التجلد (في مجال الطيران)

• الجليد الصافي غالبًا ما يكون شفافًا وناعمًا. قطرات الماء فائقة التبريد، أو المطر المتجمد ، تصطدم بسطح الجليد لكنها لا تتجمد فورًا. غالبًا ما تتشكل نتوءات أو بروزات صغيرة تبرز في تيار الهواء، مما يُنعّم سطح الجليد. يُطلق على هذا النوع من الجليد أيضًا اسم "الجليد الزجاجي".
• الجليد المتجمد خشن ومعتم، ويتشكل من قطرات فائقة التبريد تتجمد بسرعة عند الاصطدام. ويتشكل في الغالب على طول نقطة الركود في جناح الطائرة ، ويتوافق عمومًا مع شكل الجناح.
• الجليد المختلط هو مزيج من الجليد الصافي والجليد المتجمد، ويتمتع بكلا الخاصيتين. ^{[ 5 ]}
• يتشكل الجليد نتيجة تجمد الماء على الأسطح غير المحمية أثناء توقف الطائرة، حتى قبل بدء الطيران. وقد يكون هذا خطيرًا عند محاولة الطيران لأنه يعطل تدفق الهواء في الطبقة الحدية للجناح، مما يؤدي إلى توقف ديناميكي هوائي مبكر ، وفي بعض الحالات، إلى زيادة كبيرة في مقاومة الهواء، مما يجعل الإقلاع خطيرًا أو مستحيلاً، وقد يؤدي ذلك إلى حوادث قبل الأوان.
• يشير مصطلح جليد القطرات الكبيرة فائقة التبريد (SLD) إلى الجليد المتكون في ظروف القطرات الكبيرة فائقة التبريد. ^{[ 6 ]} وهو مشابه للجليد الشفاف، ولكن نظرًا لكبر حجم القطرات، فإنه يمتد إلى أجزاء غير محمية من الطائرة ويشكل أشكالًا جليدية أكبر حجمًا، وبسرعة أكبر من ظروف التجلد العادية، والتي لا تتمتع معظم الطائرات بحماية كافية منها. وكان هذا أحد عوامل تحطم رحلة الخطوط الجوية الأمريكية "أمريكان إيجل" رقم 4184 .

يتحدد تراكم الجليد على هيكل الطائرة بشكل كبير بثلاثة عوامل: محتوى الماء السائل فائق التبريد، الذي يحدد كمية الماء المتاحة للتجمد؛ ودرجة حرارة الهواء، حيث يحدث نصف حالات التجمد المبلغ عنها بين -8 درجة مئوية (18 درجة فهرنهايت) و -12 درجة مئوية (10 درجات فهرنهايت) ؛ وحجم القطرات، إذ تؤثر القطرات الصغيرة على الحواف الأمامية للطائرة، بينما يمكن للقطرات الكبيرة أن تؤثر على الجزء الخلفي من سطح الجناح . كما تؤثر سرعة الطائرة على التجمد أيضًا. فعمومًا، كلما زادت السرعة، زاد تراكم الجليد. ومع ذلك، يُعاكس هذا التأثير احتكاك سطح هيكل الطائرة عند السرعات العالية، ونتيجة لذلك، يكون تراكم الجليد على الهيكل ضئيلاً عندما تتجاوز السرعة 575 عقدة (1065 كم/ساعة؛ 662 ميل/ساعة) . بالإضافة إلى ذلك، يؤثر تصميم الطائرة أيضًا على التجمد. ^{[ 7 ]}       

في السحب الطبقية ، يكون التجلد أقل حدة. ويتشكل عادةً على هيئة صقيع أو تجلد مختلط، ويميل إلى التمركز في طبقة يتراوح سمكها بين 910 و1200 متر . في المقابل، قد تتراوح شدة التجلد في السحب الركامية من ضئيلة في السحب الركامية الصغيرة إلى شديدة في السحب الكبيرة، حيث يظهر التجلد على شكل جليد صافٍ أو مختلط في الطبقات العليا، وقد يمتد إلى ارتفاعات شاهقة. ^{[ 7 ]}  

