The impact of frost and icing in the flight operations

‫العلوم اجلوية والعسكرية‬

‫ت�أثري اجلليد والثلوج يف عمليات‬ ‫الطيــــــــــران‬ ‫د‪ /‬ناصر بن محمد بن جميل سرحان‬ ‫أستاذ األرصاد اجلوية املساعد‬ ‫والباحث في علوم األرصاد اجلوية والبيئة‬ ‫‪nmsarhan@hotmail.com‬‬

‫ي�صنف اجلليد (ال�صقيع) على �أنه �أحد مظاهر التكاثف؛ وهو عبارة عن جليد يك�سو الأج�سام ب�سبب عمليات التربيد وهطول‬ ‫الثلوج‪ ،‬وي�شرتط لتكون اجلليد انخفا�ض درجة حرارة نقطة الندى �إلى ما دون ال�صفر املئوي حيث يتكثف بخار املاء �إلى حالة‬ ‫�صلبة ب�شكل مبا�شر بفعل التربيد‪ .‬يت�سبب اجلليد يف كثري من الأ�ضرار على �سطح الأر�ض وخا�صة ما يت�سبب به من �أ�ضرار على‬ ‫املحا�صيل الزراعية وو�سائل االت�صال ال�سلكية بالإ�ضافة لكونه من �أخطر احلاالت اجلوية ملا يت�سبب به من �إعاقة للحركة املرورية‬ ‫العامة وعمليات التنقل داخل املطارات وعلى عمليات الطريان (ال�شكل ‪.)1‬‬

‫ال�شكل ‪ :1‬الأمطار الثلجية واجلليد من �أخطر ظواهر‬ ‫الطق�س حيث تعيق عمليات الطريان‪.‬‬

‫يتكون اجلليد طبقة من الثلج الأمل�س ب�سبب هبوب العوا�صف الثلجية خا�صة تلك امل�صحوبة بالربد وكذلك ب�سبب موجات التربيد‬ ‫يف �ساعات الليل و�ساعات ال�صباح املبكرة عندما تنخف�ض درجة حرارة الهواء �إلى ما دون (‪̊ 3‬م)‪ ،‬وتعترب مناطق اململكة العربية‬ ‫ال�سعودية ال�شمالية وال�شمالية ال�شرقية عر�ضة لتكون اجلليد يف ف�صل ال�شتاء مع مو�سم هبوب رياح ال�شمال الباردة �أو ما يطلق‬ ‫عليه حملي ًا مبربعانية ال�شتاء‪ ،‬كما يتكون مع تقدم اجلبهات الباردة على املناطق ال�صحراوية ال�شمالية للمملكة (ال�شكل ‪.)2‬‬ ‫ال�شكل ‪ :2‬يت�أثر طق�س اململكة العربية ال�سعودية برياح ال�شمال الباردة يف‬ ‫ف�صل ال�شتاء ومبرور اجلبهات الهوائية الباردة على املناطق ال�شمالية التي‬ ‫تت�أثر ب�شكل �أ�سا�سي مبوجات باردة تت�سبب بتكون ال�صقيع يف �ساعات الليل‬ ‫و�ساعات ال�صباح الأولى‪.‬‬

‫‪42‬‬

‫العدد ‪-67‬محرم ‪1433‬هـ‬

‫العلوم اجلوية والعسكرية‬

‫ت�أثري اجلليد والثلوج يف عمليات‬ ‫الطيــــــــــران‬

‫ت�أثري اجلليد يف الطائرات وعمليات الطريان‪:‬‬

‫هل اجلليد ي�سبب حوادث جوية وكيف ميكن تفادي‬ ‫�أخطاره على عمليات الطريان؟‬ ‫تعتمد عملية الطريان ب�أي طائرة على �شكلها وت�صميمها‬ ‫بالإ�ضافة لذيل الطائرة واجلنيحات التي ت�ساعد على‬ ‫توجيه الطائرة ورفعها‪ .‬فعند تكون ال�صقيع �أو اجلليد‬ ‫على �أطراف الطائرة ي�سبب تغيري ًا يف ديناميكية‬ ‫ت�صميمها وان�سيابها ف�ض ًال ملا ي�سببه من تعطيل �أجزاء‬ ‫الأجنحة التي ت�ساعد على الرفع فتت�أثر قدرتها على‬ ‫الرفع وال تتمكن الطائرة من التحليق (ال�شكل ‪.)3‬‬

‫ال�شكل ‪ :3‬يتكون اجلليد على �أطراف الطائرة وي�ؤثر يف قدرتها على‬ ‫التحليق‪.‬‬

‫�أنواع اجلليد الذي يتكون على الطائرات‪:‬‬ ‫‪ .1‬ال�صقيع )‪ (Frost‬ويتكون على هيكل الطائرة عند تكثف‬ ‫بخار املاء عليها على �شكل جليد مبا�شرة دون املرور على مرحلة‬ ‫حتول بخار املاء لقطرات مائية متاما كالذي يتكون يف الليايل‬ ‫ال�صافية الباردة على �سطح الأر�ض (ال�شكل‪.)4‬‬ ‫العدد ‪-67‬محرم ‪1433‬هـ‬

