飞机积冰

更新时间:2023-03-23 17:20

飞机积冰是指飞机机体表面某些部位聚集冰层的现象。它主要由云中过冷水滴或降水中的过冷雨碰到飞机机体后结冰形成的,也可由水汽直接在机体表面凝华而成。飞机在云中飞行时间过长易导致积冰。

积冰程度划分

FAR和AIM将积冰程度划分为4个等级,用以说明积冰情况的严重性。

1微量积冰(Trace):这种程度的积冰率稍大于升华。除非出现的时间很长,一般情况下微量积冰被认为是不会造成危害的。

2轻度积冰(Light):如果这种程度的积冰出现时间超过一个小时会给飞机带来一些问题,但如果间断地使用除冰/防冰设备就不会给飞行安全造成危害。

3中度积冰(Moderate):即使短时间遇到这种程度的积冰也会有潜在的危险性,遇到这种情况必须使用防冰设备,同时也可以考虑改变飞行高度或航向。

4严重积冰(Severe):在这种积冰率下,防水设备已不能减少或控制积冰,必须立即改变航向。

应注意,以上的描述是不够明确的,因为不同类型的飞机在相同的环境下对积冰程度的反应是不一样的。如驾驶大型飞机的机组所报告的轻度积冰对一架赛斯纳150飞机来说可能是严重积冰。

积冰的形成

飞机结冰是指飞机机体表面某些部位聚集冰层的现象。它主要由云中过冷水滴或降水中的过冷雨碰到飞机机体后结冰形成的,也可由水汽直接在机体表面凝华而成。飞机在云中飞行时间过长易导致积冰。在寒冷季节,地

(一)结冰条件

(1)天气条件:

a.在地面,飞机容易积聚结冰的天气条件:

(a)冻雨毛毛雨:外界温度在0°C以下时,过冷状态的雨滴一旦与地面物体接触便容易结冰;

(b)冻结的降水,如雪、雨夹雪或冰雹。雪的种类(湿雪/干雪)与温度、露点有关。湿雪、温度和露点相

互之差通常在1°C以内,外界温度大约在-4°C至1°C之间。干雪出现于、露点相差5°C以上,两者的外界温度在-8°C以下;

(c)过冷的地面雾的冷低云:在寒冷天气条件下,带有过冷水滴的云会在物体表面结冰;

(d)温度在冰点或以下,相对湿度很高的情况下,飞机表面会形成霜。飞机停场过夜时以及飞机从巡航高

度下降着陆后,飞机表面、燃油温度仍保持在冰点以下时,霜的积聚是很常见的。

(2)地面条件:冰的积聚还可以来自其它地面运作或地面运行;面露天停放的飞机也会形成积冰。

a.在有水气、雪水或雪地停机坪、滑行道和跑道上运作;

b.由于地面风、其它飞机或地面辅助设备不断把雪吹起来。

积冰危险区域和预计

积冰危险区域

一般认为,积冰的环境条件是可见湿度(云、雾、雨和雪)和结冰温度。有的事故记录表明,上述积冰条件中的结冰温度并不是绝对的,出现积冰时的环境温度不一定要限制在冰点以下。以下3种情况就是应该注意的积冰危险区域。

1 下降阶段。当飞机在较高航线飞行时,飞机表面温度可以是在0℃以下。如飞机下降过程中遇到潮湿空气,即使此时环境温度在冰点以上也可能形成透明冰或霜。

2 即使周围环境温度在冰点以上,机翼油箱部位的表面温度也有可能低于0℃,当遇到降雨时就可能形成冰并粘附在机翼上。

3 虽然在飞行高度上的温度在冰点以上,但如遇到过冷雨,也可能在飞机上形成透明冰。

近年来的一些严重事故和大量的事故征候表明上述的环境条件是造成事故或事故征候的一个因素。

对积冰危险的预计

如何预计积冰危险的存在对飞行来说是很重要的,预计积冰危险的措施一般有以下3种:

