飞机积冰对飞行安全的影响研究

飞机积冰对飞行安全的影响研究

许海强

（黑龙江省哈尔滨市航空工业哈飞，150060）

摘要：随着我国航空事业不断发展，近些年飞机结冰问题造成事故频问题也愈加严重，严重影响飞机飞行的安全性。这就需要重视结冰对飞机飞行安全的影响，并采用相关防护技术，降低飞机飞行的结冰率或减少结冰对飞机飞行安全的影响。基于此，文章重点探究飞机飞行结冰的机理和对飞机飞行的安全影响，进而提出了飞机飞行结冰防护技术。

关键词：飞机积冰；飞行安全；影响

1前言

飞机积冰多发生在飞机外露突出的迎风部位。任何部位的积冰都会使飞机的空气动力性能变坏，影响其稳定性和操纵性，严重时可造成航空事故。随着航空技术的发展，飞机性能不断改进，速度大，升限高，常配有防冰设备，使飞机积冰的影响大为减少。但飞机积冰对航空活动仍然是一种危险现象，因飞机积冰造成的飞行事故仍时有发生，飞机积冰仍然是空气动力、航空气象、航空技术装备等科学研究的重要问题。

2不同部位积冰对飞行安全的影响

2.1升力面积冰

机翼表面结冰会严重影响到飞机的正常飞行。一旦机翼外形被积冰所破坏了，所产生的升力也就比原来小了。在起飞过程中，飞机无法在地面效应中得到足够的升力，飞机便会再一次砸向地面。在相同的迎角下，升力减小，阻力增大，为了维持住高度，飞机需要更大的动力，在加大推理的情况下，燃油消耗也会增大。

还有一种升力面积冰的影响是尾翼失速。进近阶段，飞机的襟翼是全部伸出的，这个时候作用在水平安定面上的气动力载荷是最大的。由于堆积在水平安定面上的积冰左右两侧往往是不对称的，飞机受力不均，会往一侧偏转，加之水平安定面上的积冰会使飞机俯仰静安定性变差，会使升降舵效率和俯仰操作性能变差。尾翼上的积冰飞行员是无法观察到的，发生失速一般情况下都会考虑机翼失速，尾翼失速与机翼失速的改出方法又有所不同，如果在这种情况下发生误操作，飞机会以更加笔直的角度撞向地面，发生惨剧。

2.2发动机积冰

发动机积冰主要分为两种，一种是汽化器结冰，是通过影响发动机的汽化器使发动机发生熄火等情况；另一种则是发动机进气口发生积冰。

普通的吸气式发动机在汽化过程时，可能会使外部吸入的空气温度下降15℃，如果空气中的水分子充足，积冰就有可能产生。积冰会集聚在转盘和文丘里管内壁上，渐渐的使管口变小，吸入的空气量越来越少，使汽化器正常工作受到影响，甚至可能发生熄火。另一种发动机积冰是发动起进气口积冰，他可能发生在汽化器发动机上也可能发生在喷油发动机上。发动机进气口堵住，是空气无法进如发动机内部，严重的会导致引擎熄火。

2.3皮托管静压孔积冰

皮托管静压孔，与其直接挂钩的是飞机的空速表，高度表以及垂直升降率表。此处以空速表为例，空速表是测量飞机飞行速度的仪表。一旦积冰堵塞了飞机的皮托管与静压孔，空速表就会收到影响。仅仅只是皮托管堵塞时，空速表数值随飞机高度的增大而增加，随飞机高度减少而减小。如果皮托管和静压孔一起堵塞，空速表将停止不动，失去功效。

2.4天线积冰

飞机上的导航设备，无线电设备都是需要通过天线来实现工作的，有的天线即使发射器也是接收器，他对于这些设备的运作可谓是起决定性作用的。天线积冰可能会引起天线的折断，严重干扰雷达通讯。

2.5风挡积冰

飞机的挡风玻璃也可能发生积冰，一旦受挡面积严重，飞行员就丧失了目视飞行的能力，对于飞行安全是很不利的。特别是起飞与降落更成了完全不可能完成的任务。即使有仪表着陆系统的帮助，但是在下降到一定的高度后还是要转为目视飞行的。

