航空飞行器的结冰与防冰分析

史云飞

摘 要 航空飞行器在大气温度5℃以下和空气湿度较大及复杂气象条件下飞行时，突出部位通常是容易结冰的，比如：旋翼/尾桨的前缘、发动机进气口等。结冰危害是极大的，可能改变飞行器的气动外形，导致升力减小；可能阻挡飞行员的视线，严重时危及飞行安全。因此，需要有关人员加强对航空飞行器的结冰分析，从而制定出有效的防冰措施，保证航空飞行器的安全运行。

关键词 航空飞行器 结冰 防冰 措施

中图分类号：V279 文献标识码：A

0前言

了解结冰对飞行的危害、预测结冰的特性和发展防除冰方法，对于保证飞行安全极为重要。因此，有关部门需要针对不同情况下，不同航空飞行器存在的结冰现象进行详细的分析，并采取有效的防治措施来保障飞行器运行的安全性，从而保证飞行器能够达到航空运行的目的。故此，本文对航空飞行器的结冰与防冰分析具有一定的研究价值和意义。

1研究背景

过去20多年，多起空难被发现与粒径超过1000微米的过冷大水滴结冰有关。水一般在零摄氏度结冰，但过冷水可以在零摄氏度以下还保持液态，也可能随环境变化而瞬间结冰。出于对过冷大水滴的担忧，美国联邦航空局2014年出台规定，要求航空飞行器的防冰和除冰设计考虑相关因素。但对于过冷大水滴的实际结冰机理，人们的认识仍是空白。上海交通大学航空航天学院副院长刘洪教授在新一期美国《流体物理学》杂志上报告说，中国研究人员用了近10年时间设计能够在地面模拟航空飞行器结冰环境的风洞装置，以及能够精确控制水滴粒径的发生器，对介于0至1500微米之间的过冷水滴的结冰过程进行了系统研究，最终量化出了过冷因素和粒径因素影响结冰速率的物理规律。刘洪告诉新华社记者：“航空飞行器结冰的速率因为粒径和过冷因素会差别上百倍，这是以前没有认识到的现象和规律，能够帮助解释失事航空飞行器遭遇的极快速结冰问题。”他指出，这项研究有助提升航空飞行器的设计安全性。目前，他们建立的有关过冷结冰模型、冲击传热水滴模型已应用在国产客机ARJ21和C919的相关设计上。“航空飞行器结冰的真实环境非常复杂，”刘洪说，“接下来将针对飞行的实际环境，不断修正这些理论。这是一个非常庞大与复杂的工作，最终目标是为人类飞行安全做出实质性贡献。”

2結冰的气象条件

航空飞行器飞到一定高度，周围空气湿度足够大，温度足够低，机体表面就可能结冰。从物态变化的角度来讲，结冰实际上是一种水汽或者液态水遇冷而转变为固态的物理现象。飞行中，结冰主要是由大气中水汽直接在机体表面凝华而成。过冷水滴指的是一种高空云层中普遍存在的不稳定的，稍受震动便立即冻结成冰的微小水滴，这种水滴分布于许多云团中。当飞行器在这样的云团中穿行时，一旦机体表面低于0℃，过冷水滴就会在机体表面某些部位冻结，并积聚成冰。飞行中，飞行器的结冰与所穿越云团的温度、湿度、云团状态、降水、时令等状况息息相关。

例如，2014年的亚洲航空QZ8501班机失联，美国专家认为，雷雨坏天气可能是造成航空飞行器失联的因素之一。大气数据显示，客机失联地点的气候极不良，有强雷夹杂风雨的情况，另一名气象专家罗伊斯（Tyler Roys）表示，航空飞行器消失时，飞行途经路线上有一连串的暴雷风雨交织。他说，暴雷雨天气可能发生在很高的空中，现在看来，也许1.04万米的飞行高度都还不足以让航空飞行器躲过这样的恶劣气候条件，而坏天气会导致航空飞行器剧烈震荡，遇上强劲风切、闪电等，这一高度甚至会导致结冰。

3航空飞行器的防除冰措施

3.1人员

第一，在安全和服务方面，一是让全体乘务人员接受换季安全教育培训，充分认识到雾、霾、霜、雨、雪、大风、积云、能见度低等各类复杂恶劣天气集中及机体结冰对飞行安全带来的诸多不利影响。二是切实掌握航空飞行器除防冰相关客舱方面的知识。增强防、除冰检查重要性的认识，较熟练掌握应对各种危险天气以及防除冰的解释、处置方法；严格按照手册程序落实航班中对航空飞行器关键部位的观察及信息报告工作。三是重视并加强监督管理。加强客舱监控巡视，避免发生砸、烫伤旅客事件。四是加强不正常航班处置程序的回顾学习。掌握航班备降后客舱安全管理工作要素，正确应对冬季航班多延误、多备降、多不正常等情况；要求全体乘务人员以旅客体验为导向，认真做好客舱安全服务工作。

3.2技术

航空飞行器除冰/防冰的方法有很多种，本文主要为大家介绍四种方法：第一，压缩空气除冰法是一种使用历史较长的操作方法。它可以快速地清除机身外表上的没有冻结的积雪，绿色环保。但是对于航空飞行器的活动部件，尤其是活动部件的连杆、转抽等有外层护板和遮挡的部分效果不好。此方法适合于低温下干雪的清除。第二，红外线加热除冰法是一种新的除冰方法。它利用集束式安装的大功率红外发生器发射的红外线照射到航空飞行器身上，加热机身融化冰雪来实现除冰作业。作业过程没有污染物残留在其身上，属于环保型作业法，但是设备投资大，适用于冬季降雪周期长、航班较大的机场。第三，热水除冰法是过去常使用的方法，特别是当周围环境温度远低于零摄氏度以下时，热水在低温的机身上会很快冷却可能在航空飞行器表面上重新冻结，影响活动部件的动作，也会阻塞飞行测控仪器。只有在使用热水除冰后的3分钟之内起飞，才可以起到除冰防冰的作用。因此这种方法有很大的局限性。第四，液体除冰液除冰，乙二醇除冰液经混合配比和加热喷洒到航空飞行器上需要处理的部位以清除冰冻层，再用经过测定、配比的防冰液喷洒到航空飞行器需要处理的部位上，防止再次形成冰冻层或冰堆积，两步操作完成除冰和防冰工作。目前这是使用最多的除冰方法。

4结束语

综上所述，本文主要从航空飞行器结冰的因素入手分析，并对亚洲航空QZ8501班机失联进行分析，然后详细探讨了航空飞行器如何进行有效的防除冰工作，以及防除冰工作中会用到的一些技术手段，这对于提高航空飞行器的安全运行效率具有十分重要的作用。

参考文献

[1] 岳剑飞，时磊.航空飞行器的结冰与防冰[J].科技与企业，2014（12）：366.

[2] 周莉，徐浩军，龚胜科，李大伟.航空飞行器结冰特性及防除冰技术研究[J].中国安全科学学报，2010，20（06）：105-110.endprint