飛機結冰影響與除防冰技術綜述

陸林杰

摘? 要：在大自然中，水能夠以蒸汽、液體、雪和冰等形式存在，并通過一定的條件進行相互轉換。當飛機外表面附著有冰雪霜等污染物時，其升力和飛行性能將會受到影響，從而降低飛機的安全度，嚴重時可能會導致重大事故。飛機不同區域的結冰，對其產生的影響也各不相同，因此，要想更有效的對飛機進行除防冰，必須先了解哪些區域或系統容易產生結冰現象，從而消除結冰帶來的安全隱患。

關鍵詞：飛機;升力;飛行性能;結冰;除防冰

中圖分類號：V244.15? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）16-0136-03

Abstract： In nature， water can exist in the form of steam， liquid， snow and ice， and can be converted into each other under certain conditions. When the aircraft is covered with ice， snow， frost and other pollutants， the lift and flight performance of the aircraft will be affected， thereby reducing the safety of the aircraft， and in serious cases， it may cause major accidents.The icing in different parts of the aircraft has different effects on it. Therefore， in order to deice the aircraft more effectively， we must first understand which areas or systems easily have icing phenomenon， so as to eliminate the hazards brought about by deicing.

Keywords： aircraft; lift; flight performance; icing; deicing

引言

對飛機來說，當飛機處于低空飛行時，由于空氣中有水汽的存在，撞擊到飛機表面就有可能結冰，這對飛機安全飛行來說無疑是一大隱患。2004年，一架CRJ200型飛機在包頭起飛沒多久就在包頭機場附近墜毀。最后事故調查認為飛機在包頭機場過夜時，存在結霜的天氣條件，機翼污染物可能是霜，且飛機起飛前沒有進行除冰。如此重大的事故卻是因看似很普通平常的結冰結霜所引起。而且，因飛機結冰導致的墜機事故還屢見不鮮，因此，了解結冰對飛機可能造成的威脅，并掌握飛機除防冰技術變得尤為重要。

1 冰雪霜對飛機的影響

在低溫可結冰的環境中，冰、雪、霜等污染物附著在飛機表面可以對飛機的安全飛行產生不同程度的安全隱患：例如對飛機升力的影響、對飛機正常操縱的影響、對發動機正常運轉的影響以及飛機其他系統或儀表參數的影響等等。

雖然冰、霜、雪等污染物本身的重量對飛機來說如同九牛一毛，不會使飛機產生重大影響，但是結冰的位置卻足以對飛機產生致命的威脅，并且對飛機飛行時的氣動外形也可能會產生改變，從而影響飛機的升力和飛行性能。

1.1 結冰的區域

飛機在冬季運行中很多部位都會形成積雪和積冰，而且并沒有一個單一的規則可以判定什么地方會結冰。下雨或下雪以后，如果環境溫度足夠低，雨或溶雪將會被凍住形成冰（如圖1）。情況嚴重時，在雪下面還會有積冰存在;由于飛機油箱里燃油的溫度比較低，平時在檢查飛機時經常在飛機機翼油箱下表面有一層薄薄的結冰層;當飛機在地面滑行時，跑到上的冰雪混合物或雪泥可以被飛機輪子濺起或者被飛機發動機吹起，附著到飛機表面上，從而產生積冰;除此之外，像飛機的各個操縱多面、 起落架艙門、天線和探頭等也很容易發生結冰，從而導致飛機的操縱與儀表參數顯示受到影響。飛機在低空飛行時，由于空氣中含有水汽，發動機在這樣的環境下運轉也很容易產生結冰。

1.2 對升力的影響

飛機機翼可以為飛機提供正常飛行所需的升力，如圖2所示，當飛機在飛行時，會產生作用于飛機的空氣動力，飛機各部分所受到的空氣動力的總和，稱為總空氣動力，通常用R表示。R在水平和垂直方向上的分力分別稱為升力L和阻力D。總空氣動力力R與翼弦的交點稱為壓力中心。升力為飛機提供向上的力，起到支撐飛機飛行的作用，而阻力則起到阻礙飛機向前飛行的作用。

正常情況下，光滑的飛機機翼表面能給飛機提供穩定的升力，但是當機翼表面附著有冰、霜、雪后，其表面就會變得粗糙，流線型的形狀產生了改變，從而導致流經機翼表面的氣流速度顯著降低，導致機翼表面的氣流提前分離，升力有所減低，機翼的阻力系數增大，最大升阻比減小[1]。同時，機翼結冰增加了機翼的重量，由于重力增大，升力減小，當升力不足以支持飛機重量時，飛機便會進入危險狀態。因此，飛機結冰對其升力會產生影響，是危及飛機安全運行的一個重要因素。

1.3 對飛機操縱系統的影響

飛機的主要操縱舵面為副翼、升降舵、方向舵，分別控制飛機繞橫軸、縱軸、立軸進行滾轉，俯仰，偏航的動作。結冰對飛機的操縱系統也會有影響。以副翼結冰為例：飛機橫滾動作主要是由操縱飛機機翼后緣外側的副翼來實現的。如果副翼舵面縫隙結冰會導致其運動范圍受限制甚至卡死，導致其動態穩定性變差，甚至不能按照飛控計算機給出的指令完成橫滾動作。飛機積冰還會改變重心的位置，這些都會改變飛機的桿力與操縱效率[2]。嚴重情況下，操縱系統可能會完全失效，這是非常危險的。