Аквапланирование

«Акваплан» перенаправляется сюда. Не путать с аквапланированием (спорт) , гидропланом (лодкой) , гидросамолетом , гидросамолетом или летающей лодкой .

Схема шины, страдающей от аквапланирования.

Два автомобиля скользят по большим лужам на дороге

Аквапланирование или аквапланирование шин дорожного транспортного средства , самолета слой воды или другого колесного транспортного средства происходит, когда между колесами транспортного средства и поверхностью дороги образуется , что приводит к потере сцепления с дорогой, что не позволяет транспортному средству реагировать на команды управления. Если это происходит со всеми колесами одновременно, транспортное средство фактически становится неуправляемыми санями . Аквапланирование – это явление, отличное от того, когда вода на поверхности дороги действует просто как смазка . Сцепление с дорогой на мокром асфальте снижается даже при отсутствии аквапланирования.

Причины

Каждая функция транспортного средства, которая меняет направление или скорость, зависит от трения между шинами и поверхностью дороги. Канавки резиновой шины предназначены для отвода воды из-под шины, обеспечивая высокое трение даже во влажных условиях. Аквапланирование возникает, когда на шину попадает больше воды, чем она может рассеять. Давление воды перед колесом выталкивает клин воды под переднюю кромку шины, заставляя ее отрываться от дороги. Затем шина скользит по водной поверхности практически без прямого контакта с дорогой, что приводит к потере управления. Если несколько шин аквапланируют, автомобиль может потерять управление по направлению и скользить до тех пор, пока либо не столкнется с препятствием, либо не замедлится настолько, что одна или несколько шин снова коснутся дороги, и трение восстановится.

Риск аквапланирования увеличивается с увеличением глубины стоячей воды, более высокой скорости и чувствительности транспортного средства к такой глубине воды.

Факторы глубины воды

Колеи на дороге

• Глубина уплотненных следов колес и продольных впадин . Тяжелые транспортные средства со временем могут образовывать колеи на дорожном покрытии, в которых может скапливаться вода.
• Микро- и макротекстура покрытия : Бетон может быть предпочтительнее горячей асфальтовой смеси, поскольку он обеспечивает лучшую устойчивость к образованию колеи, хотя это зависит от возраста поверхности и строительных технологий, используемых при укладке. Бетон также требует особого внимания, чтобы обеспечить достаточную текстуру.
• покрытия Поперечный уклон и уклон : Поперечный уклон — это степень, в которой поперечное сечение дороги напоминает перевернутую букву U. Более высокие поперечные уклоны позволяют воде легче стекать. Уклон – это крутизна дороги в определенной точке, которая влияет как на дренаж, так и на силу, действующую транспортным средством на дорогу. Транспортные средства менее склонны к аквапланированию при движении в гору и гораздо более склонны к аквапланированию у подножия двух соединенных между собой холмов, где вода имеет тенденцию скапливаться. Результирующая поперечного уклона и уклона называется уклоном дренажа или «результирующим уклоном». Большинство руководств по проектированию дорог требуют, чтобы уклон дренажа на всех участках дороги превышал 0,5%, чтобы избежать образования толстой водяной пленки во время и после дождя. Области, где градиент дренажа может упасть ниже минимального предела 0,5%, находятся на входе и выходе внешних кривых с наклоном. Эти горячие точки обычно занимают менее 1% длины дороги, но именно там происходит большая часть всех аварий с заносом. Одним из методов снижения риска ДТП для проектировщика дороги является перенос поперечного перехода уклона с внешней кривой на прямой участок дороги, где боковые силы ниже. Если возможно, переход поперечного уклона должен располагаться с небольшим уклоном вверх или вниз, чтобы избежать падения уклона дренажа до нуля. Руководство по проектированию дорог Великобритании фактически призывает при необходимости размещать поперечный переход на искусственно созданном склоне. В некоторых случаях для улучшения дренажа на переходах поперечных уклонов можно использовать проницаемый асфальт или бетон.
• Ширина тротуара : более широкие дороги требуют более высокого поперечного уклона для достижения той же степени дренажа.
• Кривизна проезжей части
• Интенсивность и продолжительность осадков