‫‪ASSUQOOR N.67 DECEMBER 2011‬‬

‫يتكون اجلليد يف �أطراف الطائرات وهياكلها اخلارجية‬ ‫نتيجة لتكثف بخار املاء يف الليايل الباردة على �شكل طبقة‬ ‫رقيقة تلت�صق بهيكل الطائرة و�أطرافها مثل الأجنحة‬ ‫ب�شكل عام واجلنيحات الأفقية املتحركة وذيل الطائرة‬ ‫مما يت�سبب ب�إعاقة عملها‪ .‬يعيق اجلليد عند تكونه على‬ ‫ال�سطح عمليات حركة الطائرات يف املطارات‪ ،‬ويعترب من‬ ‫�أخطر الظواهر اجلوية على عمليات الطريان عند تكونه‬ ‫على ج�سم الطائرة �أثناء حتليقها كونه يتكون ب�شكل �سريع‬ ‫ومفاجئ ويت�سبب بكوارث عنيفة‬

‫ومع اختالف الأحوال اجلوية وم�ستويات الطريان التي يتكون بها‬ ‫اجلليد على الطائرات �أثناء الرحالت اجلوية تختلف خطورة‬ ‫تكون اجلليد على الطائرات ويتحكم نوع اجلليد وخ�صائ�صه‬ ‫يف عمليات الطريان‪ ،‬بحيث تت�أثر الطائرات ذات املحركات‬ ‫املروحية ال�صغرية و تكون �أكرث عر�ضة خلطر التجمد من‬ ‫الطائرات النفاثة لكونها حتلق على م�ستويات منخف�ضة والتي‬ ‫تكون عندها عر�ضة للتعر�ض لأجواء يزيد فيها احتمال تكون‬ ‫اجلليد على �أ�سطح الطائرات‪ .‬فتكون طبقة رقيقة من اجلليد‬ ‫على الطائرات ال�صغرية غري املزودة ب�أنظمة �إذابة اجلليد‬ ‫تكفي للت�أثري يف قابلية رفعها فتكون عر�ضة للخطر املبا�شر وقد‬ ‫يت�سبب ذلك ب�سقوطها‪.‬‬

‫‪43‬‬

‫العلوم اجلوية والعسكرية‬

‫ال�شكل ‪ :4‬تكون اجلليد على هيكل الطائرة و�أجزائها‪.‬‬

‫‪ .2‬جليد املحرك )‪ (Engine Icing‬يتكون ب�سبب‬ ‫التحليق يف �أجواء باردة وخالل مناطق وجود قطرات املاء‬ ‫النظيفة البارد يف درجات حرارة بني (‪ 3+‬و ‪̊ 5 -‬م) وي�ؤثر‬ ‫يف رفع الطائرة و�سرعتها (ال�شكل ‪.)5‬‬

‫ل�شكل ‪ :5‬ب�سبب التحليق يف �أجواء حتوي قطرات املاء النظيفة البارد‬ ‫يف درجات حرارة بني (‪ 3+‬و ‪̊ 5 -‬م) تتعر�ض بع�ض �أجزاء حمرك‬ ‫الطائرة للتجمد مما ي�ؤثر يف عملية الرفع وال�سرعة ويت�سبب بكارثة‪.‬‬

‫‪ .3‬اجلليد ال�شفاف )‪ (Clear Ice‬يتكون عند جتمد املاء‬ ‫النظيف البارد غري املتجمد يف ال�سحب الركامية على‬ ‫هيكل الطائرة ب�شكل تدريجي‪ ،‬ويتكون على �شكل زجاج‬ ‫�صلب امللم�س �أمل�س‪ ،‬وهو من �أ�شد �أنواع اجلليد خطورة‬ ‫على عمليات الطريان‪ ،‬حيث ي�صعب �إزالته عند تكونه‬ ‫على ج�سم الطائرة وي�ؤثر يف عمليات االت�صال ويغري يف‬ ‫ديناميكية �شكل الطائرة ووزنها (ال�شكل ‪.)6‬‬ ‫‪44‬‬

‫العدد ‪-67‬محرم ‪1433‬هـ‬

‫ال�شكل ‪ :6‬جتمد املاء النظيف البارد غري املتجمد يف ال�سحب‬ ‫الركامية على هيكل الطائرة‪.‬‬

