飛機積冰對飛機的影響分析1.1積冰對飛機安全的影響如果飛機在飛行時出現(xiàn)了積冰這會對飛行造成什么影響，這是我們學習航空航天應該考慮到的很重要的問題?？偟膩碚f，飛行器在飛行時，如果飛行器的表面出現(xiàn)積冰時，那么積冰對飛行器的空氣動力將會造成非常大的影響。根據(jù)風洞試驗證明，飛機的機翼前緣如果有大約半英寸厚的積冰時，飛機會減少百分之五十的升力和提升百分之六十的阻力。飛機產(chǎn)生積冰的速度非常的快，如果飛機在積冰嚴重的情況下，僅僅只需要五分鐘其產(chǎn)生積冰厚度可以達二到三英寸。而最嚴重的積冰情況一般都是發(fā)生在云外飛行時、飛機在結冰溫度下遇到下雨的時候。1.2結冰的形狀飛行高度較高時，飛機迎風面上常見的結冰形式有三種，即干冰、水滴冰和升華冰。"干冰"現(xiàn)象是指飛機在飛行時遇到了一大片冰雪或者是雨雪交加的云層。飛機部件的迎風面因為空氣動力產(chǎn)生的加熱或著因為飛機防冰除冰設備進行工作等原因使表面溫度高于冰點溫度，出現(xiàn)積冰融化成水之后又重新凝固成積冰的物理現(xiàn)象。一般而言,飛機在過程中遭遇干結冰現(xiàn)象并不常見,并且這種干結冰現(xiàn)象一般都不會對飛機本身和其在飛行中的過程產(chǎn)生危險,但是如果在飛機發(fā)動機的進風口彎道和發(fā)動機的進氣部件表面就會產(chǎn)生干結冰現(xiàn)象,所產(chǎn)生的這些積冰一旦進入了發(fā)動機后,會嚴重地損毀了發(fā)動機的壓氣器和葉片，從而讓飛機的發(fā)動機失靈，因此，干結冰在某些情況下仍然會有一定的危害。在大氣的對流層下半部中的云霧里，經(jīng)常存在許多溫度在冰點以下但卻仍然因冰不能完全凝固而突然形成一層積冰的塊狀水滴,被當時人們將其叫做"積冰過冷后的水滴"。水滴積冰在嚴重時常常會改變飛機的空氣動力學外形。過冷水滴產(chǎn)生的運動形式會給飛機的飛行安全造成危害與飛機本身的一些元器件帶來了一定的損傷。所以,水滴積冰現(xiàn)象是目前現(xiàn)代飛機防冰除冰技術的主要解決方案同時也被認為是重點探討的對象之一。當飛機從寒冷地區(qū)進入溫暖地區(qū)時，一般會出現(xiàn)“升華結冰”現(xiàn)象，其周圍溫度比飛機機體表面溫度要高，而且機體表面溫度達到了能夠出現(xiàn)霜凍的程度時，空氣蘊含的蒸汽與水滴就會在凝結成冰并附著在飛機表面。但是當飛機的表面溫度同周圍環(huán)境的溫度保持平衡時，飛機表面產(chǎn)生的積冰會開始融化消失，基于此點所以升華結冰現(xiàn)象一般是不會對飛機或飛行產(chǎn)生安全隱患的。有關于飛機部件表面的積冰形成原因和產(chǎn)生積冰現(xiàn)象的嚴重性和危險性的因素有很多，其中的關鍵包括有當時的天氣狀況、飛機部件的外形、當時飛行的狀態(tài)等諸多因素。一般而言,當云層太冷且包括大量液態(tài)水,當飛機在高速航空時穿越這樣的云層時特別容易產(chǎn)生積冰;如果在大氣層中的溫度約在0～-15℃的時侯，最有可能發(fā)生積冰的一種情況,并且如果云層中水滴的長度超過20微米那么所產(chǎn)生的這些積冰就可能對其飛行構成威脅;高速飛行中的大型飛機與云層之間的低溫水滴在空中進行撞擊的次數(shù)也可能會逐漸變多,產(chǎn)生的積冰也可能隨著積雪而增多;但是,飛行的速度達到或者在超過冰面積極限的情況下飛行時,在飛機的空氣動力被加熱后的作用下,即可以進入飛機零件列表面無法形成積冰。圖1.1.1NPRM中對積冰條件下飛行性能的要求飛機表面產(chǎn)生的積冰形狀一般由于大氣中的云滴直徑,大氣中的溫度和飛機的運動速度所決定。在高速航空飛行中,當一架飛機通過具有較大的過冷水滴體積和多個數(shù)量且過冷度相對較低的云時,就會產(chǎn)生如圖1.1.2(a)表示的嚴重影響了飛機氣動性能,對飛行器在整個飛行中會造成嚴重危害和安全隱患。飛機在低速飛行的過程中,通過的云層內過冷水滴數(shù)量相對較少,但是當溫度極低時,飛機零部件的表面會產(chǎn)生大量的積冰,它們通常為白色不透明的,形狀可分為多個孔狀或顆粒態(tài),叫做“矛狀冰”見圖1.1.2(C)。這樣的結冰結構與“雙角冰”對比較松散。通常飛機在振動和顛簸的時候會比較容易脫落，這種結冰對飛機的氣動性能和飛行安全的影響不大。通常情況下，處于這兩種冰層之間的所謂“中間冰層”(圖1.1.2(b))，其危害程度與積冰速度呈“雙角狀”和“矛狀狀”變化。