تُعدّ الطائرات المسيّرة تقنية ناشئة ذات تطبيقات تجارية وعسكرية متنوعة. ويحدث التجمّد أثناء الطيران في السحب شديدة البرودة أو في حالة هطول الأمطار المتجمدة، وهو ما يُشكّل خطراً محتملاً على جميع الطائرات. ويُقيّد التجمّد أثناء الطيران على الطائرات المسيّرة نطاق عملياتها بشكل كبير. ^{[ 9 ]}

تُعد الطائرات بدون طيار أكثر حساسية وعرضة للتجمد مقارنةً بالطائرات المأهولة. ^{[ 10 ]} وتتمثل الاختلافات الرئيسية بين الطائرات بدون طيار والطائرات المأهولة فيما يتعلق بالتجمد فيما يلي:

• الحجم والوزن : تتراكم الثلوج على الطائرات الصغيرة بشكل أسرع، وبكمية أكبر لكل وحدة مساحة، مقارنةً بالطائرات الكبيرة. وعادةً ما تكون الطائرات المسيّرة أصغر حجماً من الطائرات المأهولة، وبالتالي فهي أكثر عرضةً للتجمد. علاوةً على ذلك، يمكن أن تؤثر الكتلة الإضافية الناتجة عن تراكم الجليد سلباً بسرعة على الطائرات المسيّرة التي تخضع لقيود صارمة على الوزن.
• سرعة الطيران : تؤدي السرعات العالية إلى تسخين أجنحة أو مراوح الطائرة، مما قد يُقلل من خطر التجلد إلى حد ما. تطير الطائرات المسيّرة الحديثة عمومًا بسرعات أقل من الطائرات المأهولة، وبالتالي لا تستفيد من نفس تأثير التسخين. لذلك، قد يحدث التجلد على الطائرات المسيّرة في نطاق أوسع من درجات الحرارة مقارنةً بالطائرات المأهولة.
• التدفق الصفائحي : يُعدّ رقم رينولدز للطائرات المسيّرة أقلّ بنحو عشرة أضعاف من نظيره للطائرات المأهولة. وهذا ما يجعل الطائرات المسيّرة تعمل في أنظمة تدفق يكون فيها تأثير التدفق الصفائحي أكثر وضوحًا من تأثير التدفق المضطرب. ولأنّ التدفق الصفائحي أكثر عرضةً للاضطراب من التدفق المضطرب، فإنّ الآثار السلبية للتجمّد تكون أكبر.
• النوع : عادةً ما تكون الطائرات بدون طيار ذات الأجنحة الدوارة أكثر حساسية للتجمد من الطائرات بدون طيار ذات الأجنحة الثابتة. ^{[ 11 ]}

أكثر أجزاء الطائرة بدون طيار عرضة للتجمد هي مستشعر سرعة الهواء، والحافة الأمامية للأسطح الديناميكية الهوائية، والدوارات، والمراوح.

يُعدّ التجمّد على الطائرات المسيّرة ظاهرة عالمية، وقد تحدث ظروف التجمّد على ارتفاع التشغيل على مدار العام في جميع أنحاء العالم. ومع ذلك، فإنّ مخاطر التجمّد كبيرة بشكل خاص في المناطق شبه القطبية، والقطب الشمالي، والقطب الجنوبي. ففي أجزاء كبيرة من دول الشمال الأوروبي، على سبيل المثال، تتواجد ظروف التجمّد بنسبة تتراوح بين 35% وأكثر من 80% من الوقت خلال الفترة من سبتمبر إلى مايو. ^{[ 11 ]}

إذا وُجد جليد (أو ملوثات أخرى) على متن الطائرة قبل الإقلاع، فيجب إزالته من الأسطح الحساسة. ويمكن أن يتخذ الإزالة أشكالاً عديدة:

