積冰對飛機的危害及防除冰方法

任佩琳

摘 要：隨著經(jīng)濟和各行各業(yè)的快速發(fā)展，飛機在遇到氣溫低、濕度大、降雨、降雪等天氣時，其表面會形成一層霜、雪或冰。若表面冰雪凝結(jié)物在飛機機翼等部位上，會影響飛機的飛行安全性和操作穩(wěn)定性，甚至導致飛行事故。飛機除冰車的主要功能是圍繞駐停的飛機，利用車載除冰設備，在車載高空作業(yè)平臺上將除冰防冰液噴灑在機身表面，從而達到飛行前清除機身冰雪凝結(jié)物的目的。航空器在結(jié)冰氣象條件下飛行時，部件迎風表面可能結(jié)冰，結(jié)冰問題嚴重危害航空器的安全性。航空器表面結(jié)冰，不僅會增加飛機的重量，而且阻礙了空氣的流動，增大了摩擦力并減小升力，尤其是機翼上的冰對航空器性能影響很大。

關鍵詞：積冰危害;防除冰技術;飛機性能

引言

近幾年，隨著我國航空市場地位的不斷提升，國內(nèi)航空客運和貨運需求都得到了強勁增長，在不久的未來，中國有望成為全球最大的航空市場。在航空運營中，飛機積冰是嚴重威脅飛行安全的重要因素，對飛機積冰問題進行深入研究，不僅可以為今后飛機防/除冰裝置的設計以及積冰條件下飛行的操作規(guī)范提供理論基礎，還能為國家自主研發(fā)的大飛機以及民機的適航安全提供支持。

1積冰類型

在實際飛行中，根據(jù)積冰物理過程的不同，在飛機上形成的冰的類型也并不相同，由此也會給飛機帶來不同程度的影響。經(jīng)過長期觀測，積冰類型主要包括：霜冰（RimeIce）、明冰（GlazeIce）、混合冰（MixedIce）。由于飛機實際的飛行環(huán)境十分復雜，導致混合冰的發(fā)生概率比前兩者都要大，混合冰的表面粗糙，形狀不規(guī)則，凍結(jié)十分牢固，對飛機的危害非常大。混合冰（MixedIce）形成于-10°～-20°的云層中，它介于霜冰和明冰之間，同時具備霜冰和明冰的性質(zhì)。

2結(jié)冰對飛機飛行的影響

飛機機體積冰將會對飛行安全造成極大的影響，不僅會使飛行阻力升高，還會導致升力降低，流線型也受到破壞，飛機性能操縱也會隨之下降;如果積冰部位處于發(fā)動機進氣口處時，可能使氣體的流場發(fā)生變化，進而堵塞進氣通道，使得發(fā)動機的性能變差;在除冰過程中，如果去除的積冰塊通過進氣口吸入發(fā)動機內(nèi)部時，將會導致發(fā)動機內(nèi)部的葉片發(fā)生損傷;當傳感器表面形成積冰或者霜雪等附著物時，飛行員將不能及時確切的接收到相應的飛行數(shù)據(jù)和參數(shù)，進而使飛行操控受到影響。所以，機體一旦結(jié)冰將會對飛行安全造成及其嚴重的威脅。機翼與空氣相對運動形成升力從而使飛機起飛，其升力的大小取決于機翼的翼型。飛機的空氣動力特性受機翼表面的霜雪積冰等附著物影響，故起飛時機翼表面不允許附著有污染物，否則嚴重影響飛行安全。冰、雪以及霜對飛機的具體影響如下。（1）積冰以附著物的形式附加在機體表面，其自身的重量將會影響飛機的總體重量甚至加大飛機阻力，還會使飛機的上升力減小，機體脫落的透明冰可能損壞發(fā)動機或機體。（2）當機體關鍵通氣口處有積冰等污染物堆積時，將會嚴重影響飛機的正常工作，導致部件發(fā)生故障甚至飛機系統(tǒng)不能工作，當外部傳感器類部件被積冰等污染物覆蓋時，會將錯誤的飛機參數(shù)傳遞給駕駛員。（3）當機體蒙皮表面存在有積冰霜等妨礙物時，飛機操縱性能下降，平衡性能受到影響。飛機機體表面如果發(fā)生積冰現(xiàn)象將會對飛行安全產(chǎn)生嚴重的影響。即便是機體表面由少許霜雪產(chǎn)生的輕微積冰層也有可能會對機體表面產(chǎn)生損害，當機體表面形成的霜雪冰粗糙都較大時（中粒砂紙般粗細），將可能會造成飛機的操縱品質(zhì)下降，使飛機進入失速范圍。有數(shù)據(jù)表明，當積冰冰粒直徑處于1mm～2mm之間時，將會導致最大升力系數(shù)在自由空氣條件下下降約1/3，同時在地面效應條件下升力系數(shù)約損失1/5，在這種情況下可能使飛機無法正常起飛。

