ghiaccio in volo

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Questo argomento contiene 1 risposta, ha 2 partecipanti, ed è stato aggiornato da  Francesco Filipponi 1 anno, 4 mesi fa.

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    Filippo Santinello
    Amministratore del forum

    Ciao a tutti,

    visto che in un mio recente volo mi sono trovato in condizioni propense alla formazione di ghiaccio, al di là di gestire la situazione lì sul momento, ho ritenuto interessante parlarne qua, sperando di farvi cosa gradita.

    Nei voli VFR, tipicamente condotti a quote basse e comunque al di fuori delle nubi, il problema del ghiaccio è infrequente, con l’unica eccezione del ghiaccio al carburatore per quegli aerei che hanno questo tipo di alimentazione. I voli IFR, invece, specie se condotti per fini commerciali devono venire incontro a una serie di necessità (consumi di carburante, minime in rotta, copertura radar e ricezione di radioaiuti) che portano questi voli a impegnare quote ben più elevate, dove le condizioni di ghiaccio sono più probabili, specie durante l’attraversamento di strati nuvolosi.

    Iniziamo ricapitolando la fenomenologia del ghiaccio nel suo complesso. In determinate condizioni di umidità e temperatura l’acqua allo stato gassoso o liquido, che è sempre presente in atmosfera, può accumularsi in forma solida sulla superficie del velivolo. Le conseguenze includono:

    • Aumento del peso
    • Alterazione del profilo aerodinamico, con aumento della resistenza e abbattimento della portanza (e quindi un crollo dell’efficienza alare)

    Quindi se “facciamo ghiaccio”, come si dice in gergo, avremo tra le mani un aereo che pesa di più, che richiede più potenza per avanzare ad una data velocità e al tempo stesso vuole una velocità di crociera più elevata per compensare la diminuita generazione di portanza e l’incremento di peso dovuto al ghiaccio presente. E’ facile capire che, se non si spezza questo “circolo vizioso”, nel giro di breve tempo il velivolo non è più in grado di sostenersi in aria.

    A complicare le cose, va ricordato che in presenza di acqua liquida la temperatura inferiore a 0 gradi Celsius da sola non è sufficiente a determinare la solidificazione: a causa di un fenomeno fisico noto come “tensione superficiale” del liquido, gocce di acqua pur sottoposte a temperature inferiori a 0 gradi potrebbero non solidificare fino a che non vanno ad impattare su un corpo solido. Si parla in questo caso di “acqua sopraffusa” (cioè acqua che ha una temperatura inferiore a 0 ma che nonostante questo mantiene la sua forma liquida). Quindi l’insidia di questa cosa sta nel fatto che vediamo piovere, e quindi crediamo di essere al riparo dal ghiaccio, mentre invece appena le gocce impattano sul nostro aereo solidificano subito e il ghiaccio si accumula.

    Non tutte le situazioni propense alla formazione di ghiaccio sono ugualmente pericolose, a seconda delle modalità di formazione ed accumulo del ghiaccio. Distinguiamo quindi tra:

    1. Ghiaccio brinoso. Si forma soprattutto per “brinamento” (passaggio diretto da gas a solido) del vapore acqueo sulle superfici alari durante la discesa verso strati di aria più caldi e umidi, dopo un prolungato tempo di crociera a quote elevate e quindi a temperature sensibilmente inferiori a zero (alle quote normalmente interessate dai voli IFR commerciali la temperatura esterna va da -20 a -50 gradi Celsius). Il suo aspetto è quello di una blanda velatura bianca sulle superfici interessate dal fenomeno. La modesta consistenza e la friabilità di questo accumulo lo rendono sostanzialmente innocuo ai fini della sicurezza del volo.
    2. Ghiaccio spugnoso. Si crea per solidificazione di gocce di acqua liquida di piccole dimensioni (inferiori a 0,5 mm di diametro) a contatto con la superficie del velivolo. L’accumulo ha una consistenza superiore a quella del ghiaccio brinoso, tuttavia nell’accumulo viene intrappolata una significativa quantità di aria in forma di bollicine, per cui questo tipo di ghiaccio è piuttosto leggero e fragile, quindi eliminabile con relativa facilità.
    3. Ghiaccio vetroso. Risulta dall’accumulo di ghiaccio derivante da solidificazione di gocce di acqua liquida di grandi dimensioni (> 0,5 mm). A differenza del ghiaccio spugnoso la formazione dell’accumulo non intrappola bollicine d’aria, e di conseguenza questo ghiaccio è molto pesante, duro e poco visibile, come se fosse una lastra di vetro. E’ di gran lunga la variante più pericolosa di ghiaccio in volo.

