航空飛行器的結(jié)冰與防冰分析

史云飛

摘 要 航空飛行器在大氣溫度5℃以下和空氣濕度較大及復(fù)雜氣象條件下飛行時，突出部位通常是容易結(jié)冰的，比如：旋翼/尾槳的前緣、發(fā)動機進氣口等。結(jié)冰危害是極大的，可能改變飛行器的氣動外形，導(dǎo)致升力減??；可能阻擋飛行員的視線，嚴重時危及飛行安全。因此，需要有關(guān)人員加強對航空飛行器的結(jié)冰分析，從而制定出有效的防冰措施，保證航空飛行器的安全運行。

關(guān)鍵詞 航空飛行器 結(jié)冰 防冰 措施

中圖分類號：V279 文獻標識碼：A

0前言

了解結(jié)冰對飛行的危害、預(yù)測結(jié)冰的特性和發(fā)展防除冰方法，對于保證飛行安全極為重要。因此，有關(guān)部門需要針對不同情況下，不同航空飛行器存在的結(jié)冰現(xiàn)象進行詳細的分析，并采取有效的防治措施來保障飛行器運行的安全性，從而保證飛行器能夠達到航空運行的目的。故此，本文對航空飛行器的結(jié)冰與防冰分析具有一定的研究價值和意義。

1研究背景

過去20多年，多起空難被發(fā)現(xiàn)與粒徑超過1000微米的過冷大水滴結(jié)冰有關(guān)。水一般在零攝氏度結(jié)冰，但過冷水可以在零攝氏度以下還保持液態(tài)，也可能隨環(huán)境變化而瞬間結(jié)冰。出于對過冷大水滴的擔(dān)憂，美國聯(lián)邦航空局2014年出臺規(guī)定，要求航空飛行器的防冰和除冰設(shè)計考慮相關(guān)因素。但對于過冷大水滴的實際結(jié)冰機理，人們的認識仍是空白。上海交通大學(xué)航空航天學(xué)院副院長劉洪教授在新一期美國《流體物理學(xué)》雜志上報告說，中國研究人員用了近10年時間設(shè)計能夠在地面模擬航空飛行器結(jié)冰環(huán)境的風(fēng)洞裝置，以及能夠精確控制水滴粒徑的發(fā)生器，對介于0至1500微米之間的過冷水滴的結(jié)冰過程進行了系統(tǒng)研究，最終量化出了過冷因素和粒徑因素影響結(jié)冰速率的物理規(guī)律。劉洪告訴新華社記者：“航空飛行器結(jié)冰的速率因為粒徑和過冷因素會差別上百倍，這是以前沒有認識到的現(xiàn)象和規(guī)律，能夠幫助解釋失事航空飛行器遭遇的極快速結(jié)冰問題?！彼赋?，這項研究有助提升航空飛行器的設(shè)計安全性。目前，他們建立的有關(guān)過冷結(jié)冰模型、沖擊傳熱水滴模型已應(yīng)用在國產(chǎn)客機ARJ21和C919的相關(guān)設(shè)計上?！昂娇诊w行器結(jié)冰的真實環(huán)境非常復(fù)雜，”劉洪說，“接下來將針對飛行的實際環(huán)境，不斷修正這些理論。這是一個非常龐大與復(fù)雜的工作，最終目標是為人類飛行安全做出實質(zhì)性貢獻?！?/p>

2結(jié)冰的氣象條件

航空飛行器飛到一定高度，周圍空氣濕度足夠大，溫度足夠低，機體表面就可能結(jié)冰。從物態(tài)變化的角度來講，結(jié)冰實際上是一種水汽或者液態(tài)水遇冷而轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的物理現(xiàn)象。飛行中，結(jié)冰主要是由大氣中水汽直接在機體表面凝華而成。過冷水滴指的是一種高空云層中普遍存在的不穩(wěn)定的，稍受震動便立即凍結(jié)成冰的微小水滴，這種水滴分布于許多云團中。當(dāng)飛行器在這樣的云團中穿行時，一旦機體表面低于0℃，過冷水滴就會在機體表面某些部位凍結(jié)，并積聚成冰。飛行中，飛行器的結(jié)冰與所穿越云團的溫度、濕度、云團狀態(tài)、降水、時令等狀況息息相關(guān)。

