積冰對飛機的危害及防除冰方法

任佩琳

摘 要：隨著經濟和各行各業的快速發展，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物的目的。航空器在結冰氣象條件下飛行時，部件迎風表面可能結冰，結冰問題嚴重危害航空器的安全性。航空器表面結冰，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范提供理論基礎，還能為國家自主研發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境十分復雜，導致混合冰的發生概率比前兩者都要大，混合冰的表面粗糙，形狀不規則，凍結十分牢固，對飛機的危害非常大?；旌媳∕ixedIce）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。

2結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動機進氣口處時，可能使氣體的流場發生變化，進而堵塞進氣通道，使得發動機的性能變差;在除冰過程中，如果去除的積冰塊通過進氣口吸入發動機內部時，將會導致發動機內部的葉片發生損傷;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據和參數，進而使飛行操控受到影響。所以，機體一旦結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，導致部件發生故障甚至飛機系統不能工作，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生積冰現象將會對飛行安全產生嚴重的影響。即便是機體表面由少許霜雪產生的輕微積冰層也有可能會對機體表面產生損害，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下降，使飛機進入失速范圍。有數據表明，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靜液壓傳動系統的技術方案

利用電氣控制系統控制比例電磁鐵，將輸入電信號轉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，閥芯的開口度比例對應于作用在此伺服活塞腔一側的壓力，雙作用伺服活塞在兩側壓差的作用下帶動斜盤角度發生改變，進而實現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，使行走馬達正轉或反轉，進而實現車輛前進或后退的功能;利用電氣控制系統控制比例電磁鐵，控制行走馬達斜盤角度的變化，進而控制馬達排量;利用電氣控制系統對行走油泵和驅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

一旦發生結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在前期的延遲結冰階段。飛機防冰涂料在裝機前均需通過地面冰風洞驗證，在模擬結冰參數的風洞條件下，現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下可實現20min的延遲結冰效果，但其效果很難全面覆蓋各種結冰環境參數，這也是鮮有報道防冰涂料投入市場應用的主要原因?；诮Y冰環境的復雜性和不確定性，目前國內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，國內某型裝備通過熱+防冰涂層聯合的方式，將?；貉兄频腤Z-1-500低表面能憎水防冰涂料與氣熱輔助防冰技術聯用，有效緩解了飛機在行過程中的結冰問題，降低了結冰的風險，目前此方案已應用多年。

3.4溫度檢測系統

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，實現對整體裝置的溫度調節，用以模擬飛機飛行時所處的低溫環境。使用溫度傳感器和溫度傳感器實現對測試段內空氣和除冰液溫度的監測，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，以免出現航空器運行過程中出現除冰套失效的情況，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約維修成本有著重要作用。

結語

積冰會嚴重影響飛行性能，綜合考量之下，現代飛機的機翼多采用電熱和熱氣防/除冰系統。此外，對于飛機的其他部位，一般會根據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部件壽命減少或出現額外損傷。

參考文獻：

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