冬季飛行的“殺手”：發動機結冰

姚永強

飛機作為現代化的高效率的運輸工具，給人們出行帶來了極大方便。保證飛行安全是各國航空公司最關心的頭等大事，也是每個乘機旅客最大的愿望。盡管飛機的性能在不斷提高，地面保障設備也不斷改善，但天氣原因仍是影響飛行安全的重要因素之一。而對于冬季飛行來說，影響飛行安全的重要天敵就是飛機積冰。而在我們平時接受的教育和培訓中，飛行員都會非常重視雪后機翼機身的除防冰，但往往會忽視在冬季飛行里最容易引發事故的飛行“殺手”——發動機結冰。

發動機結冰的危害

看看我們熟悉的經常出現在教科書的飛機結冰引發空難，1982年的佛羅里達航空90號航班波托馬河中空難，幾乎所有的飛行員都知道，飛機在大雪中滑行了1個小時，大大超過了飛機除冰的有效期，飛行員固執得沒有滑回除冰，而是異想天開的跟在另外一架飛機后面，用前面飛機發動機的尾氣去吹掉飛機機翼的浮雪。飛行員嚴重違章，但是所有人都沒有注意到的是，飛行員為什么會有這樣的僥幸心理？是因為華盛頓機場因為大雪封閉重新開放后，所有的飛機都在大雪中滑行等待起飛，而沒有一架飛機要求滑回二次除冰的。

飛行員在這樣的心理下，看著前面13架飛機起飛而安然無恙，機長也想當然的認為，運氣會站在自己這一邊。沒想到長時間的大雪中滑行，飛機發動機的轉速探測系統被冰雪覆蓋，提供了錯誤的發動機推力讀數，而飛機機翼被前面飛機吹化的雪水在機翼后部結冰，飛行員在整個起飛過程中判斷失誤。這一系列的事故鏈讓飛機在起飛后失速，掉進冰封的波托馬河中。

讓我們再看幾次飛行事故：

1986年12月5日，一架安-24飛機在蘭州墜毀，其事故原因就是飛機在起飛后2號發動機結冰并造成發動機停車。

2014年12月28日，QZ8501航班發生墜海空難。這架空客A320-200型客機從印尼泗水飛往新加坡途中失事。而事后的事故調查報告說，飛機可能穿入一片雷雨云，“基于飛機失去聯系位置的（氣象）數據，天氣是空難背后的觸發因素”。在此情況下，“最有可能觸發的天氣現象是結冰。飛機表面結冰可能引發冰體脫落，進而對飛機發動機造成破壞”。

2013年11月23日，波音公司發布運行安全通告，通知航空公司，避免飛機在可能含有冰晶的雷雨層50海里以內長時間飛行。原因是飛機發動機的飛機存在發動機結冰的風險，應防患于未然。

從以上幾起事故中可以看出，飛機發動機結冰造成的發動機損害或者停車并伴隨飛機結冰的其他情況會嚴重影響飛行安全。即使冰或雪或霜造成發動機輕微污染當結冰脫落后也能損害發動機葉片，可導致飛機發動機性能下降或者造成飛機葉片失速。

筆者幾天前在烏魯木齊凍霧下飛行，因為天氣的能見度不夠，在地面發動機慢車等待20分鐘，因為天氣不夠起飛標準滑回關車，飛機的葉片上已經結了一層薄冰。而這些薄冰，飛機的機務用熱空氣化了很長時間才消除。雖然沒有起飛，但還是讓人倒吸一口冷氣，這些結冰，明顯會影響飛機發動機的工作效率，而如果結冰現象嚴重，就有可能會引發更嚴重的故障，甚至影響飛行安全。

發動機結冰形成的原因

飛機積冰的概率取決于很多因素，主要是：天氣條件、飛行高度上云的概率、云的含水量、氣溫、云中水滴和冰晶的大小及它們在單位時間內落在單位面積上的數量、水滴的冰結速度、氣流繞過飛機各部位的特點（飛機的空氣動力特性）以及飛行速度。過冷水滴組成的濃密云中積冰概率最大。飛行實踐表明，在鋒面云中，當飛行高度上溫度適宜時，積冰頻率比較大。而鋒面中度積冰的頻率比均勻氣團中高一倍，而強烈積冰則高8倍。

