نظام الحماية من الجليد

يتكون الغطاء الهوائي عادةً من طبقات من المطاط أو مواد مرنة أخرى ، مع وجود حجرة هوائية واحدة أو أكثر بين هذه الطبقات. وفي حال استخدام حجرات متعددة، فإنها عادةً ما تكون على شكل خطوط متوازية مع الاتجاه الطولي للغطاء. ويُوضع عادةً على الحافة الأمامية لأجنحة الطائرة ومثبتاتها. تُنفخ الحجرات وتُفرغ بسرعة، إما في وقت واحد، أو وفق نمط محدد في حجرات معينة فقط. صُمم التغير السريع في شكل الغطاء لكسر قوة الالتصاق بين الجليد والمطاط، والسماح للهواء المتدفق حول الجناح بحمل الجليد بعيدًا. مع ذلك، يجب أن يسقط الجليد بسلاسة من الأجزاء الخلفية للسطح، وإلا فقد يتجمد مرة أخرى خلف المنطقة المحمية. وكان تجمد الجليد بهذه الطريقة أحد العوامل المساهمة في تحطم رحلة أمريكان إيجل رقم 4184 .

كان يُعتقد أن الأحذية الهوائية القديمة عُرضة لظاهرة تكوّن جسور الجليد. إذ كان من الممكن دفع الثلج الذائب بعيدًا عن متناول الأجزاء القابلة للنفخ في الحذاء قبل أن يتصلب. وقد تم حل هذه المشكلة عن طريق تسريع دورة النفخ/التفريغ، وتغيير توقيت الخلايا المتجاورة. ^{[ 4 ]} وقد أظهرت الاختبارات ودراسات الحالة التي أُجريت في التسعينيات أن تكوّن جسور الجليد لا يُمثل مصدر قلق كبير في تصميمات الأحذية الحديثة. ^{[ 5 ]}

تُعدّ الأغطية الهوائية مناسبة للطائرات ذات السرعات المنخفضة والمتوسطة، والتي لا تحتوي على أجهزة رفع في الحافة الأمامية مثل الشرائح ، لذا يُستخدم هذا النظام بكثرة في الطائرات التوربينية الصغيرة مثل ساب 340 وإمبراير إم بي 120 برازيليا . وتُستخدم هذه الأغطية أحيانًا في أنواع أخرى من الطائرات، وخاصة القديمة منها. ونادرًا ما تُستخدم في الطائرات النفاثة الحديثة. وقد اخترعها بي إف جودريتش عام 1923.

تُعرف هذه الأنظمة أحيانًا باسم "الجناح المُبلل" ^{[ 6 ]} ، أو "النظام المبلل"، أو "نظام التبخير"، وتستخدم سائلًا لإزالة الجليد، يعتمد عادةً على الإيثيلين جليكول أو كحول الأيزوبروبيل ، لمنع تكون الجليد وتفتيت الجليد المتراكم على الأسطح الحساسة للطائرة. ^{[ 7 ]} تقوم مضخة أو اثنتان تعملان بالكهرباء بضخ السائل إلى وحدات توزيع تُقسّم التدفق بين المناطق المراد حمايتها. تُستخدم مضخة ثانية كإجراء احتياطي، خاصةً للطائرات المُعتمدة للطيران في ظروف جليدية معروفة ، مع مضخات ميكانيكية إضافية للزجاج الأمامي. يُدفع السائل عبر فتحات في ألواح على الحواف الأمامية للأجنحة، والمثبتات الأفقية، والغطاءات، والدعامات، ومداخل المحرك، ومن حلقة قذف على المروحة وبخاخ الزجاج الأمامي. تحتوي هذه الألواح على فتحات بقطر 0.064 مم (1/400 بوصة ) ، بواقع 120 فتحة لكل بوصة مربعة (800 فتحة/ ^سم² ) . النظام ذاتي التنظيف، ويساعد السائل على تنظيف الطائرة قبل أن يجرفها تيار الهواء. ^{[ 8 ] [ 9 ]} استُخدم النظام في البداية خلال الحرب العالمية الثانية من قبل البريطانيين ، بعد أن طوّرته شركة تيكاليميت-كيلفروست-شيببريدج ستوكس (TKS) . ^{[ 9 ]} 

تتميز أنظمة السوائل ببساطتها الميكانيكية وقلة اضطراب تدفق الهواء الناتج عن الثقوب الدقيقة، مما جعلها شائعة في طائرات رجال الأعمال القديمة . أما عيوبها فتتمثل في متطلبات الصيانة الأكبر مقارنةً بالأنظمة الهوائية، ووزن السوائل التي قد تكون غير ضرورية على متن الطائرة، ومحدودية كمية السوائل المتاحة عند الحاجة، والحاجة غير المتوقعة لإعادة تعبئة السوائل، مما يُعقّد عمليات التوقف أثناء الرحلة. ^{[ 10 ]}

تُستخدم أنظمة سحب الهواء في معظم الطائرات الكبيرة ذات المحركات النفاثة أو التوربينية المروحية. يُسحب الهواء الساخن من قسم أو أكثر من أقسام ضاغط المحرك إلى أنابيب تمر عبر الأجنحة والأسطح الذيلية ومداخل المحرك. ويُطرد الهواء المستهلك عبر فتحات في الجانب السفلي للأجنحة.