• الوسائل الميكانيكية، والتي قد تكون بسيطة مثل استخدام المكنسة أو الفرشاة لإزالة الثلج
• استخدام سائل إزالة الجليد أو حتى الماء الساخن لإزالة الجليد والثلج وما إلى ذلك.
• استخدام التسخين بالأشعة تحت الحمراء لإذابة وإزالة الملوثات
• وضع الطائرة في حظيرة طائرات مُدفأة حتى يذوب الثلج والجليد.
• يتم توجيه الطائرات نحو الشمس لزيادة تسخين الأسطح المغطاة بالثلوج والجليد إلى أقصى حد. عملياً، تقتصر هذه الطريقة على التلوث الرقيق، وذلك بحسب الوقت والظروف الجوية.

تُزيل جميع هذه الطرق التلوث الموجود، لكنها لا تُوفر حماية عملية في ظروف التجلد. في حال وجود ظروف تجلد، أو توقعها قبل الإقلاع، تُستخدم سوائل مضادة للتجلد. هذه السوائل أكثر كثافة من سوائل إزالة الجليد، وتقاوم تأثيرات الثلج والمطر لفترة من الزمن. وهي مصممة لتُزال عن الطائرة أثناء الإقلاع، ولا تُوفر أي حماية أثناء الطيران.

لحماية الطائرة من التجلد أثناء الطيران، تُستخدم أشكال مختلفة من وسائل منع التجلد أو إزالة الجليد :

• تتمثل إحدى الطرق الشائعة في توجيه هواء المحرك المسحوب إلى قنوات على طول الحواف الأمامية للأجنحة والذيل. يعمل هذا الهواء على تسخين الحافة الأمامية للسطح، مما يؤدي إلى ذوبان الجليد أو تبخيره عند ملامسته. في الطائرات التوربينية، يُستخرج الهواء من قسم الضاغط في المحرك. أما في الطائرات ذات المحركات المكبسية المزودة بشاحن توربيني، فيمكن استخلاص هواء المحرك المسحوب من الشاحن التوربيني.
• تُجهّز بعض الطائرات بأجهزة إزالة الجليد الهوائية التي تعمل على تشتيت الجليد المتراكم على السطح. تتطلب هذه الأنظمة كمية أقل من هواء المحرك المسحوب، ولكنها عادةً ما تكون أقل فعالية من السطح المُسخّن.
• تستخدم بعض الطائرات نظام الجناح المتسرب ، والذي يحتوي على مئات الثقوب الصغيرة في الحواف الأمامية ويطلق سائلًا مضادًا للتجمد عند الطلب لمنع تراكم الجليد.
• يُستخدم التسخين الكهربائي أيضًا لحماية الطائرات ومكوناتها (بما في ذلك المراوح) من التجلد. ويمكن تطبيق التسخين بشكل مستمر (عادةً على المكونات الصغيرة والحساسة، مثل مستشعرات بيتوت الساكنة وريش زاوية الهجوم) أو بشكل متقطع، مما يُعطي تأثيرًا مشابهًا لاستخدام أجهزة إزالة الجليد .

في جميع هذه الحالات، عادةً ما تتم حماية أسطح ومكونات الطائرة الحيوية فقط. وعلى وجه الخصوص، عادةً ما تتم حماية الحافة الأمامية للجناح فقط.

يُستخدم تسخين المكربن ​​في المحركات التي تعمل بالمكربن ​​لمنع تكوّن الجليد وإزالة الجليد. أما المحركات التي تعمل بنظام حقن الوقود، فهي لا تتأثر بتكوّن الجليد في المكربن، ولكنها قد تعاني من انسداد مداخل الهواء. وفي هذه المحركات، يتوفر عادةً مصدر هواء بديل.

يوجد فرق بين إزالة الجليد ومنع تكونه. فإزالة الجليد تعني إزالة الجليد من هيكل الطائرة، بينما منع تكونه يعني منع تراكم الجليد على هيكل الطائرة.