防冰系統試驗方法

趙澎渤

防冰系統試驗方法

趙澎渤

冰，對飛機的飛行安全有著舉足輕重的影響。如何對防冰系統的功能和性能進行驗證成為不可避免的課題。本文就常用的防冰系統試驗方法展開描述，為相關工作提供借鑒。

概述

對飛機的防冰系統進行試驗主要有兩個目的：1.通過試驗確證使用此防冰系統的飛機在自然結冰狀態下能夠安全飛行，也就是要證明防冰系統的性能是符合設計要求或者是超出設計要求的。2.確定不防冰表面結冰對飛機的操縱性及其他飛行性能的影響，從而決定此表面是否需要防冰。

常見的防冰系統的試驗有冰風洞試驗、干空氣飛行試驗、自然結冰狀態飛行試驗、模擬自然結冰飛行試驗。

冰風洞試驗

冰風洞是一種對飛機部件表面進行結冰和防冰研究的地面模擬試驗裝置。在冰風洞中對飛機部件進行防冰試驗，可以很快地比較各種設計方案。而且冰風洞試驗全年都可以進行試驗，不受外界氣候條件的限制，其中的試驗可以確定防冰系統所需要的最小功率（電功率、防冰熱氣需用量等）。冰風洞試驗的缺點是模擬的水滴尺寸較大，且只能進行部件的模型試驗，不能進行整機試驗。

典型的冰風洞組成如圖1所示。該冰風洞由風扇1.通風塔2.冷卻器3.噴水系統4及試驗段5組成。風扇由電動機帶動；通風塔吸入外界的空氣，與風洞中的氣流混合，有利于風洞內空氣溫度的提高，縮短調溫時間；風洞中氣流的熱量通過冷卻器3傳到制冷系統；噴水系統位于試驗段前，用空氣引射噴嘴中的水，使其霧化后吹向試驗件；試驗段有一轉動體，用于安裝試驗件，并且可在試驗時轉動模型。

冰風洞可以對空氣的液態水含量、水滴直徑、氣流速度及氣溫等進行調節，容易達到試驗所需的條件，但在冰風洞中不能模擬高空狀態，所以對防冰系統驗收時，可以先在冰風洞中進行地面試驗，初步確定防冰系統的工作性能。

干空氣飛行試驗

圖1　冰風洞示意圖

防冰系統的干空氣飛行試驗比較容易進行，只要按照設計高度及外界氣溫進行飛行，飛行時測得干表面溫度，然后可根據飛行速度及外界氣溫推算出濕表面溫度，從而可以初步確定防冰性能。

自然結冰狀態飛行試驗

自然結冰狀態飛行試驗即在一定高空、氣溫、液態水含量及水滴直徑條件下，飛機以一定的設計速度飛行。飛機在投入正式航線飛行前，必須要按照結冰設計狀態進行試飛，由于飛行中很難找到與設計狀態完全相同的氣象狀態，一般是在盡可能嚴重的結冰條件下飛行，然后根據已進行過的地面試驗、飛行試驗結果進行外推，來求出在設計狀態下防冰系統的性能，從而確定防冰系統是否能可靠地工作。

自然結冰狀態飛行試驗分為兩類：1.防冰系統的功能及性能試驗。2.飛機和發動機在改變功率及飛行狀態時的特性試驗，以確定防冰系統在所有狀態下是有效的或者在某些狀態下不足以防冰。

在自然結冰狀態飛行試驗時，還要檢查防冰系統的恢復特性，即將發動機和進氣道防冰系統關閉2～3min，把機翼及尾翼防冰系統關閉25～30min，然后再接通防冰，看是否能在一定時間內有效的恢復防冰能力。這是為了保證在遇到結冰信號器損壞的情況時，直到飛行員發現飛機結冰再接通防冰，仍然能保證飛機的防冰效果。

干空氣飛行試驗就是在晴空中進行飛行試驗，通常在實際結冰狀態試飛以前完成，保證試飛安全。試驗時，飛機在晴空中進行各種功率及速度的飛行，以確定飛機不足以防冰的狀態。將晴空中試飛的結果與地面冰風洞試驗及理論計算值進行比較，可以初步判定防冰系統的防冰性能。

模擬自然結冰飛行試驗

模擬自然結冰飛行試驗的方法有兩種。

1.將模擬結冰云的霧化噴嘴架及試驗件裝在同一飛機上，飛機內裝有一套控制及測量設備，它能控制防冰試驗部件的結冰條件，即產生一定水含量及水滴尺寸的人造云。這種方法很適合對飛機部件進行試驗，但不適用于整機試驗。

圖2　噴水架示意圖

2.用帶有水槽及噴水裝置的飛機來制造云，這種飛機人們稱為“水槽飛機”，試驗防冰系統的飛機在水槽機后面飛行，兩飛機保持相同的飛行速度，這樣使試驗比較穩定。水槽飛機常見的噴水架如圖2所示，將幾個同心的圓管環固定在骨架上，環上均勻地裝著霧化噴嘴，保證噴出的水滴均勻分布。

結語

本文對防冰系統試驗進行了介紹，簡單描述了四種常見的防冰系統試驗方法，分析了不同試驗的優點與缺點，有助于對飛機防冰系統驗證的一般程序有所了解，使其最終能夠滿足飛機飛行安全的要求，對于飛機防冰系統的設計有一定的借鑒作用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.09.007