‫اجلليد اله�ش )‪ (Rime Ice‬يتكون عند جتمد‬ ‫قطرات املاء على هيكل الطائرة ويكون على �شكل كتل‬ ‫جليدية بي�ضاء ه�شة ويعترب �أقل �أنواع اجلليد خطورة‬ ‫ل�سهولة �إزالته (ال�شكل ‪.)7‬‬

‫ال�شكل ‪ :7‬جتمد قطرات املاء على هيكل الطائرة ويكون على‬ ‫�شكل كتل جليدية بي�ضاء ه�شة‬

‫كيف ت�ؤثر و�ضعيات الطق�س بتكون اجلليد يف الطائرات‪:‬‬ ‫يتكون اجلليد ب�شكل مبا�شر على �أج�سام الطائرات على‬ ‫�أر�ض املطار عند تعر�ضها للأجواء التي ت�صحب وت�ؤثر‬ ‫بتكون اجلليد عند وجودها خارج احلظائر املخ�ص�صة‬ ‫لتوقفها وكذلك �أثناء تعر�ضها للأجواء اجلوية التي ت�سبب‬ ‫التجمد �أثناء التحليق‪ ،‬وللتلخي�ص بالإمكان ت�صنيف‬ ‫و�ضعيات الطق�س امل�سببة للجليد كالتايل‪:‬‬

‫العلوم اجلوية والعسكرية‬

‫�أو ًال‪ :‬على �أر�ض املطار‪:‬‬ ‫‪ -1‬تتعر�ض الطائرات �أثناء وجودها خارج حظائرها‬ ‫يف ال�ساحات وعلى املدرجات يف الليايل الباردة‬ ‫�صافية ال�سماء و�ساعات ال�صباح الأولى لتكون طبقة‬ ‫من اجلليد (ال�صقيع) عند انخفا�ض درجة احلرارة‬ ‫عند �سطح الأر�ض �إلى ما دون ال�صفر وعندما يربد‬ ‫ج�سم الطائرة ويكون �أقل من درجة حرارة نقطة‬ ‫الندى للهواء املال�صق لها‪.‬‬ ‫‪ -2‬عند هطول الثلوج �أو الأمطار الثلجية مع تدين‬ ‫درجات احلرارة تتعر�ض الطائرات على املمرات‬ ‫وعلى �أر�ض املطار لرتاكم الثلوج على هياكلها وقد‬ ‫تتحول هذه الثلوج �إلى جليد‪.‬‬

‫ال�شكل ‪ :8‬يتوجب على الطيار تفادي الطريان بني (�صفر – ‪̊ 15‬م)‬ ‫يف الأنظمة ال�سحابية الركامية لتجنب اجلليد وت�أثرياته‪.‬‬

‫‪ -3‬تتعر�ض املمرات ومدرج الطريان لتكون اجلليد‬ ‫عليها مما يعيق احلركة وعمليات املالحة ب�صفة‬ ‫عامة على �أر�ض املطار‪ ،‬فلذلك ت ُر�ش مواد خا�صة على‬ ‫املمرات واملدرجات متنع تكون اجلليد بحيث مينع‬ ‫جتمد بخار املاء والقطرات املائية ومن ثم مينع تكون‬ ‫ما يطلق عليه الثلج الأ�سود‪.‬‬

‫‪ -1‬يتكون اجلليد ال�شفاف على �أطراف الطائرة ونوافذها‬ ‫الأمامية وعلى منطقة الذيل عند التحليق يف �أجواء باردة‬ ‫تتعر�ض لعمليات هطول من جبهة هوائية �ساخنة‪ ،‬فعند‬ ‫�سقوط الأمطار من ال�سحب الطبقية املمطرة على ج�سم‬ ‫الطائرة البارد يف مقدمة اجلبهات الهوائية ال�ساخنة تتدنى‬ ‫درجات احلرارة لأقل من ال�صفر املئوي (ال�شكل ‪.)9‬‬

‫ثاني ًا‪� :‬أثناء حتليق الطائرات‪:‬‬

‫ال�شكل ‪ :9‬يتكون اجلليد عند الطريان يف منطقة الهواء البارد‬ ‫والأمطار الهاطلة عند مقدمة اجلبهات الهوائية ال�ساخنة‬

‫‪ -2‬تتعر�ض الطائرات خلطر تكون اجلليد عند التحليق خالل‬ ‫ال�سحب الطبقية التي تتكون على ارتفاعات عالية يف مناطق‬ ‫تكون الثلج اله�ش فتتعر�ض الطائرة لتكون اجلليد على هيكلها‬ ‫و�أطرافها‪.‬‬ ‫العدد ‪-67‬محرم ‪1433‬هـ‬

