民用飛機(jī)氣動除冰系統(tǒng)技術(shù)

詹大可 張 帆 趙澎渤

民用飛機(jī)氣動除冰系統(tǒng)技術(shù)

詹大可 張 帆 趙澎渤

飛機(jī)在結(jié)冰氣象條件下飛行時(shí)，部件迎風(fēng)表面可能結(jié)冰，結(jié)冰嚴(yán)重時(shí)危及飛行安全。民用飛機(jī)大多配備防（除）冰系統(tǒng)保護(hù)飛機(jī)重要部件（如翼面前緣、短艙前緣、螺旋槳、空速管和風(fēng)擋等），常用的防（除）冰防護(hù)方式包括熱氣防冰、氣動除冰、電加溫防（除）冰、防冰液防冰等。其中，氣動除冰技術(shù)非常成熟，系統(tǒng)重量和能源消耗小，故應(yīng)用非常廣。

原理和組成

氣動除冰技術(shù)通過對覆蓋在防護(hù)表面的除冰套進(jìn)行周期性的充放氣，使得冰層破碎并脫落，并通過氣流將冰塊吹除。工作原理如圖1所示。

氣動除冰系統(tǒng)包含壓力調(diào)節(jié)安全閥、水分離器（排水閥）、引射分配閥、單向閥、壓力開關(guān)、時(shí)間控制器、控制面板和開關(guān)等成品部件，典型組成示意圖如圖2所示。防冰引氣通過單向活門進(jìn)入系統(tǒng)后，單向活門防止氣流反向流動，氣流再通過壓力調(diào)節(jié)安全閥調(diào)壓、水分離器（排水閥）除水，然后進(jìn)入引射分配閥。在時(shí)間控制器的控制下，引射分配閥按預(yù)定時(shí)序向?qū)?yīng)除冰套充氣或抽氣，除冰套充氣時(shí)膨脹管膨脹，使膨脹管外表面上所結(jié)冰層破裂，破碎冰塊被迎風(fēng)氣流吹除；除冰套抽氣時(shí)膨脹管收縮，以保持尾翼前緣氣動外形。在無結(jié)冰環(huán)境飛行時(shí)，引射分配閥對所有除冰套抽氣以保持尾翼的氣動特性。

重量

CCAR23/FAR23（正常類、實(shí)用類、特技類和通勤類飛機(jī)）的單發(fā)飛機(jī)翼面安裝氣動除冰系統(tǒng)所需重量約為11kg，所需電能約為250W；雙發(fā)飛機(jī)翼面安裝氣動除冰系統(tǒng)所需重量約為12.5kg，所需電能約為370W。

CCAR25/FAR25（運(yùn)輸類飛機(jī)）的公務(wù)機(jī)翼面安裝氣動除冰系統(tǒng)所需重量約為16kg，所需電能約為370W；大型運(yùn)輸機(jī)翼面安裝氣動除冰系統(tǒng)所需重量約為90kg，所需電能約為2100W。

條款驗(yàn)證要求

正常類、實(shí)用類、特技類和通勤類飛機(jī)氣動除冰系統(tǒng)性能驗(yàn)證應(yīng)符合如下條款要求：

氣動除冰系統(tǒng)的安裝滿足CCAR23/FAR23第1301條和1309條的要求；

氣動除冰系統(tǒng)必須滿足CCAR23/FAR23第1416條的要求；

氣動除冰系統(tǒng)必須滿足CCAR23/FAR23第1419條的要求；

在CCAR－25/FAR－25部附錄C規(guī)定的已知結(jié)冰氣象條件下飛行。

運(yùn)輸類飛機(jī)氣動除冰系統(tǒng)性能驗(yàn)證應(yīng)符合如下條款要求：

氣動除冰系統(tǒng)的安裝滿足CCAR25/FAR25第1301條和1309條的要求；

圖1 氣動除冰工作原理

圖2 氣動除冰系統(tǒng)典型組成圖

氣動除冰系統(tǒng)必須滿足CCAR25/FAR25第1419條的要求；

在CCAR－25/FAR－25部附錄C規(guī)定的已知結(jié)冰氣象條件下飛行。

氣動除冰系統(tǒng)的驗(yàn)證包括飛機(jī)結(jié)冰分析計(jì)算、冰風(fēng)洞試驗(yàn)、干空氣飛行試驗(yàn)和自然結(jié)冰飛行試驗(yàn)等諸多環(huán)節(jié)，以滿足上述適航條款對結(jié)冰氣象條件下安全飛行的要求。此外，MIL－D－8804A《飛機(jī)氣動除冰系統(tǒng)通用規(guī)范》也是設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的參考依據(jù)。

優(yōu)勢和缺陷

氣動除冰技術(shù)成熟，相比熱氣/電熱等其他防（除）冰技術(shù)，氣動除冰系統(tǒng)重量輕、所需的引氣量少。另外，飛機(jī)加裝防除冰系統(tǒng)時(shí)，氣動除冰系統(tǒng)對飛機(jī)的改動最少。但氣動除冰系統(tǒng)工作時(shí)會破壞飛機(jī)表面的理論外形，導(dǎo)致阻力增加，對高速飛機(jī)不適用。

詹大可 張 帆 趙澎渤

廣東省珠海市金灣區(qū)航空產(chǎn)業(yè)園中航通飛研究院有限公司

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.09.014