التجلد الجوي

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
تأثير التجلد الجوي على شجرة في الغابة السوداء بألمانيا

يحدث التجلد الجوي عندما تتجمد قطرات الماء العالقة في الهواء على الأجسام التي تلامسها. وهو يختلف عن المطر المتجمد ، الذي ينتج مباشرة عن الهطول.

يتشكل الجليد الجوي على الطائرات والأبراج وتوربينات الرياح والقوارب ومنصات النفط والأشجار. وتُعد الطائرات بدون طيار حساسة بشكل خاص للجليد. [ 1 ] في المناخات الباردة ، وخاصةً في المناطق المرتفعة ، يشيع تشكل الجليد الجوي في فصل الشتاء نتيجة تفاعل التضاريس المرتفعة مع السحب فائقة التبريد، مما قد يُسبب تشكل الجليد عند ملامستها. [ 2 ] تُعد أحمال الجليد سببًا رئيسيًا في الأعطال الكارثية لخطوط نقل الطاقة الكهربائية العلوية، حيث يمكن أن تنكسر هذه الخطوط تحت وطأة الجليد المتراكم. لذلك، يُعد تقدير أقصى حمل جليدي محتمل أمرًا بالغ الأهمية في التصميم الإنشائي لأنظمة خطوط نقل الطاقة لتحمل أحمال الجليد، [ 3 ] ويمكن القيام بذلك باستخدام نماذج وأمثلة رقمية للجليد تتضمن بيانات الأرصاد الجوية . [ 4 ]

تشكيل

لا يتجمد الماء دائمًا عند درجة حرارة صفر مئوية (32 درجة فهرنهايت) . يُطلق على الماء الذي يبقى في الحالة السائلة عند درجات حرارة أقل من هذه الدرجة اسم الماء فائق التبريد ، وتتسبب قطرات الماء فائق التبريد في تكوّن الجليد على الطائرات. عند درجات حرارة أقل من -20 درجة مئوية (-4 درجات فهرنهايت) ، يكون تكوّن الجليد نادرًا لأن السحب عند هذه الدرجات تتكون عادةً من جزيئات جليدية بدلًا من قطرات الماء فائق التبريد. عند درجات حرارة أقل من -48 درجة مئوية (-54 درجة فهرنهايت) ، يتجمد الماء فائق التبريد دائمًا؛ لذلك، يستحيل تكوّن الجليد في هذه الظروف. [ 5 ]      

في مجال الطيران

تلوث الجليد نتيجة مواجهة ظروف القطرات الكبيرة فائقة التبريد (SLD)

يمكن أن تكون ظروف التجلد خطيرة بشكل خاص على الطائرات ، حيث أن تراكم الجليد يغير الديناميكا الهوائية لأسطح الطيران وهيكل الطائرة ويؤدي إلى تجلد هيكلي، مما قد يزيد من خطر التوقف ووقوع الحوادث المحتملة.

توجد ثلاثة أنواع من التجليد الهيكلي: التجليد الجليدي، والتجليد الشفاف (أو اللامع)، والتجليد المختلط. يتميز الجليد الجليدي بخشونته ولونه الحليبي وشفافيته. ويتشكل بسرعة من قطرات الماء الصغيرة فائقة التبريد، وهو أكثر أنواع التجليد شيوعًا. وتُعدّ درجات الحرارة المنخفضة، وانخفاض محتوى الماء السائل، وصغر حجم القطرات عوامل مُفضلة لتكوّن الجليد الجليدي. أما الجليد الشفاف، فهو لامع وشفاف أو شبه شفاف. وبالمقارنة مع الجليد الجليدي، يتشكل الجليد الشفاف ببطء نسبيًا، ويميل إلى الظهور مع درجات الحرارة الدافئة، وارتفاع محتوى الماء السائل، وكبر حجم القطرات. أما الجليد المختلط، فهو مزيج من الجليد الجليدي والجليد الشفاف. [ 6 ]

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 قطرات الجليد، 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 تراكم الجليد. فعمومًا، كلما زادت السرعة، زاد تراكم الجليد. إلا أن هذا التأثير يُعاكسه سطح هيكل الطائرة عند السرعات العالية، ونتيجة لذلك، يكون تراكم الجليد على الهيكل ضئيلاً عندما تتجاوز السرعة 575 عقدة (1100 كم/ساعة؛ 660 ميل/ساعة) . بالإضافة إلى ذلك، يؤثر تصميم الطائرة أيضًا على تراكم الجليد. [ 6 ]       

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 على شكل تجلد صافٍ أو مختلط في الطبقات العليا، وقد يمتد إلى ارتفاعات شاهقة. [ 6 ]  

ولضمان سلامة الطيران، تم تطوير أنظمة الحماية من الجليد على متن الطائرات المصممة للطيران في ظل هذه الظروف.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ هان، ريتشارد؛ جوهانسن، تور (2020). " مواضيع غير محسومة في تجمد المركبات الجوية غير المأهولة (تقرير بحثي EPR2020008) - SAE Mobilus" . saemobilus.sae.org . doi : 10.4271/epr2020008 . hdl : 11250/3113980 . S2CID 226200723. تاريخ الاسترجاع: 14 فبراير 2021 . 
  2. ↑ يانغ، جينغ؛ جونز، كاثلين ف.؛ يو، وي؛ موريس، روبرت (2012-09-08). "محاكاة أحداث التجلد داخل السحب على جبل واشنطن باستخدام GEM-LAM" . مجلة البحوث الجيوفيزيائية: الغلاف الجوي . 117 (D17): غير متوفر. Bibcode : 2012JGRD..11717204Y . doi : 10.1029/2012jd017520 . ISSN 0148-0227 . 
  3. ↑ فرزانة، م. (2008) تجمد شبكات الطاقة في الغلاف الجوي. سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا، 2008، 381 صفحة. ISBN 978-1-4020-8530-7
  4. ↑ ماكونين، ل. (2000) نماذج لنمو الصقيع والتزجيج والجليد المتساقط ورواسب الثلج الرطب على الهياكل. المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية في لندن أ، 358 (1776): 2913-2939.
  5. ↑ مور، إميلي؛ فاليريا مولينيرو (24 نوفمبر 2011). "التحول البنيوي في الماء فائق التبريد يتحكم في معدل تبلور الجليد". مجلة نيتشر . 479 (7374): 506-508 . arXiv : 1107.1622 . Bibcode : 2011Natur.479..506M . doi : 10.1038/nature10586 . PMID: 22113691. S2CID : 1784703 .  
  6. 1 2 3 "الفصل 20: التجلد". دليل الطقس للطيران (ملف PDF) (FAA-H-8083-28A ed.). إدارة الطيران الفيدرالية . 2024. الصفحات 3-4 .  
مصادر
  • التعميم الاستشاري رقم 20-113 الصادر عن إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية : احتياطات وإجراءات الطيارين الواجب اتخاذها لمنع مشاكل تجمد نظام سحب الهواء ونظام الوقود في محركات الطائرات الترددية
  • التعميم الاستشاري رقم 20-117 الصادر عن إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية : المخاطر الناجمة عن إزالة الجليد عن الأرض والعمليات الأرضية في الظروف التي تؤدي إلى تجمد الطائرات
  • التعميم الاستشاري رقم 20-147 الصادر عن إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية : تجمد نظام سحب الهواء في محركات التوربينات النفاثة والمروحية والتوربينية المروحية ودخول الجليد
  • طاقة الرياح في المناخات الباردة : تجمد توربينات الرياح