2.6操纵面积冰

飞机的操纵面主要为副翼，方向舵和升降舵。飞机结冰后，飞机纵向，横向的动态稳定性和静态稳定性都会受到影响，具体取决于飞机积冰的状况或是飞机机翼积冰后的外形改变。飞机积冰还会改变重心的位置，这些都会改变飞机的杆力与操纵效率。如果在长时间处于积冰环境中，有可能直接导致操作系统完全失效。况且小飞机基本没有什么除冰设备，一旦操纵面失效，情况会十分危险。

2.7起落架积冰

飞机起落架上的积冰可能会在起落架收起时破坏起落架舱的结构和设备，也可能破环起落架本身，起落架外部结构的积冰可能会使起落架无法正常放下或是收起。

2.8燃油积冰

飞行所需的燃油一般情况下很难结冰，但再很多情况下油箱里的燃油内会混有水，这些水可能会在低温环境下结冰，小冰块可能会堵塞燃油口，导致燃油无法正常传送。在飞行过程中，一旦出现这种情况，发动机将会熄火，极大的威胁飞行安全。

3防冰、除冰的方法

3.1物理除冰

物理除冰主要是通过蒙皮振动从而让机表冰层松动、震烈，从而将积冰在机表面上脱离，由于飞机表体结冰短时间内是薄薄一层，因此较脆，振碎脱落是除冰的一种渠道。通常情况下，可以在防护区下铺设胶皮管间断充气、放气实现蒙皮振动，由于皮管弹性缩放即会产生不规则振动情况。当然超声波振动方法也是不错的选择；静电所产生的高能量脉冲让蒙皮弹性变形实现快速鼓动。以上这些方法都可以起到除冰作用，但是会影响飞机气动性，所以当今很少采用。

3.2液体防冰

地面和飞行过程中都可以采用液体防冰方法。地面防冰需要地勤人员在飞机没有起飞之前或没有运行前，在机身喷涂防冰液，让机表形成一层防冰膜，即使冷水滴与防冰膜接触也难以形成积冰。飞行液体防冰是指在飞机指定部位喷涂防冰液，利用飞机的气流惯性、螺旋桨离心作用，将防冰液均匀的涂抹在机表上，可以降低冷水滴的冰点。常见的防冰液有乙烯乙二醇、乙醇、甲醇等，这些液体都有一个特点就是凝固点低。液体防冰会让飞机上的水一直呈现为流体状，即使停止供液在一段时间内也可以避免产生结冰现象。本文建议要以地面防冰技术为主。这是因为飞行防冰中，液体消耗量大、增加飞机负重。

3.3气热防除冰

气热防除冰也就是通过加热从而起到防除冰效果的一项技术。喷气式发动机飞机多是采用汽油加热器作为热气源，所以会增加一定的能源损耗。气热防冰依据加热效果可以划分为湿防冰、干防冰两种形式。其中，干防冰是对保护区域进行连续加热，这样保护区生结冰现象或积冰现象几率几乎为零；湿防冰是通过持续加热让保护区域无法形成结冰条件，也就是将水量蒸发。通过二者对比可以发现，干防冰所需热量大，多用于敏感区域或容易结冰区域，例如挂架和发动机前缘等位置；湿防冰所需热量较少，容易在除冰之后产生冰瘤，防护面整体上呈湿润状态，因此应用在不敏感、少结冰的位置，包括风挡、机翼、尾翼等部位。气热防除冰技术从压气机处引气，实施起来较为困难，如果结冰问题严重，需要大量能源提供热量，造成发动机能量不足。

3.4电热防除冰

该项技术是将电能转化为热能，通过对电能加热防护区域，从而实现防除冰目的。对于不允许积冰或耗电较小的部件，可以采用连续供电加热，包括风挡、空速管等部位；对于少量积冰或耗能较大的位置，可以采用周期供电加热的方法，包括机翼和尾翼等。电热防冰技术由于操作简单、动力损失小、加热均匀、防除冰效率快等优势，因此使用较为广泛，特别是电热系统除冰，由于可以实现数值模拟、精准控制，所以是飞机防除冰发展的一大趋势。

4结语

总之，飞机积冰是飞行中重要的不安全因素，只要熟悉和掌握积冰的规律和特点，才能在实践中做到主动预防，迅速判断和正确果断处置，保证飞行安全。

参考文献

[1]李哲，徐浩军，薛源，等.结冰对飞机飞行安全的影响机理与防护研究[J].飞行力学，2016，3404：10-14.

[2]邵元培，车竞，丁娣.大飞机机翼结冰对飞行动力学特性影响研究[J].飞行力学，2015，23：1-5.