    Il ghiaccio vetroso, per le sue caratteristiche, potrebbe essere incontrato con relativa facilità anche da voli VFR, se questi vengono condotti in inverno nelle immediate vicinanze di un fronte caldo. In questa situazione vi è un afflusso di aria calda in quota che sovrasta uno strato più basso di aria fredda; se quest’ultima ha una temperatura inferiore a 0 gradi, le precipitazioni originate dallo strato di aria calda in quota, inizialmente in forma liquida, solidificano al contatto con un aereo che si trovi a volare nello strato di aria fredda.

    Vale anche la pena ricordare come il pericolo del ghiaccio non si presenti per qualsiasi temperatura purché inferiore a 0: al di sotto di un certo valore, generalmente -20 gradi Celsius, smettono di sussistere le condizioni per l’esistenza di acqua sopraffusa, e quindi a quelle temperature si può avere solo il brinamento, o al più la presenza di nubi esclusivamente costituite da piccoli cristalli di ghiaccio (cirri, cirrocumuli, cirrostrati), che a dispetto delle apparenze non costituiscono un problema perché non comportano accumulo di ghiaccio sulle superfici alari. Quindi “male che vada” avrò il ghiaccio brinoso, fenomeni più seri sono improbabili.

    Chiarito come il ghiaccio possa presentarsi, ricapitoliamo come possa essere contrastato.

    Esistono due tipologie di impianti a bordo dei velivoli per affrontare le situazioni di ghiaccio:

    • Anti-icing, cioè impianti efficaci nel prevenire la formazione del ghiaccio, ma non nel rimuoverlo quando questo si è già formato;
    • De-icing, cioè impianti con ruolo opposto all’anti-icing, quindi efficaci nel rimuovere ghiaccio esistente ma non nel prevenire formazioni.

    I dispositivi anti-icing includono quelli che sfruttano il calore (generato da una corrente elettrica, o tramite aria calda estratta dai motori) per tenere le superfici alari ad una temperatura elevata impedendo che si creino le condizioni per l’accumulo del ghiaccio; e gli impianti chimici, che prevedono l’uso di sostanze (alcool o altri composti similari) che abbassano sensibilmente la temperatura di congelamento dell’acqua impedendo così l’accumulo di ghiaccio.

    I dispositivi de-icing sono rappresentati essenzialmente dai sistemi pneumatici a deformazione controllata, che tramite impulsi di aria compressa (prelevata dai motori) vanno a deformare il profilo alare, spaccando letteralmente il ghiaccio che si è accumulato.

    Naturalmente non è che il velivolo sia interamente protetto dal ghiaccio, anche perché in genere il ghiaccio non si accumula in ugual modo in tutti i punti: ecco quindi che i sistemi di protezione agiranno tipicamente su:

    • Bordi di attacco delle superfici alari (ala principale e piani di coda);
    • Sensori per la misurazione dei parametri di volo (tubo di Pitot, presa statica, sensori dell’angolo di attacco ecc.)
    • Bordi di attacco delle eliche;
    • Bocche di aspirazione delle gondole dei motori turbojet e turbofan.

    E chi non ha i suddetti impianti? Posto che quantomeno il classico “Pitot heat” (cioè il riscaldatore elettrico del tubo di Pitot) si trova un po’ dappertutto, chi non ha impianti più “seri” (anti- o de-icing sui bordi di attacco delle ali) non potrà far altro che attuare manovre diversive per uscire dalla situazione di ghiaccio, quindi abbassarsi di quota fino ad interessare altitudini con temperatura apprezzabilmente superiore a 0 gradi, o invertire la rotta.

    #9434

    Francesco Filipponi
    Amministratore del forum

    Grazie Filippo per i tuoi immensi contributi!

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