例如，2014年的亞洲航空QZ8501班機失聯(lián)，美國專家認為，雷雨壞天氣可能是造成航空飛行器失聯(lián)的因素之一。大氣數(shù)據(jù)顯示，客機失聯(lián)地點的氣候極不良，有強雷夾雜風(fēng)雨的情況，另一名氣象專家羅伊斯（Tyler Roys）表示，航空飛行器消失時，飛行途經(jīng)路線上有一連串的暴雷風(fēng)雨交織。他說，暴雷雨天氣可能發(fā)生在很高的空中，現(xiàn)在看來，也許1.04萬米的飛行高度都還不足以讓航空飛行器躲過這樣的惡劣氣候條件，而壞天氣會導(dǎo)致航空飛行器劇烈震蕩，遇上強勁風(fēng)切、閃電等，這一高度甚至?xí)?dǎo)致結(jié)冰。

3航空飛行器的防除冰措施

3.1人員

第一，在安全和服務(wù)方面，一是讓全體乘務(wù)人員接受換季安全教育培訓(xùn)，充分認識到霧、霾、霜、雨、雪、大風(fēng)、積云、能見度低等各類復(fù)雜惡劣天氣集中及機體結(jié)冰對飛行安全帶來的諸多不利影響。二是切實掌握航空飛行器除防冰相關(guān)客艙方面的知識。增強防、除冰檢查重要性的認識，較熟練掌握應(yīng)對各種危險天氣以及防除冰的解釋、處置方法；嚴格按照手冊程序落實航班中對航空飛行器關(guān)鍵部位的觀察及信息報告工作。三是重視并加強監(jiān)督管理。加強客艙監(jiān)控巡視，避免發(fā)生砸、燙傷旅客事件。四是加強不正常航班處置程序的回顧學(xué)習(xí)。掌握航班備降后客艙安全管理工作要素，正確應(yīng)對冬季航班多延誤、多備降、多不正常等情況；要求全體乘務(wù)人員以旅客體驗為導(dǎo)向，認真做好客艙安全服務(wù)工作。

3.2技術(shù)

航空飛行器除冰/防冰的方法有很多種，本文主要為大家介紹四種方法：第一，壓縮空氣除冰法是一種使用歷史較長的操作方法。它可以快速地清除機身外表上的沒有凍結(jié)的積雪，綠色環(huán)保。但是對于航空飛行器的活動部件，尤其是活動部件的連桿、轉(zhuǎn)抽等有外層護板和遮擋的部分效果不好。此方法適合于低溫下干雪的清除。第二，紅外線加熱除冰法是一種新的除冰方法。它利用集束式安裝的大功率紅外發(fā)生器發(fā)射的紅外線照射到航空飛行器身上，加熱機身融化冰雪來實現(xiàn)除冰作業(yè)。作業(yè)過程沒有污染物殘留在其身上，屬于環(huán)保型作業(yè)法，但是設(shè)備投資大，適用于冬季降雪周期長、航班較大的機場。第三，熱水除冰法是過去常使用的方法，特別是當(dāng)周圍環(huán)境溫度遠低于零攝氏度以下時，熱水在低溫的機身上會很快冷卻可能在航空飛行器表面上重新凍結(jié)，影響活動部件的動作，也會阻塞飛行測控儀器。只有在使用熱水除冰后的3分鐘之內(nèi)起飛，才可以起到除冰防冰的作用。因此這種方法有很大的局限性。第四，液體除冰液除冰，乙二醇除冰液經(jīng)混合配比和加熱噴灑到航空飛行器上需要處理的部位以清除冰凍層，再用經(jīng)過測定、配比的防冰液噴灑到航空飛行器需要處理的部位上，防止再次形成冰凍層或冰堆積，兩步操作完成除冰和防冰工作。目前這是使用最多的除冰方法。

4結(jié)束語

綜上所述，本文主要從航空飛行器結(jié)冰的因素入手分析，并對亞洲航空QZ8501班機失聯(lián)進行分析，然后詳細探討了航空飛行器如何進行有效的防除冰工作，以及防除冰工作中會用到的一些技術(shù)手段，這對于提高航空飛行器的安全運行效率具有十分重要的作用。

參考文獻

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[2] 周莉，徐浩軍，龔勝科，李大偉.航空飛行器結(jié)冰特性及防除冰技術(shù)研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2010，20（06）：105-110.endprint