Условия, благоприятные для обледенения двигателей самолётов при полётах над верхней границей кучево-дождевой облачности

Современные экспериментальные полеты в условиях кристаллической части мощной кучевой облачности позволили подтвердить выводы о сложной топографии и структуре верхней границы (ВГ) облачности глубокой конвекции (ОГК). По мере накопления непосредственных измерений водности и лёдности в ОГК, всё большее внимание привлекается к ещё одному слабо изученному, но опасному для авиации явлению — обледенению двигателей воздушных судов в ледяных кристаллах (ice crystal icing).

Полеты в кучево-дождевой облачности и вблизи ее границ наставлением Гражданской авиации запрещены. Однако бурный рост технических возможностей, увеличение трафика полетов по всему миру поставили вопрос возможности полетов выше верхней границы кучевой облачности при увеличении «потолка» полетов. В последние двадцатилетие зафиксировано не менее 170 случаев потери тяги двигателей пассажирских и грузовых самолётов, связанных с этим явлением, как в тропических широтах, так и в умеренных [1]. Согласно наблюдениям пилотов [2], в отличии от других типов обледенения, рассматриваемое явление наблюдается при полётах на больших высотах (~ 12 км), зачастую при низкой радарной отражаемости (< 12 dBZ). Исследования также показали [3], что моделям численного прогноза погоды (ЧПП) не удаётся точно воспроизвести подобные подсеточные условия: в прогностические значения радарной отражаемости оказывались завышенными, а лёдность — заниженной. Соответственно затрудняется диагноз зон, благоприятных для обледенения двигателей, и это служат источником опасности для авиации.

В работе представлен обзор экспериментальных наблюдений при пролетах над ВГО ОГК, сведения о концентрациях мелких кристаллов анализируются в сочетании со спутниковыми данными о скоплениях кристаллов разных размеров. Выявлено, что основным условием, благоприятным для обледенения двигателей самолетов являются скопления мелких кристаллов на ВГО ОГК в стадиях развития и начала распада. Поэтому необходим мониторинг ВГО на основе оперативной спутниковой информации геостационарных МИСЗ, разрешение которой по времени и пространству сопоставимо с разрешением численных мезомасштабных моделей.

Создан инструмент для анализа разного типа данных, программное обеспечение позволило привлечь для анализа учащенные измерения геостационарных МИСЗ (дискретностью 5-15 мин). Система мониторинга облачности глубокой конвекции (СМОКГ) основана на обработке информации европейских МИСЗ Meteosat MSG, российских Электро, Арктика. Используется комплексный анализ метеорологических условий на основе регулярных наземных наблюдений синоптических станций, радиолокаторов, выходных данных численных моделей ICON-ru, COSMO-ru с разрешением 13 км,6.6км,2.2 км. Результаты анализа в реальном режиме времени показаны на примере автоматического распознавания ВГО ОГК для визуальной оценки и представления условий обледенения в кристаллической части мониторинга ВГО.

Проанализированы эволюция и метеорологические условия развития мощной МКС 15-16 апреля 2024 года для оценки риска обледенения двигателей воздушных судов в ледяных кристаллах. В качестве исходных данных использованы измерения яркостной температуры в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра метеорологического искусственного спутника Земли Meteosat-9 и поля модели ЧПП ICON DWD Global.