‫‪ASSUQOOR N.67 DECEMBER 2011‬‬

‫‪ -1‬تكون الطائرات عر�ضة لتكون اجلليد عند‬ ‫حتليقها يف منطقة هواء رطب تقل درجة حرارته عن‬ ‫ال�صفر املئوي خا�صة مناطق وجود املاء النظيف غري‬ ‫املتجمد والتي ترتاوح درجة حرارته بني (�صفر – ‪15‬‬ ‫̊م) والذي يوجد يف الربع الأول من �أنظمة ال�سحاب‬ ‫الركامية‪ .‬فهذا النوع من املاء البارد النظيف يتجمد‬ ‫ب�سرعة على �أي ج�سم وي�سبب تراكم الثلج النظيف‬ ‫ال�شفاف على هيكل الطائرة و �أطرافها؛ مما ي�سبب‬ ‫تعطي ًال لعمليات الرفع والر�ؤيا‪،‬بالإ�ضافة �إلى جتمد‬ ‫�آليات تو�صيل الوقود للمحرك وبع�ض الأجزاء الدقيقة‬ ‫يف املحركات مما ي�ؤثر ب�شكل مبا�شر يف �سرعة‬ ‫الطائرة وعمليات رفعها ويت�سبب بكارثة يف حال مل‬ ‫ُيتعامل مع هذا اخلطر (ال�شكل ‪.)8‬‬

‫‪45‬‬

‫العلوم اجلوية والعسكرية‬

‫ال�شكل ‪ :10‬من و�سائل تفادي تكون اجلليد على هياكل الطائرات ر�شها مبواد خا�صة‪.‬‬

‫�آليات تفادي خطر اجلليد على عمليات الطريان‪:‬‬ ‫‪ -1‬ل�سالمة عمليات الطريان يتطلب التعامل مع �أخطار تكون اجلليد (ال�صقيع) اجل�سيمة اتخاذ �إجراءات وقائية نظرا‬ ‫للأخطار اجل�سيمة على �أر�ض املطار والأهم �أثناء الرحالت اجلوية‪ ،‬ومن هذه الإجراءات‪:‬‬ ‫‪ -2‬تر�ش الطائرات مبواد كيمائية خا�صة متنع تكون اجلليد على هياكلها على �أر�ض املطار وتذيب الثلج املرتاكم على‬ ‫الطائرات واملمرات واملدرجات (ال�شكل ‪.)10‬‬ ‫‪ -3‬تزود الطائرات ب�أنظمة �إذابة اجلليد )‪ (Anti Icing Systems‬الذي يعتمد على ملوثات عادم املحركات‬ ‫واال�ستمرار يف تطويرها‪.‬‬ ‫‪ -4‬اتباع �إجراءات خا�صة عند التحليق يف �أجواء ال�سحب الركامية ويف �أماكن وجود املاء البارد النظيف غري املتجمد‪.‬‬ ‫‪ -5‬تفادي الطريان يف �أنظمة ال�سحب الركامية واتباع التعليمات اخلا�صة يف حتديد م�ستوى التجمد على خرائط الطق�س‬ ‫والتوقعات مل�ستويات الطريان القيا�سية‪.‬‬ ‫‪ -6‬تفادي الطريان عند مقدمة اجلبهات الهوائية ال�ساخنة خا�صة عند درجات حرارة تقل عن ال�صفر املئوي‪.‬‬ ‫‪ -7‬زيادة املعرفة والتدريب للأطقم اجلوية يف جمال �سالمة الطريان والأر�صاد اجلوية لأغرا�ض الطريان‪.‬‬ ‫‪ -8‬تطوير �أنظمة التوقعات اجلوية للتمكن من �إنتاج توقعات جوية دقيقة ولتحديد املناطق التي تتعر�ض ملوجات تكون اجلليد‬ ‫‪46‬‬

‫العدد ‪-67‬محرم ‪1433‬هـ‬

‫العلوم اجلوية والعسكرية‬

.‫على �سطح الأر�ض وعلى م�ستويات الطريان القيا�سية‬ ‫ وهناك العديد من‬،‫ تحُ دد م�ستويات التجمد ونوع ال�سحب و ُيتوقع بها وتزود الأطقم اجلوية بهذه املعلومات لتفادي �أخطار اجلليد‬:11 ‫ال�شكل‬ .‫الو�سائل احلديثة املتبعة لهذا الغر�ض من �ضمنها التوزيع الر�أ�سي لدرجات احلرارة ودرجة حرارة نقطة الندى‬

ASSUQOOR N.67 DECEMBER 2011

:‫من املراجع‬

47

http://www.ourairspace.org/Risk-Icing.html http://www.airport-int.com/gallery/aviation-ground-services/ http://www.clariant.de/C12576720021BF8F/vwWebPagesByID/ http://www.aeronautics.nasa.gov/docs/chicago/icing.htm http://www.peter2000.co.uk/aviation/granada/index.html http://www.ulpower.com/engines/fadec/ http://www.welcomevillage.com/erin/estimatingfreezing.html

‫هـ‬1433 ‫محرم‬-67 ‫العدد‬