1了解已知的积冰:查看其他飞行员的报告,了解是否已有有关积冰情况的报告,这对于预计什么地点会出现积冰是很有用的。

2收集积冰预报资料:飞行航务部门利用国家气象资料,根据湿度和温度对某一高度上可能积冰情况做出预报,对飞行员来说,掌握这些重要的气象情报资料可以帮助其做出对积冰危险的预计。

3确定积冰条件:要正确判断是否可能出现积冰,飞行员要懂得造成积冰的一些原因和条件。虽然飞行员在飞行前没有得到有关积冰的报告或预报,在飞行中也应该随时注意观察外部温度和其他气象情况,这有助于及时发现突然遇到的积冰危险。

积冰对飞行安全的影响

当飞机出现积冰时对飞行会有什么影响,这是应该考虑到的很重要的问题。总的来说,当飞机空气动力表面出现积冰时,对空气动力的影响是很大的。风洞试验表明,当机翼前缘有半英寸厚的积冰时,会减少50%的升力和增加60%的阻力。

积冰的速度是非常快的,有时在严重积冰的情况下,5分钟内的积冰厚度可达2-3英寸。最严重的积冰情况一般发生在云外飞行时、在结冰温度下遇到降雨的时候。

机翼结冰

飞机外部结冰,特别是机翼表面结冰严重影响飞行安全。即使冰或雪或霜造成轻微污染也能损害翼面,相当于中粒砂纸的冰粗糙度可导致操纵品质降低到危险程度和失速范围。根据风洞试验数据,直径1~2毫米、食盐大小的细小霜粒或冰粒,按每平方厘米一个的密度稀疏分布在机翼上表面,造成机翼上表面粗糙,会使最大升力系数在地面效应和自由空气两种条件下分别损失22%和33%。其造成的升力损失之大,足以使具有高性能的超临界翼型机翼的飞机无法起飞。

波音公司的试验表明,砂纸般粗糙度的机翼表面使板条机翼的最大升力降低32%,而且在振杆器发出失速报警前失速。平直机翼螺旋桨飞机和有前缘增升装置的后掠翼喷气机都受薄冰的不利影响。试验表明,翼面升力对翼弦最初20%的平滑绕流很敏感,哪怕很薄的一层冰也会妨害附面层,造成阻力增加并导致早期气流分离。(如下图正常翼面气流图与结冰时的气流分离图):

尾翼失速

当尾翼前缘出现积冰时,有可能导致尾翼失速。积冰引起的尾翼失速一般发生在五边进近阶段,这是因为五边进近时襟翼全部伸出,作用在平尾上的气动力载荷达到最大。由于前缘积冰对气流的干扰引起平尾失速,平尾上负升力突然消失,机头急剧下俯。

从这种失速中改出的操作程序与机翼失速的情况不同,机翼失速时是应用全动力和向前推杆的方法来改出,但在只是尾翼失速而机翼不失速的情况下用这种方法则会带来问题。从尾翼失速中改出的正确方法是将动力减小到慢车状态,同时向后拉杆。

1989年联合捷运公司的一架喷气流飞机在华盛顿的帕斯科发生的撞地事故是尾翼失速的一个例子。事故发生时的飞行情况是飞机在夜间进行ILS进近,云底高度是离地1000英尺,低于目视飞行条件,飞机表面温度是32F,露点温度是30F。

NTSB的调查报告认为,在下降过程中,飞机在积冰条件下飞行了9.5分钟。进近是不稳定的,导致五边进近时速度大于正常空速,最后导致撞地,2名飞行员和4名乘客死亡。NTSB说,水平安定面的失速和失去控制是这次事故的可能原因;由于积冰造成飞机性能下降被认为是一个影响因素。