3防/除冰技術

3.1靜液壓傳動系統(tǒng)的技術方案

利用電氣控制系統(tǒng)控制比例電磁鐵，將輸入電信號轉(zhuǎn)換為推力作用于此閥芯，閥芯移動使壓力油進入伺服活塞腔一側(cè)，閥芯的開口度比例對應于作用在此伺服活塞腔一側(cè)的壓力，雙作用伺服活塞在兩側(cè)壓差的作用下帶動斜盤角度發(fā)生改變，進而實現(xiàn)行走油泵在正最大排量與負最大排量之間的無級變化;排量為正值或負值時進入行走馬達的高壓液壓油入口不同，使行走馬達正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)車輛前進或后退的功能;利用電氣控制系統(tǒng)控制比例電磁鐵，控制行走馬達斜盤角度的變化，進而控制馬達排量;利用電氣控制系統(tǒng)對行走油泵和驅(qū)動馬達之間的排量和流量實施匹配，進而使車輛滿足最低穩(wěn)定車速、最高車速、最大爬坡度等性能要求。

3.2維修過程中注意保護除冰套，避免維修過程中損傷除冰套

在安裝除冰套的過程中，不要用腳踩除冰套，也不要把工具等放在除冰套上;不要將石油、汽油、油漆去除劑、溶劑等有質(zhì)沾在除冰套上;不要在除冰套上行走;盡量避免將工作梯或工作臺靠在除冰套上，如果必須貼靠，一定要加棉墊保護除冰套;當加注燃料或維護飛機時，不要在除冰套上拖曳軟管;飛機噴漆時，必須要用牛皮紙等東西蓋住除冰套，不要將漆噴到除冰套上。

3.3防冰涂料應用

一旦發(fā)生結(jié)冰就會對氣動外形造成不利影響，脫落的冰溜有可能導致其他部位的機械損傷，因此飛機防冰涂料的防冰能力主要體現(xiàn)在前期的延遲結(jié)冰階段。飛機防冰涂料在裝機前均需通過地面冰風洞驗證，在模擬結(jié)冰參數(shù)的風洞條件下，現(xiàn)有涂層很難長時間保持延遲防冰效果，有風洞試驗表面，部分部件在一定條件或狀態(tài)下可實現(xiàn)20min的延遲結(jié)冰效果，但其效果很難全面覆蓋各種結(jié)冰環(huán)境參數(shù)，這也是鮮有報道防冰涂料投入市場應用的主要原因。基于結(jié)冰環(huán)境的復雜性和不確定性，目前國內(nèi)外仍普遍傾向于主動防冰技術，但耗能大是一個不可忽視的問題，為了降低能耗、保證飛行的安全性和可靠性，國內(nèi)某型裝備通過熱+防冰涂層聯(lián)合的方式，將海化院研制的WZ-1-500低表面能憎水防冰涂料與氣熱輔助防冰技術聯(lián)用，有效緩解了飛機在行過程中的結(jié)冰問題，降低了結(jié)冰的風險，目前此方案已應用多年。

3.4溫度檢測系統(tǒng)

將吹脫性能試驗裝置直接放置于可控溫（-40℃～25℃）的低溫實驗室中，實現(xiàn)對整體裝置的溫度調(diào)節(jié)，用以模擬飛機飛行時所處的低溫環(huán)境。使用溫度傳感器和溫度傳感器實現(xiàn)對測試段內(nèi)空氣和除冰液溫度的監(jiān)測，確保試驗溫度的可靠性。兩個溫度傳感器探頭均采用熱電偶形式，直徑為0.16mm，且探頭伸出風道內(nèi)表面1mm。其中溫度傳感器安裝于第二站位左端面往右23mm、寬度中點往里邊5mm處，溫度傳感器安裝于第三站位右端面往左18mm寬度中點處。因此每次飛行后都要對翼面、安定面及進氣道除冰套目視檢查，及時處理除冰套上的污染物和損傷，以免出現(xiàn)航空器運行過程中出現(xiàn)除冰套失效的情況，而且及時的清潔可以避免除冰套被進一步腐蝕，及時的修復可以防止損傷擴大，對延長除冰套壽命節(jié)約維修成本有著重要作用。

結(jié)語

積冰會嚴重影響飛行性能，綜合考量之下，現(xiàn)代飛機的機翼多采用電熱和熱氣防/除冰系統(tǒng)。此外，對于飛機的其他部位，一般會根據(jù)其積冰特點來針對性的選用不同的防/除冰技術，從而達到最佳的防護效果，保障飛行安全。在實際維護過程中我們要認真落實日常檢查維護工作，維修活動中要注意對除冰套的保護，避免因工作不到位導致系統(tǒng)部件壽命減少或出現(xiàn)額外損傷。

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