من عيوب هذه الأنظمة أن توفير كمية كافية من هواء السحب قد يؤثر سلبًا على أداء المحرك. غالبًا ما تتطلب عمليات التحليق أو الهبوط إعدادات طاقة أعلى من المعتاد، خاصةً مع تعطل محرك أو أكثر. والأهم من ذلك، أن استخدام هواء السحب يؤثر على حدود درجة حرارة المحرك، وغالبًا ما يستلزم خفض إعدادات الطاقة أثناء الصعود، مما قد يتسبب في انخفاض كبير في أداء الصعود، مع عواقب وخيمة في حال تعطل أحد المحركات. وقد أدى هذا القلق الأخير إلى ندرة أنظمة هواء السحب في الطائرات التوربينية الصغيرة، على الرغم من نجاح تطبيقها في بعض الطائرات الصغيرة مثل سيسنا سايتيشن جيت . ^{[ 11 ] [ 12 ]}

تستخدم الأنظمة الكهروحرارية ملفات تسخين (تشبه إلى حد كبير عنصر التسخين في موقد ذي قدرة منخفضة) مدفونة في هيكل الطائرة لتوليد الحرارة عند تطبيق تيار كهربائي. ويمكن توليد الحرارة بشكل مستمر أو متقطع. ^{[ 13 ]}

تستخدم طائرة بوينغ 787 دريملاينر نظام حماية من الجليد يعمل بالطاقة الكهروحرارية. في هذه الحالة، تكون ملفات التسخين مدمجة داخل هيكل الجناح المركب. وتزعم بوينغ أن هذا النظام يستهلك نصف الطاقة التي تستهلكها أنظمة الهواء المضغوط من المحرك ، ويقلل من مقاومة الهواء والضوضاء. ^{[ 14 ]}

يمكن ربط ملفات التسخين المصنوعة من رقائق معدنية محفورة بالسطح الداخلي لهياكل الطائرات المعدنية لتقليل استهلاك الطاقة مقارنةً بالدوائر المدمجة، نظرًا لأنها تعمل بكثافة طاقة أعلى. ^{[ 15 ]} في مجال الطيران العام ، تستخدم شركة ثيرما وينغ رقاقة جرافيت مرنة موصلة للكهرباء، مثبتة على الحافة الأمامية للجناح. تقوم سخانات كهربائية بتسخين الرقاقة، مما يؤدي إلى إذابة الجليد.

يمكن تضمين أسلاك صغيرة أو مواد موصلة أخرى في الزجاج الأمامي لتسخينه. ويستطيع الطيارون تشغيل السخان الكهربائي لتوفير حرارة كافية لمنع تكون الجليد على الزجاج الأمامي. مع ذلك، لا يُسمح باستخدام سخانات الزجاج الأمامي الكهربائية إلا أثناء الطيران، لأنها قد تُسخّن الزجاج الأمامي بشكل مفرط، وقد تُسبب أيضًا أخطاء في البوصلة تصل إلى 40 درجة. ^{[ 16 ]}

اقترح أحد الحلول استخدام أنابيب الكربون النانوية المُشكّلة على هيئة خيوط رفيعة تُغزل لتكوين غشاء بسمك 10 ميكرون. هذا الغشاء موصل رديء للكهرباء بسبب الفجوات بين الأنابيب النانوية. وبدلاً من ذلك، يتسبب التيار الكهربائي في ارتفاع سريع في درجة الحرارة، حيث يسخن أسرع بمرتين من النيكروم ، وهو عنصر التسخين المُفضّل لإزالة الجليد أثناء الطيران، مع استهلاك نصف الطاقة ووزن يُعادل عُشر ألف من وزن النيكروم. تزن كمية كافية من هذه المادة لتغطية أجنحة طائرة 747 حوالي 80 غرامًا (2.8 أونصة) وتُكلّف ما يُقارب 1% من تكلفة النيكروم. كما اقتُرحت سخانات من الهلام الهوائي ، والتي يُمكن تشغيلها باستمرار بطاقة منخفضة. ^{[ 17 ]}  

تستخدم أنظمة إزالة الجليد الكهروميكانيكية (EMEDS) قوة طرقية تُطلقها مشغلات داخل الهيكل، مما يُحدث موجة صدمية على السطح المراد إزالته. ^{[ 18 ] [ 19 ]} كما طُوّرت أنظمة هجينة تجمع بين أنظمة إزالة الجليد الكهروميكانيكية وعناصر التسخين، حيث يمنع عنصر التسخين تراكم الجليد على الحافة الأمامية للجناح، بينما يزيل نظام إزالة الجليد الكهروميكانيكية التراكمات خلف الجزء المُسخّن من الجناح. ^{[ 20 ]}

تستخدم الأنظمة السلبية أسطحًا مقاومة للجليد . تُشابه خاصية مقاومة الجليد خاصية كراهية الماء، وهي تصف خاصية المادة المقاومة لتكوّن الجليد. لا يوجد تعريف دقيق لهذا المصطلح، ولكنه يشمل عمومًا ثلاث خصائص: انخفاض الالتصاق بين الجليد والسطح، ومنع تكوّن الجليد، وتأثير طارد على القطرات فائقة التبريد. ^{[ 21 ]} تتطلب خاصية مقاومة الجليد خصائص مادية خاصة، ولكنها لا تُطابق خاصية كراهية الماء . ^{[ 22 ]}

لتقليل تراكم الجليد، يبحث الباحثون عن مواد مقاومة للجليد . ومن بين المواد المرشحة أنابيب الكربون النانوية والأسطح المسامية المشبعة بسائل زلق (SLIPS) التي تطرد الماء عندما يتحول إلى جليد. ^{[ 23 ]}