无论什么时候,当发现飞机有积冰时要注意着陆时的襟翼情况,特别是在预计到平尾有积冰时,更应该特别注意着陆襟翼问题。

螺旋桨

除了机翼和尾翼积冰外,积冰还可能出现在螺旋桨上。螺旋桨积冰会减小动力和降低空速,同时增加燃油消耗。螺旋桨积冰还会破坏螺旋桨平衡。造成严重的振动。

和管道积冰的影响

管道积冰的部位包括空速管、喷气飞机的N1压力传感器、雷达天线和燃油系统通气管,管道积冰会给飞行带来其他问题。

(1)空速管积冰空速管积冰是个很严重的问题。有的飞行员对此不太注意。仪表中最重要的是空速指示,它的读数是根据空气的动压和静压给出的。当空速管因积冰受堵,该仪表将变成一个“高度计”,如空速增加,高度指示会随之增加,这就会给飞行员以错误的指示。

1974年在美国纽约Thiels附近发生的波音727坠毁事故就与空速管积冰有关。飞机在爬升时遇到积冰条件,机组没有打开空速管除冰设备,得到了错误的仪表读数。当飞机爬升到22000英尺时出现失速,最后落地坠毁。

(2)N1压力传感器积冰N1压力传感器积冰会造成传感器堵塞,引起错误的大功率指示,导致机组在起飞时使用比实际需要小的推力。

1982年在华盛顿国家机场,一架波音737因N1压力传感器堵塞及没有使用空速管除冰设备,导致机组用过小的推力起飞,最后飞机掉到了Potomac河里。

(3)天线积冰可能引起天线折断,严重干扰雷达通信。

(4)燃油系统通气管堵塞,会影响燃油的流动,导致发动机功率的下降。

诱导积冰

最常见的诱导积冰是汽化器冰(Carburetorice),汽化器冰通常是在潮湿空气环境下,当功率设定较低或功率迅速减小时形成。应当注意的是当温度在积冰点以上时也会出现汽化器冰。

对付汽化器冰的困难在于飞行员发现不到它。当遇到汽化器冰时,飞机的最直接的反应是:①对定距螺旋桨飞机来说转速下降;②对恒速螺旋桨飞机来说进气压力下降。随着积冰的增加,汽化器喉部将被堵塞,发动机将运转不平稳。

积冰的预防及应对

虽然积冰对飞行的危害是如此之大,但只要我们按照规章做好每一阶段的工作,完全可以避免或者把其影响减到最低。

1、运行要求

在已知的结冰条件下签派放行

(1)除非飞机设备符合MEL的要求,否则不应在已知的或预报的结冰条件下放行飞机; (2)机长和签派员必须了解防冰设备在中度或严重结冰条件下的使用限制;

(3)无论是机长还是签派员,当预计到的结冰条件可能影响到飞行安全时,不应放行飞机、不应继续在航路上飞行或着陆;

(4)当机翼或操纵面上有霜、雪或冰时,不允许起飞; (5)起飞前,机长对飞机是否需要除冰做最后决定。

2、机组预先准备

要充分了解自己所飞航线区域的天气情况(特别是冬季飞行),收集积冰预报资料,确定可能积冰条件,制定出预防措施和应急措施(如脱离结冰区的办法、返航、备降等)。 3、直接准备

(1)认真的外部安全检查

冰雪天气对飞机的外部检查要格外仔细,空速管和静压孔附近要无冰、雪、霜,所有的前缘装置、操纵面、

调整片表面、机翼上表面以及平衡面板夹缝必须无雪或冰。检查起落架时,要注意有无外漏现象,在寒冷天气,因热胀冷缩,管道连接处有可能发生渗漏油现象。由于燃油温度低,在机翼下表面形成一层l/8寸厚的薄霜是可以起飞的。如果所有的通风口和静压口清洁,那么在机身上表面有一层薄薄的灰白色的霜是可以的。薄的灰白色霜是一种白色的晶状沉积物,通常在寒冷无云的夜晚会在物体表面上形成。它很薄以致于不妨碍观察其下面的表面特征,如漆线、标志或字母。

(2)了解天气情况的各种信息,重点天气现象和未来发展变化趋势。通过卫星云图详细了解所飞航线的天气现象及积冰区域的范围和高度(0°C等温线的高度)