云層溫度是影響飛機積冰的主要參數之一，據有關報道，飛行在0～-40℃甚至更低的云溫條件下，都有積冰可能。不過綜合英、美、日及前蘇聯的有關積冰發生率統計報告，可以得出下述結論：飛機積冰一般發生在0～-20℃的溫度范圍內，尤其在-2～-10℃溫度范圍內遭遇積冰的次數最多，而強烈的積冰主要發生在-2～-8℃的溫度范圍內。

就季節而言，不同季節飛機積冰頻率不同，在冬、秋兩季積冰頻率比較高。飛行高度不同，飛機積冰頻率也不同。根據有關記載分析：冬季在3000米以下（合3000米）各高度上飛行時，積冰幾乎占56%，在6000米以上高度上飛行時，積冰占21%，而在夏季3000米以下高度上，積冰現象減少，幾乎沒有。在6000米以上，積冰占62%。

從以上的論述可以看到，飛機結冰包括飛機發動機防冰，并不是僅僅只存在冬季飛行中，只要是高空飛行，飛機都有可能會進入“結冰條件”。

在飛機其他部位沒有結冰時，噴氣式發動機進氣道有時會有積冰。因為機翼和尾翼前部的動力增溫，比噴氣式發動機進氣口處要大得多，飛行實踐證明，當外界氣溫等于小于+5℃時，噴氣式發動機進氣口部分可以發生結冰。

發動機結冰多發生在混合云中，因為在這些云層中存在溫度低于0攝氏度但仍未凍結的液態水——過冷水滴。過冷水滴是不穩定的，當其受到發動機前緣的撞擊擾動時便會迅速凍結從而形成冰。發動機容易結冰的部件主要有：發動機進氣道前緣及內壁、發動機整流罩、整流錐等。當發動機發生結冰時，它不僅直接導致進氣道氣動外型的破壞，降低發動機推力，增大飛行負載，還可能會造成壓氣機的機械損傷，嚴重時甚至導致整臺發動機的破壞，直接引發飛行事故。因此，為了保證飛行安全，正確及時的使用發動機防冰十分重要。

發動機防冰的預防及應對

發動機防冰主要采用的是氣熱防冰，也是利用熱空氣加熱飛機發動機前緣部件防冰表面的熱力防冰技術。常用于待保護表面積較大、防冰要求較高的機翼、發動機進氣道前緣等部件。當我們在空中打開發動機防冰后，發動機的前緣就會采用連續加熱，該技術系統使用維護簡單，工作可靠，但熱利用率較低。

雖然發動機積冰對飛行的危害如此之大，但只要我們按照規章和SOP做好每一階段的飛行工作，完全可以避免或者把其影響減到最低。

1、運行要求

除非飛機設備符合MEL的要求，否則不應在已知的或預報的嚴重結冰條件下放行飛機；機長和簽派員必須了解防冰設備在中度或嚴重結冰條件下的使用限制；飛行員應該了解自己所飛航線區域的天氣情況（特別是冬季飛行），收集積冰預報資料，確定可能積冰條件，制定出預防措施和應急措施（如脫離結冰區的辦法、返航、備降等）。

2、發動機起動

筆者曾經參加波音駐場代表舉辦的發動機防冰講座，在講座上，波音專家強烈建議，所有的飛機發動機，在冬季運行過程中，從起動到起飛都要有一個暖車過程，而這個過程不應該少于5分鐘。

（1）在下列條件下限制完成正常發動機起動：如果飛機在外界溫度-40℃以下停放了3小時以上，不要起動或冷轉發動機，維護人員應根據惡劣氣候起動發動機的維護要求完成相應的程序。如果外界溫度低于-35℃，在改變推力手柄位置之前要讓發動機在慢車位工作2分鐘。可用3.5分鐘使滑油壓力到達最低使用壓力。在這期間，LOW OILPRESSURE燈可能保持亮，壓力會超出正常范圍，并且FILTER BYPASS燈也可能會亮，但在滑油溫度和壓力恢復正常后會自動消失。在滑油壓力回到正常范圍之前使發動機在慢車推力工作。在正常情況下，起飛時滑油最低溫度沒有規定。

