积冰对飞机的危害及防除冰方法

任佩琳

摘 要：随着经济和各行各业的快速发展，飞机在遇到气温低、湿度大、降雨、降雪等天气时，其表面会形成一层霜、雪或冰。若表面冰雪凝结物在飞机机翼等部位上，会影响飞机的飞行安全性和操作稳定性，甚至导致飞行事故。飞机除冰车的主要功能是围绕驻停的飞机，利用车载除冰设备，在车载高空作业平台上将除冰防冰液喷洒在机身表面，从而达到飞行前清除机身冰雪凝结物的目的。航空器在结冰气象条件下飞行时，部件迎风表面可能结冰，结冰问题严重危害航空器的安全性。航空器表面结冰，不仅会增加飞机的重量，而且阻碍了空气的流动，增大了摩擦力并减小升力，尤其是机翼上的冰对航空器性能影响很大。

关键词：积冰危害;防除冰技术;飞机性能

引言

近几年，随着我国航空市场地位的不断提升，国内航空客运和货运需求都得到了强劲增长，在不久的未来，中国有望成为全球最大的航空市场。在航空运营中，飞机积冰是严重威胁飞行安全的重要因素，对飞机积冰问题进行深入研究，不仅可以为今后飞机防/除冰装置的设计以及积冰条件下飞行的操作规范提供理论基础，还能为国家自主研发的大飞机以及民机的适航安全提供支持。

1积冰类型

在实际飞行中，根据积冰物理过程的不同，在飞机上形成的冰的类型也并不相同，由此也会给飞机带来不同程度的影响。经过长期观测，积冰类型主要包括：霜冰（RimeIce）、明冰（GlazeIce）、混合冰（MixedIce）。由于飞机实际的飞行环境十分复杂，导致混合冰的发生概率比前两者都要大，混合冰的表面粗糙，形状不规则，冻结十分牢固，对飞机的危害非常大。混合冰（MixedIce）形成于-10°～-20°的云层中，它介于霜冰和明冰之间，同时具备霜冰和明冰的性质。

2结冰对飞机飞行的影响

飞机机体积冰将会对飞行安全造成极大的影响，不仅会使飞行阻力升高，还会导致升力降低，流线型也受到破坏，飞机性能操纵也会随之下降;如果积冰部位处于发动机进气口处时，可能使气体的流场发生变化，进而堵塞进气通道，使得发动机的性能变差;在除冰过程中，如果去除的积冰块通过进气口吸入发动机内部时，将会导致发动机内部的叶片发生损伤;当传感器表面形成积冰或者霜雪等附着物时，飞行员将不能及时确切的接收到相应的飞行数据和参数，进而使飞行操控受到影响。所以，机体一旦结冰将会对飞行安全造成及其严重的威胁。机翼与空气相对运动形成升力从而使飞机起飞，其升力的大小取决于机翼的翼型。飞机的空气动力特性受机翼表面的霜雪积冰等附着物影响，故起飞时机翼表面不允许附着有污染物，否则严重影响飞行安全。冰、雪以及霜对飞机的具体影响如下。（1）积冰以附着物的形式附加在机体表面，其自身的重量将会影响飞机的总体重量甚至加大飞机阻力，还会使飞机的上升力减小，机体脱落的透明冰可能损坏发动机或机体。（2）当机体关键通气口处有积冰等污染物堆积时，将会严重影响飞机的正常工作，导致部件发生故障甚至飞机系统不能工作，当外部传感器类部件被积冰等污染物覆盖时，会将错误的飞机参数传递给驾驶员。（3）当机体蒙皮表面存在有积冰霜等妨碍物时，飞机操纵性能下降，平衡性能受到影响。飞机机体表面如果发生积冰现象将会对飞行安全产生严重的影响。即便是机体表面由少许霜雪产生的轻微积冰层也有可能会对机体表面产生损害，当机体表面形成的霜雪冰粗糙都较大时（中粒砂纸般粗细），将可能会造成飞机的操纵品质下降，使飞机进入失速范围。有数据表明，当积冰冰粒直径处于1mm～2mm之间时，将会导致最大升力系数在自由空气条件下下降约1/3，同时在地面效应条件下升力系数约损失1/5，在这种情况下可能使飞机无法正常起飞。

