飛機尾翼結冰特性及防除冰技術研究

摘 要：本文首先闡述了飛機尾翼結冰的機理，然后總結了尾翼結冰對于飛機性能的影響，說明了它對飛行安全的危害和飛機尾翼防除冰的重要性，最后對現有的飛機尾翼的防除冰技術進行綜述，對實際的尾翼防除冰操作方法有一定的參考意義。

關鍵詞：尾翼結冰；防冰；除冰

中圖分類號：V321.229 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-01

在結冰氣象條件下飛行的飛機，若無防冰措施，在飛機的所有迎風面都可能結冰，或者飛機結冰后，沒有進行及時的除冰措施，不但飛機的重量會有所增加，而且飛機的氣動外形遭到破壞，這就增加了阻力而使得其升級性能、操縱性能、穩定性能等下降。本文主要針對飛機尾翼部分結冰開展研究論述。

一、飛機尾翼結冰特性

（一）尾翼結冰機理

飛機尾翼結冰是指飛機尾翼部分（垂直尾翼或水平尾翼），由于水滴凍結或者水汽凝華而聚集冰層的現象。一般來說，尾翼結冰的類型和結冰程度是決定尾翼結冰對飛機影響程度大小的重要因素，不同的情況會造成對飛行安全不同程度的危害。飛機尾翼的結冰情況一般決定于飛機尾翼的形狀、飛行狀態和飛行氣象條件。在不同的物理條件下，尾翼部分會粘連不同的冰，可分為霜狀冰、明冰和混合冰。霜狀冰具有乳白色的粗糙外表，它在大多數情況下可以被除冰系統去除或被防冰系統阻止。明冰呈透明狀，緊貼于尾翼外表面，其堆積后易形成冰脊，通常難以去除。混合冰是由前兩者混合而成的。結冰強度通常用于量度結冰對飛行安全的危害程度，通常用結冰速率或結冰程度來表示。

（二）尾翼結冰對飛機性能的影響

尾翼結冰將將會顯著破壞飛機的空氣動力特性和飛行特征，危害飛行安全。具體來說，對飛機的升降性能、操縱性能和溫定性能各自的影響如下所述：1.翼型阻力增加，升阻比降低。機翼和尾翼都是飛機產生升力的主要附件。尾翼結冰后，表面不再平滑，原來的流線型遭到破壞，氣流發生局部分離，原來的層流附面層變為紊流附面層，與此相應的翼型阻力就會增大。同時，阻力系數增加的比升力系數多，使得升阻比降低，尾翼的空氣動力品質惡化。2.臨界攻角減小，操縱性能惡化。當尾翼結冰后，氣流的流線型分層遭到破壞，會使臨界攻角下降。這會使飛機在低速飛行，特別是在著陸時有失速的危險。3.穩定性能下降，引發機械抖動。當尾翼結冰嚴重時，會引起飛機機械抖動，操縱機構的縫隙結冰可能引起卡阻現象。

二、飛機尾翼除冰技術

飛機尾翼除冰技術是針對飛機尾翼某些部分允許在一定時間范圍內發生一定嚴重程度的結冰。飛機尾翼均采用機械除冰技術。機械除冰技術的原理是利用氣動力來使冰破碎后利用高速氣流將其吹走。機械除冰技術分為氣動帶除冰技術和電脈沖除冰技術。

氣動帶除冰技術是利用飛機尾翼外表面的冰層通過部件前緣表面上膨脹管的膨脹作用而使得結冰破碎脫落的技術，常用于低速飛機的尾翼前緣處。

電脈沖除冰技術是利用電熱冰刀首先將冰分成若干小冰塊，脈沖發生器產生電脈沖使蒙皮產生高頻率小振幅的振動，從而使冰脫落的技術。這樣很快可將冰除去。電脈沖除冰技術工作溫度適應范圍大，并且相較于氣動帶除冰技術來說高效而節能的優點，應當普及應用。

三、飛機尾翼防冰技術

（一）液體防冰技術

液體防冰技術是一種物理防冰技術，它的基本原理是利用防冰液體來使得冰與飛機尾翼表面的附著力減小，或者與水混合后而使得水在飛機防冰表面的凍結溫度降低，類似于汽車使用的防凍液。應用液體防冰技術的時候，可以連續地或周期性地向防冰表面噴射工作液體。該技術多用于尾翼前緣外表面。當飛機尾翼表面結冰時，使氣流吹掉其與積冰形成的雪泥。

對于防凍液體的要求一般為凝結溫度低，與水易于混合，與飛機表面附著力強，對尾翼表面無化學腐蝕作用，無毒性，防火性能好等。目前飛機防冰液多用甲醇、乙醇、乙烯乙二醇。從凝結溫度來看，乙烯乙二醇凝結點最高，乙醇次之，甲醇的最低。而乙烯乙二醇化學穩定性好，安全廉價。所以要根據飛機尾翼的具體情況和要求，選擇最為合適的防凍液。

（二）熱空氣防冰技術

熱空氣防冰技術的原理是利用熱空氣來加熱飛機尾翼的防冰表面。一般來說，使用熱空氣防冰的熱源充足且能量大，針對尾翼的大面積和要求較高的防冰表面比較適合。熱空氣防冰技術的熱源主要有以下幾種類型：1.發動機壓氣機引氣：現代民航客機的引氣多來源于發動機壓氣機，它可以直接用于水平安定面前緣的熱防冰。2.發動機排氣熱交換器：它的原理是使大氣流經過熱交換器，氣流被加熱后送入防冰系統而成為加溫熱空氣。熱交換器使用發動機的廢燃氣作為熱氣流，使用外界大氣作為冷氣流。3.燃燒加溫器：它是使用專門的燃燒加溫器提供熱空氣來進行防冰，一般在早期有些飛機上使用較多。燃油在尾翼燃燒加溫器內燃燒，當外界空氣流過尾翼燃燒加溫器后被加熱，然后輸送到飛機尾翼來進行防冰。

（三）電熱防冰技術

電熱防冰技術的原理是加溫元件通電后而產生熱量進行加溫。電熱防冰主要用于小部件、小面積、小功耗部位的防冰，一般在飛機尾翼部分應用較少。

（四）蒸發防冰與流濕防冰技術

蒸發防冰技術與流濕防冰技術是依據熱力防冰系統對尾翼表面連續加熱時，使得飛機尾翼表面收集的水分是否全部蒸發來區分。

（五）多孔表面液體滑移技術

多孔表面液體滑移技術的原理是基于分子游離技術而使得液滴在金屬表面自動滑落。具體方法是通過在尾翼金屬表面涂蓋膜狀材料，將潤滑劑附著在金屬表面，從而使得水滴的附著力顯著降低。是在高壓、低溫、高濕環境下，這種技術可以保證尾翼金屬表面不出現積冰。

在實際操作中，飛機尾翼防除冰技術種類的選擇要基于防冰重要程度、尾翼表面面積、尾翼種類、動力裝置和電源功率等因素。

四、結束語

飛機尾翼結冰是飛行中不可忽視的問題。只有了解尾翼結冰特性，掌握飛機尾翼防冰技術的原理并加以合理應用，才能避免飛機不會因為尾翼結冰而發生事故，達到保障飛機的安全飛行的目的。

參考文獻：

[1]周莉，徐浩軍，龔勝科等.飛機結冰特性及防除冰技術研究[J].中國安全科學學報，2010（06）.

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