（2）發動機起動后，當存在結冰條件或預計存在結冰情況時必須立即接通發動機防冰。

（3）當全溫TAT高于10℃時，不要使用發動機防冰。

3、滑行時候應該正確使用發動機防冰

（1）在積冰條件下（+10℃/TAT及以下）時使用發動機防冰。

（2）在延長的地面操作期間，應定期運轉發動機將冰的積累減到最小。運轉發動機應按使用手冊中規定的具體要求進行。若在跑道外等待時間較長，適當增大N1轉速等待，一般情況下，每10分鐘加馬力使N1到70%，并保持15秒。

（3）當存在結冰條件并且跑道是濕滑時，應采取靜止起飛，并預先加大發動機推力觀察發動機工作狀態，特別要檢查N1以確保達到所需要的推力。當調整好雙發N1后，檢查N1一致，發動機工作穩定，再按壓起飛/復飛電門使雙發N1同步上升，直至最大馬力調定后再松剎車起飛。

（4）水雪或積水會對飛機造成損傷。推薦的跑道上水雪、積水或濕雪的最大深度是0.5英寸（12.7毫米）。干雪的最大深度是4英寸（102毫米）。在小凍雨和小毛毛雨天氣條件下起飛是允許的，但在中到嚴重的凍雨和毛毛雨是不允許起飛的。冷天在積雪跑道起飛前建議將APU打開，并將APU的左右匯流條供電開關接通以作為備份電源。

4、起飛后爬升、巡航和下降防冰的使用

飛行員應避免長時間在結冰條件下飛行。按需使用防冰系統，并按照飛行手冊要求定期變化發動機推力而防止發動機葉片結冰。在進近時，可能要考慮結冰情況，適當增加進近速度（一般10海里/時）。

（1）空中出現或預計出現結冰情況時，在所有的飛行操作過程中都必須接通發動機防冰，但是當溫度低于-40℃ SAT時，爬升和巡航期間不要使用發動機防冰。下降之前及下降過程中在所有結冰條件下，包括溫度低于-40℃SAT時都必須接通發動機防冰。

（2）避免長時間在中度到嚴重結冰條件下飛行。通常可以用改變高度或空速的方法避開嚴重結冰，如果可能的話，盡量繞開嚴重結冰區。萬一不慎發動機進氣道已經結冰，切忌慌忙同時打開發動機防冰，應先開一側，待其發動機工作穩定后，再打開另一側。

（3）存在發動機嚴重抖動情況時，要考慮到發動機風扇結冰的可能，應延遲將N1減小到70%N1以下。如果要除掉風扇上的冰塊，對雙發飛機而言要進行下列程序，一次完成一臺發動機：減退力到慢車位大約5秒鐘，然后將推力加大到90%N1，這樣有助于將冰摔落。

注意：除嚴重結冰條件外，一般將推力拉回到慢車時，冰便會脫落，這時可將推力加回到所需位置，而不必過多的加推力。

5、著陸

我曾經和一名有經驗的管理局領導一起飛行，大雪后天氣晴朗，他還是要求在五邊打開發動機防冰，因為預判跑道上有浮雪，這是發動機防冰使用的條件。而相反的是，我們一個機組在冬季濃霧中落地，沒有使用發動機防冰，在落地拉反噴的時候，一臺發動機停車，飛機方向偏轉，飛機沒有脫離跑道，造成了安全隱患。

飛行機組切記：所有的地面結冰條件下運行（起飛前和著陸后），都必須進行發動機防冰操作。我們曾經和日航機組飛行過，他們要求只要地面有雪就必須使用發動機防冰。

綜上所述，飛機積冰嚴重影響飛行安全，尤其是我們飛行員會因為發動機防冰操作簡單和忽略發動機防冰的使用。中國大部分地區處于溫帶，冬季寒冷漫長，每個飛行人員都應重視冬季飛行的特點，及早對各種天氣做出正確評估，與簽派和空中管制部門做好溝通，同時合理并及時地使用飛機的防冰設備，嚴格遵守法規和機組操作手冊的規范，從而保證飛行的順利與安全。