圖1.1.2為飛機表面結冰形狀圖1.3不同部位結冰的影響1.3.1機翼結冰在飛機的外表面，飛機的蒙皮上產(chǎn)生結冰，尤其是在飛機的機翼表面上存在的積冰是會嚴重危害到飛機的飛行安全。冰，雪，霜，即使只對飛機的表面造成輕微污染，也會破壞飛機的翼面，如果冰是與飛機中粒砂粗糙度相似的話，就會導致操縱性能降低到危險的程度，并使飛機達到失速狀態(tài)。從風洞實驗的結果可以來看,直徑系數(shù)為一到二毫米的大小就像是如同一個鹽粒狀的冰晶,如果直徑是每平方厘米一個進行分布,那么將嚴重地增加了飛機的機翼表面粗糙度,會嚴重地降低了飛機最大提升力系數(shù)并且會在地面效應和空氣效應中的損失分別達到百分之二十二和三十三。它造成的升力損失大道可以使擁有高性能的超臨界翼型機翼的飛行器無法順利起飛。如果是像砂紙那般粗糙的飛機機翼表面會使飛機的最大升力損失百分之三十二，而且會在振桿器給出失速報警之前失速。而且平直機翼的螺旋槳飛機與具有前緣增升裝置的后掠翼噴氣機都會受到薄冰的不利影響。據(jù)試驗表明，飛機翼面升力對翼弦最初百分之二十的平滑繞流非常敏感，哪怕只有很薄的一層積冰也會影響與妨害附面層，從而會造成阻力增加并導致機翼上早期氣流分離。1.3.2尾翼結冰當飛機的尾翼前緣出現(xiàn)積冰現(xiàn)象時，就會有可能導致飛機的尾翼發(fā)生失速。因為積冰現(xiàn)象引起的飛機尾翼失速現(xiàn)象一般是發(fā)生在五邊進近階段，因為在五邊進近時飛機襟翼全部伸出，這時作用在飛機平尾上氣動力產(chǎn)生的載荷達到了最大。前緣的積冰對氣流產(chǎn)生了干擾引起了飛機的平尾失速，飛機的平尾上負升力瞬間消失，飛機機頭瞬間急劇向下。在這種失速中改出來的的操作程序與飛機的機翼失速的情況完全不同，飛機機翼失速時是使用了全動力和往前推桿的方法用來改出，但如果只是在飛機尾翼失速而機翼不失速的狀況下使用這種方法則會帶來嚴重的飛行安全問題。發(fā)生尾翼失速正確的操作方法是將飛行動力下降到慢車狀態(tài)，于此同時向后拉動控制桿。在1989年，聯(lián)合捷運公司發(fā)生了一起飛機撞地事故，一架噴氣流飛機在飛行到華盛頓的帕斯科發(fā)生了尾翼失速從而發(fā)生撞地，這是一起典型的由于飛機尾翼失速造成的事故。事故發(fā)生的時候，當時的飛行情況是飛機在晚上進行ILS進近，當時云底高度是離地一千英尺，低于當時的目視飛行條件，飛機的表面溫度是32F，大氣露點溫度是30F。NTSB給出的的調查報告指出，在飛機的下降過程中，飛機在表面積冰條件下飛行了九分半鐘。五邊進近是非常不穩(wěn)定的，從而導致進近時速度比正常空速要大，從而導致了這次撞地事故，結果是有2名飛行員和4名飛機乘客死亡。根據(jù)NTSB的說法，飛機水平安定面的失速和飛機失去控制是這次飛行事故的可能原因;由于飛機產(chǎn)生積冰從而造成了飛機的性能下降也被認為是一個很重要的影響因素。所以無論在什么時候，當飛機開始產(chǎn)生積冰或者發(fā)現(xiàn)飛機出現(xiàn)積冰時，要注意飛機著陸時的襟翼情況，尤其是在預計到飛機平尾有積冰時，更要特別注意飛機著陸時的飛機襟翼問題。1.3.3螺旋槳結冰不只飛機的機翼和尾翼都有積冰，螺旋槳上也有積冰。在推進器發(fā)生結冰的情況下，飛機的飛行動力下降，空速下降，同時機油消耗增加。而螺旋槳上的冰塊積聚也會破壞飛機螺旋槳的平衡。與此同時，螺旋槳振動很大。1.3.4管道結冰飛機的管道積冰其中的部位包括飛機的空速管、噴氣飛機的N1I壓力傳感器、飛機雷達天線和燃油系統(tǒng)的通氣管，管道內的積冰會給飛行帶來一些其他的嚴重安全問題。(1)飛機空速管內產(chǎn)生積冰是一個十分嚴重的問題。卻有些飛行員對這件事不太注意。飛機儀表盤中最重要的指示就是空速指示，空速指示的讀數(shù)是根據(jù)大氣的動壓和靜壓得出的。如果飛機的空速管收到積冰是阻塞的，那么空速指示這個儀表就成了“高度計”，飛機的空速增加了，“高度”指示也隨之增加了，這就給飛行員帶來了錯誤的指示。1974年，美國紐約附近發(fā)生了一起波音727飛機墜機事故，這起事故的起因就與當時飛機上的空速管產(chǎn)生積冰有關。當飛機在爬升途中遇到產(chǎn)生積冰的條件，但機組人員卻沒有打開飛機空速管的除冰設備，從而得到了錯誤的儀表盤讀數(shù)。最后當飛機上升到離地兩萬兩千英尺時出現(xiàn)了失速現(xiàn)象，飛機不幸落地墜毀。(2)飛機的N1壓力傳感器產(chǎn)生積冰會造成飛機傳感器堵塞，從而引起錯誤的大功率指示，導致機組人員在飛機起飛時會使用比實際需求要小的推力。一九八二