航空飛行器的結冰與防冰分析

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雜氣象條件下飛行時，突出部位通常是容易結冰的，比如：旋翼/尾槳的前緣、發(fā)動機進氣口等。結冰危害是極大的，可能改變飛行器的氣動外形，導致升力減小；可能阻擋飛行員的視線，嚴重時危及飛行安全。因此，需要有關人員加強對航空飛行器的結冰分析，從而制定出有效的防冰措施，保證航空飛行器的安全運行。

關鍵詞 航空飛行器 結冰 防冰 措施

中圖分類號：V279 文獻標識碼：A

0前言

了解結冰對飛行的危害、預測結冰的特性和發(fā)展防除冰方法，對于保證飛行安全極為重要。因此，有關部門需要針對不同情況下，不同航空飛行器存在的結冰現(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冰有關。水一般在零攝氏度結冰，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)境變化而瞬間結冰。出于對過冷大水滴的擔憂，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計考慮相關因素。但對于過冷大水滴的實際結冰機理，人們的認識仍是空白。上海交通大學航空航天學院副院長劉洪教授在新一期美國《流體物理學》雜志上報告說，中國研究人員用了近10年時間設計能夠在地面模擬航空飛行器結冰環(huán)境的風洞裝置，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冰速率的物理規(guī)律。劉洪告訴新華社記者：“航空飛行器結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冰問題。”他指出，這項研究有助提升航空飛行器的設計安全性。目前，他們建立的有關過冷結冰模型、沖擊傳熱水滴模型已應用在國產(chǎn)客機ARJ21和C919的相關設計上。“航空飛行器結冰的真實環(huán)境非常復雜，”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雜的工作，最終目標是為人類飛行安全做出實質性貢獻。”

2結冰的氣象條件

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，機體表面就可能結冰。從物態(tài)變化的角度來講，結冰實際上是一種水汽或者液態(tài)水遇冷而轉變?yōu)楣虘B(tài)的物理現(xiàn)象。飛行中，結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成冰的微小水滴，這種水滴分布于許多云團中。當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，并積聚成冰。飛行中，飛行器的結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。

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，而壞天氣會導致航空飛行器劇烈震蕩，遇上強勁風切、閃電等，這一高度甚至會導致結冰。

3航空飛行器的防除冰措施

3.1人員

第一，在安全和服務方面，一是讓全體乘務人員接受換季安全教育培訓，充分認識到霧、霾、霜、雨、雪、大風、積云、能見度低等各類復雜惡劣天氣集中及機體結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習。掌握航班備降后客艙安全管理工作要素，正確應對冬季航班多延誤、多備降、多不正常等情況；要求全體乘務人員以旅客體驗為導向，認真做好客艙安全服務工作。

3.2技術

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，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結束語

綜上所述，本文主要從航空飛行器結冰的因素入手分析，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.航空飛行器結冰特性及防除冰技術研究[J].中國安全科學學報，2010，20（06）：105-110.endprint