(3)仔细研究天气结冰条件,考虑跑道结冰污染情况,机场跑道长度、滑行时间、起飞重量等各项因素,进行起飞性能数据确定;

a.飞行计划:要考虑到进行地面除冰/防冰的处理时间和可能造成的延误,增加额外燃油。

b.起飞性能:要考虑到起飞跑道道面是否存在污染情况(积水、结冰等)和这种情况下起飞速度的修正;要考虑到跑道长度、起飞距离的变化要求的跑道长度重量限制,起飞爬升越障重量限制引起的起飞全重减载;要考虑跑道道面刹车效应以及对中断起飞操作影响;要考虑到使用发动机和机翼防冰对起飞性能带来的影响,以及需要时进行的减载或重量限制。

c.要考虑到起飞备降场和返航着陆数据的确定。

(a)除非有特别紧急非要着陆的情况,当跑道上刹车效应很差的情况着陆是不允许的;(我们可以接受的

跑道刹车效应是中)

(b)需要查表证实当前条件下的着陆滑跑距离。

d.听取地面机务工程维护人员关于地面除冰/防冰工作和放行检查的报告(如做了地面防冰/除冰工作),了解有关信息,查阅和确定除冰/防冰液有效时间;

4、地面除冰操作及注意事项

如果存在冰、雪、霜,要认真执行飞机除冰程序,严禁带冰、雪、霜起飞。除冰完成后,至少要慢慢循环操纵杆全前向全后向三次,即可从升降舵平衡舱抽干剩余液压油。另外,要掌握不同型号除冰液的作用时间,与管制部门协调好以保证在除冰液有效时段内起飞。如果由于延误造成超出除冰液的作用时间,一定要重新进行除冰。

5、发动机起动

(1)在下列条件下限制完成正常发动机起动:如果飞机在外界温度-40°C以下停放了3小时以上,不要起动或冷转发动机,维护人员应根据恶劣气候起动发动机的维护要求完成相应的程序。如果外界温度低于-35℃(-31°F),在改变推力手柄位置之前要让发动机在慢车位工作两分钟。可用3分半钟使滑油压力到达最低使用压力。在这期间,LOWOILPRESSURE灯可能保持亮,压力会超出正常范围,并且FILTERBYPASS灯也可能会亮,但在滑油温度和压力恢复正常后会自动消失。在滑油压力回到正常范围之前使发动机在慢车推力工作。在正常情况下,起飞时滑油最低温度没有规定。

6、滑行

(1)寒冷天气操作时,滑行期间前轮转弯需向两个方向转动。这将使转弯作动筒中的液压油循环加热,从而减小因低温造成转弯迟缓的现象。

(2)在积冰条件下(+10°C/TAT及以下)时使用发动机防冰,必要时在起飞前不少于1分钟,对燃油进行加温(油温低于0°C时)。

(3)在延长的地面操作期间,应定期运转发动机将冰的积累减到最小。运转发动机应按使用手册中规定的具体要求进行。若在跑道外等待时间较长,适当增大N1转速等待,一般情况下,每十分钟加马力使N1到70%,并保持15秒。

7、起飞

8、起飞后爬升、巡航和下降防冰的使用

(1)发动机防冰的使用——空中出现或预计出现结冰情况时,在所有的飞行操作过程中都必须接通发动机

防冰,但是当温度低于-40°CSAT时,爬升和巡航期间不要使用发动机防冰。下降之前及下降过程中在所有结冰条件下,包括温度低于-40℃SAT时都必须接通发动机防冰。

(2)避免长时间在中度到严重结冰条件下飞行。通常可以用改变高度或空速的方法避开严重结冰,如果可能的话,尽量绕开严重结冰区。万一不慎发动机进气道已经结冰,切忌慌忙同时打开发动机防冰,应先开一侧,待其发动机工作稳定后,再打开另一侧。

飞机积冰导致的事故

4.2俄罗斯飞机坠毁事件

全美航空405号

美鹰航空公司4184号航班事故

安大略航空1363号航班事故

飞箭航空1285号空难

11.21包头空难

影响飞机积冰强度的因子

1 云中过冷水含量和水滴的大小;

2 飞行速度;

3 机体积冰部位的曲率半径;

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