Факторы чувствительности автомобиля

• Скорость водителя, ускорение, торможение и рулевое управление.
• Износ протектора шин : изношенные шины легче аквапланируют из-за недостаточной глубины протектора. Половина изношенного протектора приводит к аквапланированию примерно на 4,8–6,4 км/ч (3–4 мили в час) ниже, чем у шин с полным протектором.
• Давление в шинах : недостаточное давление может привести к прогибу шины внутрь, что приведет к поднятию центра шины и предотвращению удаления воды с протектора.
• Соотношение сторон протектора шины : чем длиннее и тоньше пятно контакта , тем меньше вероятность аквапланирования шины. шины, представляющие наибольший риск, имеют небольшой диаметр и ширину.
• Вес автомобиля : больший вес правильно накачанной шины удлиняет пятно контакта, улучшая его соотношение сторон. Вес может иметь противоположный эффект, если шина недостаточно накачана.
• Тип транспортного средства : Комбинированные транспортные средства, такие как полуприцепы, чаще подвержены неравномерному аквапланированию, вызванному неравномерным распределением веса. Незагруженный прицеп начнет аквапланировать раньше, чем тянущая его кабина. Пикапы или внедорожники, буксирующие прицепы, также создают аналогичные проблемы.

Не существует точного уравнения, позволяющего определить скорость, с которой автомобиль будет аквапланировать. Существующие усилия вывели практические правила на основе эмпирических испытаний. Обычно автомобили начинают аквапланировать на скорости выше 72–93 км/ч (45–58 миль в час).

Мотоциклы

Мотоциклы выигрывают от узких шин с круглыми пятнами контакта в форме каноэ. Узкие шины менее уязвимы к аквапланированию, поскольку вес автомобиля распределяется по меньшей площади, а закругленные шины легче отталкивают воду. Эти преимущества уменьшаются на более легких мотоциклах с естественными широкими шинами, например, в классе суперспорт . Кроме того, влажные условия уменьшают боковую силу, которую может выдержать любая шина перед скольжением. Хотя скольжение в четырехколесном транспортном средстве можно исправить, то же скольжение на мотоцикле обычно приводит к падению водителя. Таким образом, несмотря на относительное отсутствие опасности аквапланирования во влажных условиях, мотоциклисты должны быть еще более осторожными, поскольку общее сцепление с дорогой снижается на мокрой дороге.

В автомобилях

Скорость

Скорость, при которой происходит полное аквапланирование, можно приблизительно определить с помощью следующего уравнения:

$$V_{p}=10.35{\sqrt {p}}$$

где ${\textstyle p}$ это давление в шинах в фунтах на квадратный дюйм и полученное ${\textstyle V_{p}}$ — это скорость в милях в час, при которой автомобиль начнет полностью гидропланировать. Рассматривая пример транспортного средства с давлением в шинах 35 фунтов на квадратный дюйм, можно приблизительно определить, что 61 миля в час — это скорость, при которой шины теряют контакт с поверхностью дороги.

Однако приведенное выше уравнение дает лишь очень грубое приближение. Сопротивление аквапланированию определяется несколькими различными факторами, главным образом массой автомобиля, шириной шины и рисунком протектора, поскольку все они влияют на давление на поверхность, оказываемое шиной на дорогу в заданной области пятна контакта - узкая шина с большим весом. Установленная на ней агрессивный рисунок протектора будет противостоять аквапланированию на гораздо более высоких скоростях, чем широкая шина на легковом автомобиле с минимальным протектором. Кроме того, вероятность аквапланирования резко возрастает с глубиной воды.

Ответ

То, что испытывает водитель при аквапланировании автомобиля, зависит от того, какие колеса потеряли сцепление с дорогой и от направления движения.

Если автомобиль движется прямо, он может начать слегка расшатываться. Если в нормальных условиях был высокий уровень ощущения дороги, он может внезапно ухудшиться. Небольшие корректирующие управляющие воздействия не имеют никакого эффекта.

Если ведущие колеса аквапланируют, может возникнуть внезапное слышимое увеличение оборотов двигателя и указанной скорости, когда они начнут вращаться. Если на широком повороте шоссе передние колеса теряют сцепление с дорогой, автомобиль внезапно уносит за пределы поворота. Если задние колеса потеряют сцепление с дорогой, задняя часть автомобиля повернется в сторону и занесет. Если одновременно аквапланировать все четыре колеса, автомобиль будет скользить по прямой, а если в повороте, то снова к внешней стороне поворота. Когда какое-либо из колес или все колеса восстанавливают сцепление с дорогой, может произойти внезапный рывок в любом направлении, в котором колесо направлено.

Восстановление

Управляющие воздействия имеют тенденцию быть контрпродуктивными во время аквапланирования. Если автомобиль не находится в повороте, отпускание акселератора может замедлить его настолько, чтобы восстановить сцепление с дорогой. Рулевое управление может привести к заносу автомобиля, выход из которого будет затруднен или невозможен. Если торможение неизбежно, водитель должен делать это плавно и быть готовым к нестабильности.