3防/除冰技术

3.1静液压传动系統的技术方案

利用电气控制系统控制比例电磁铁，将输入电信号转换为推力作用于此阀芯，阀芯移动使压力油进入伺服活塞腔一侧，阀芯的开口度比例对应于作用在此伺服活塞腔一侧的压力，双作用伺服活塞在两侧压差的作用下带动斜盘角度发生改变，进而实现行走油泵在正最大排量与负最大排量之间的无级变化;排量为正值或负值时进入行走马达的高压液压油入口不同，使行走马达正转或反转，进而实现车辆前进或后退的功能;利用电气控制系统控制比例电磁铁，控制行走马达斜盘角度的变化，进而控制马达排量;利用电气控制系统对行走油泵和驱动马达之间的排量和流量实施匹配，进而使车辆满足最低稳定车速、最高车速、最大爬坡度等性能要求。

3.2维修过程中注意保护除冰套，避免维修过程中损伤除冰套

在安装除冰套的过程中，不要用脚踩除冰套，也不要把工具等放在除冰套上;不要将石油、汽油、油漆去除剂、溶剂等有质沾在除冰套上;不要在除冰套上行走;尽量避免将工作梯或工作台靠在除冰套上，如果必须贴靠，一定要加棉垫保护除冰套;当加注燃料或维护飞机时，不要在除冰套上拖曳软管;飞机喷漆时，必须要用牛皮纸等东西盖住除冰套，不要将漆喷到除冰套上。

3.3防冰涂料应用

一旦发生结冰就会对气动外形造成不利影响，脱落的冰溜有可能导致其他部位的机械损伤，因此飞机防冰涂料的防冰能力主要体现在前期的延迟结冰阶段。飞机防冰涂料在装机前均需通过地面冰风洞验证，在模拟结冰参数的风洞条件下，现有涂层很难长时间保持延迟防冰效果，有风洞试验表面，部分部件在一定条件或状态下可实现20min的延迟结冰效果，但其效果很难全面覆盖各种结冰环境参数，这也是鲜有报道防冰涂料投入市场应用的主要原因。基于结冰环境的复杂性和不确定性，目前国内外仍普遍倾向于主动防冰技术，但耗能大是一个不可忽视的问题，为了降低能耗、保证飞行的安全性和可靠性，国内某型装备通过热+防冰涂层联合的方式，将海化院研制的WZ-1-500低表面能憎水防冰涂料与气热辅助防冰技术联用，有效缓解了飞机在行过程中的结冰问题，降低了结冰的风险，目前此方案已应用多年。

3.4温度检测系统

将吹脱性能试验装置直接放置于可控温（-40℃～25℃）的低温实验室中，实现对整体装置的温度调节，用以模拟飞机飞行时所处的低温环境。使用温度传感器和温度传感器实现对测试段内空气和除冰液温度的监测，确保试验温度的可靠性。两个温度传感器探头均采用热电偶形式，直径为0.16mm，且探头伸出风道内表面1mm。其中温度传感器安装于第二站位左端面往右23mm、宽度中点往里边5mm处，温度传感器安装于第三站位右端面往左18mm宽度中点处。因此每次飞行后都要对翼面、安定面及进气道除冰套目视检查，及时处理除冰套上的污染物和损伤，以免出现航空器运行过程中出现除冰套失效的情况，而且及时的清洁可以避免除冰套被进一步腐蚀，及时的修复可以防止损伤扩大，对延长除冰套寿命节约维修成本有着重要作用。

结语

积冰会严重影响飞行性能，综合考量之下，现代飞机的机翼多采用电热和热气防/除冰系统。此外，对于飞机的其他部位，一般会根据其积冰特点来针对性的选用不同的防/除冰技术，从而达到最佳的防护效果，保障飞行安全。在实际维护过程中我们要认真落实日常检查维护工作，维修活动中要注意对除冰套的保护，避免因工作不到位导致系统部件寿命减少或出现额外损伤。

参考文献：

[1]詹大可，张帆，赵澎渤.民用飞机气动除冰系统技术[J].航空技术推广，2016，09：52.

[2]西安飞机制造公司.MA600AMM-SDS飞机维护手册-系统说明R332020-10-19.