Если задние колеса скользят и вызывают избыточную поворачиваемость , водитель должен держать курс в направлении заноса до тех пор, пока задние колеса не восстановят сцепление с дорогой, а затем быстро повернуть в другом направлении, чтобы выровнять автомобиль.

Профилактика со стороны водителя

Лучшая стратегия – избегать факторов, способствующих аквапланированию. Правильное давление в шинах, узкие и неизношенные шины, а также снижение скорости по сравнению с умеренной на сухой дороге снизят риск аквапланирования, а также предотвращение стоячей воды.

Электронные системы контроля устойчивости не могут заменить защитную технику вождения и правильный выбор шин. Эти системы основаны на избирательном торможении колес, которое, в свою очередь, зависит от контакта с дорогой. Хотя контроль устойчивости может помочь выйти из заноса, когда автомобиль замедляется достаточно, чтобы восстановить сцепление с дорогой, он не может предотвратить аквапланирование.

Поскольку скопление воды и изменения дорожных условий могут потребовать плавного и своевременного снижения скорости, круиз-контроль не следует использовать на мокрой или обледенелой дороге.

В самолетах

Аквапланирование, также известное как гидропланирование, представляет собой состояние, при котором стоячая вода, слякоть или снег приводят к потере контакта движущегося колеса самолета с несущей поверхностью, по которой оно катится, в результате чего тормозное действие на колесо прекращается. эффективно снижает путевую скорость самолета. Аквапланирование может снизить эффективность торможения колес самолета при приземлении или прекращении взлета . , когда оно может привести к вылету самолета за пределы взлетно-посадочной полосы Аквапланирование стало одной из причин многочисленных авиационных происшествий, в том числе разрушения рейса 3054 авиакомпании TAM Airlines , который вылетел за пределы взлетно-посадочной полосы в Сан-Паулу в 2007 году во время сильного дождя. Воздушные суда, которые могут использовать торможение реверсивной тягой , имеют в таких ситуациях преимущество перед дорожными транспортными средствами, поскольку на этот тип торможения не влияет аквапланирование, но для его работы требуется значительное расстояние, поскольку он не так эффективен, как торможение колес на сухой взлетно-посадочной полосе.

Аквапланирование – это состояние, которое может возникнуть, когда самолет приземляется на поверхность взлетно-посадочной полосы, загрязненную стоячей водой , слякотью и/или мокрым снегом. Аквапланирование может иметь серьезные негативные последствия для управляемости на земле и эффективности торможения. Тремя основными типами аквапланирования являются динамическое аквапланирование, аквапланирование с обратной резиной и вязкостное аквапланирование. Любой из трех может сделать самолет частично или полностью неуправляемым в любой момент во время разбега при посадке.

Однако этому можно помешать наличие канавок на взлетно-посадочных полосах. В 1965 году делегация США посетила Королевский авиастроительный завод в Фарнборо, чтобы осмотреть взлетно-посадочную полосу с рифленой поверхностью для уменьшения аквапланирования, и инициировала исследование ФАУ и НАСА . С тех пор технология канавок была принята в большинстве крупных аэропортов по всему миру. В бетоне вырезаются тонкие канавки, которые позволяют воде рассеиваться и еще больше снижают вероятность аквапланирования.

Типы

Вязкий

Вязкое аквапланирование обусловлено вязкими свойствами воды. Тонкая пленка жидкости не более 0,025 мм. в глубину — это все, что нужно. Шина не может проникнуть в жидкость и катится по пленке. Это может происходить на гораздо более низкой скорости, чем динамический акваплан, но требует гладкой или гладкой поверхности, такой как асфальт или зона приземления, покрытая резиной, накопленной в результате прошлых приземлений. Такая поверхность может иметь такой же коэффициент трения, как и мокрый лед.

Динамический

Динамическое аквапланирование – это относительно высокоскоростное явление, возникающее при наличии на ВПП пленки воды толщиной не менее Глубина 2,5 мм ( 1 ⁄ дюйма ). По мере увеличения скорости самолета и глубины воды слой воды оказывает все большее сопротивление смещению, что приводит к образованию водяного клина под шиной. На некоторой скорости, называемой скоростью аквапланирования (V _p ), восходящая сила, создаваемая давлением воды, равна весу самолета, и шина отрывается от поверхности взлетно-посадочной полосы. В этом состоянии шины больше не способствуют управлению направлением движения, а тормозное действие равно нулю. Динамическое аквапланирование обычно связано с давлением в шинах. Испытания показали, что для шин со значительными нагрузками и достаточной для данного размера протектора глубиной воды, чтобы динамическое давление напора от скорости распространялось на все пятно контакта, минимальная скорость динамического аквапланирования (Vp ₎ в узлах составляет около 9. умноженный на квадратный корень из давления в шинах в фунтах на квадратный дюйм (PSI). При давлении в шинах самолета 64 фунта на квадратный дюйм расчетная скорость аквапланирования составит примерно 72 узла. Эта скорость соответствует катящемуся нескользящему колесу; заблокированное колесо снижает V _p в 7,7 раз больше квадратного корня из давления. Следовательно, как только заблокированное колесо начнет аквапланировать, оно будет продолжаться до тех пор, пока скорость не уменьшится другими способами (сопротивлением воздуха или обратной тягой).

Ревертированная резина

Аквапланирование с обратной резиной (паровое) происходит при резком торможении, что приводит к длительному заносу заблокированных колес. Для облегчения этого типа аквапланирования требуется лишь тонкая пленка воды на взлетно-посадочной полосе. При скольжении шины выделяется достаточно тепла, чтобы превратить водную пленку в паровую подушку, которая удерживает шину от взлетно-посадочной полосы. Побочным эффектом нагрева является то, что резина, контактирующая с взлетно-посадочной полосой, возвращается в исходное неотвержденное состояние. Признаками того, что самолет подвергся аквапланированию с восстановленной резиной, являются характерные следы, очищенные паром, на поверхности взлетно-посадочной полосы и участок восстановленной резины на шине.

Аквапланирование с обратной резиной часто следует за динамическим аквапланированием, во время которого пилот может заблокировать тормоза, пытаясь замедлить самолет. В конце концов самолет замедляется настолько, что шины соприкасаются с поверхностью взлетно-посадочной полосы, и самолет начинает скользить. Средством защиты от этого типа акваплана является то, что пилот отпустит тормоза, позволит колесам раскрутиться и применит умеренное торможение. Аквапланирование с обратной резиной коварно тем, что пилот может не знать, когда оно начинается, и оно может сохраняться до очень низких путевых скоростей (20 узлов или меньше).

Снижение риска

Любая шина, подверженная аквапланированию, снижает как эффективность торможения, так и управляемость.

При возникновении возможности аквапланирования пилотам рекомендуется приземлиться на рифленую взлетно-посадочную полосу (если таковая имеется). Скорость приземления должна быть как можно более низкой в ​​целях безопасности. После того как носовое колесо опущено на взлетно-посадочную полосу, следует применить умеренное торможение. Если замедление не обнаружено и есть подозрение на аквапланирование, следует поднять нос и использовать аэродинамическое сопротивление для замедления до точки, при которой тормоза действительно начнут действовать.

Правильная техника торможения имеет важное значение. Тормоза должны быть нажаты до тех пор, пока не будет достигнута точка, близкая к заносу. При первых признаках заноса пилот должен ослабить давление в тормозах и дать колесам раскрутиться. Управление по курсу должно сохраняться, насколько это возможно, с помощью руля направления. При боковом ветре, если произойдет аквапланирование, боковой ветер приведет к одновременному флюгеру самолета против ветра (т. е. нос повернется навстречу ветру). а также скользить по ветру (самолет будет стремиться скользить по направлению движения воздуха). Для небольших самолетов должно помочь удерживание носа вверх, как при выполнении мягкой посадки, и использование руля направления для аэродинамического поддержания путевого управления, удерживая при этом противный ветер элерон в наилучшем положении, чтобы предотвратить подъем крыла. Однако избегайте посадки во время сильного дождя, когда боковая составляющая ветра превышает максимально допустимый боковой ветер, указанный в Руководстве пилота по производству полетов.

См. также

• Скользкость дороги
• Тяга (инженерия) для эффектов, подобных аквапланированию.
• Фонтан Кугель

Ссылки

В соответствии

Общий

• Б.Н.Дж. Перссон; У. Тартальино; О. Альбор и Э. Тосатти (2004). «Уплотнения являются причиной проскальзывания резины на мокрой дороге». Природные материалы . 3 (7 ноября): 882–885. arXiv : cond-mat/0412045 . Бибкод : 2004NatMa...3..882P . дои : 10.1038/nmat1255 . ПМИД   15531886 . S2CID   15635210 .
• Умный автомобилист – Вождение под дождем
• Справочник по полетам на самолетах, публикация FAA FAA-H-8083-3A, доступная для загрузки с веб-сайта Службы полетных стандартов по адресу http://av-info.faa.gov .

Внешние ссылки

• Документ НАСА, описывающий аквапланирование, TN D-2056 «Явления аквапланирования пневматических шин».