積冰與飛行安全
當(dāng)飛機(jī)空氣動(dòng)力表面出現(xiàn)積冰時(shí)，不僅對(duì)空氣動(dòng)力影響是很大，而且也會(huì)造成飛機(jī)失事。
圖：空警-200在安徽某地執(zhí)行試飛實(shí)驗(yàn)時(shí)墜毀，5名試飛員和35名電子專(zhuān)家全部遇難。
圖：事后調(diào)查，新華社宣布認(rèn)定為積冰影響導(dǎo)致的飛機(jī)失速直至墜毀
追蹤結(jié)冰引起和飛機(jī)失事事件
1990年2月17日，瑞安國(guó)際航空公司一架DC-9-10飛機(jī)失事。據(jù)知是在雪暴天氣中裝載郵件35分鐘后未除冰，飛行中機(jī)翼防冰系統(tǒng)產(chǎn)生的熱，融化了機(jī)翼上的雪，裝載郵件的35分鐘后，機(jī)翼冷卻，融化的積雪又重新結(jié)成了冰。
1992年3月22日，合眾國(guó)航空公司一架?？?/span>28飛機(jī)在雪暴中起飛失事，聯(lián)邦航空局認(rèn)為是結(jié)冰造成的。分析：?？?/span>28飛機(jī)起飛前曾在拉瓜迪亞機(jī)場(chǎng)兩次除冰。在第二次除冰后，又在雪暴中排隊(duì)等候30分鐘才起飛，使用的除冰液有效時(shí)間沒(méi)有這么長(zhǎng)。
1993年3月5日，馬其頓航空公司一架?？?/span>100飛機(jī)，起飛后爬升失速墜地。經(jīng)過(guò)調(diào)查，當(dāng)時(shí)溫度低、濕度大、下著中雪，飛機(jī)起飛前未除冰。
1995年12月13曰，巴納特航空公司一架安-24飛機(jī)，起飛后爬升到大約500英尺時(shí)，失去高度并墜毀。當(dāng)時(shí)機(jī)場(chǎng)下著雪并有強(qiáng)風(fēng)，專(zhuān)家們分析，有可能是機(jī)翼結(jié)冰造成的。
……
圖：攝影師拍攝的如寶塔一樣的云覆蓋在富士山上
探究主題：自然積冰與飛機(jī)積冰
外人認(rèn)知的航空飛行員形象著厚實(shí)皮衣和皮帽的北方來(lái)客，常識(shí)告知我們，飛機(jī)飛得越高也越冷。
據(jù)知，地球最高峰珠穆朗瑪峰海拔8848.86米，最低氣溫常年在零下三四十?dāng)z氏度，積雪不化、冰坡、冰塔林到處可見(jiàn)。而航空器飛升高度也從低空向更高處遞增，甚至達(dá)到30千米以上，還繼續(xù)向100千米卡門(mén)線外的太空探索空天器（并不包括航天的飛行器部分）。那么天空像嚴(yán)冬一樣寒冷，每上升1000米高度溫度下降6.5攝氏度，航空器在天空飛行，是怎么面對(duì)寒冷的侵?jǐn)_呢，尤其是航空器積冰會(huì)帶來(lái)怎樣的危害？又怎樣避免克服戰(zhàn)勝它呢？
自然與積冰
我們看到的大自然云是積冰的主要天氣現(xiàn)象，那開(kāi)始對(duì)云的探究。
云是懸浮在空中的水滴或冰晶。1929年，國(guó)際氣象組織以英國(guó)科學(xué)家路克·何華特（Luke Howard）于1803年制定的分類(lèi)法為基礎(chǔ)，按云的形狀、組成、形成原因等把云分為十大云屬，即卷云、卷層云、卷積云、高層云、高積云、層積云、層云、雨層云、積云、積雨云。 三種形態(tài)
一大團(tuán)的積云、一大片的層云和纖維
圖為地震云是預(yù)示近處要發(fā)生地震的短期或中期前兆
三個(gè)云族
高云族、中云族、低云族。
高云形成于六千米以上高空，對(duì)流層較冷的部份。
高云族有：卷云、卷層云、卷積云。
卷云有：毛卷云、密卷云、偽卷云、鉤卷云。
卷層云有：毛卷層云、薄幕卷層云。
中云于二千五百米至六千米的高空形成。
中云族有：高層云、高積云。
高層云有：透光高層云、蔽光高層云。
高積云有：透光高積云、蔽光高積云、莢狀高積云、積云性高積云、絮狀高積云、堡狀高積云。
低云是在二千五百米以下的大氣中形成。
低云族有：層積云、層云、雨層云、積云、積雨云。
層積云有：透光層積云、蔽光層積云、積云性層積云、堡狀層積云。
層云有：層云、碎層云。
雨層云有：雨層云、碎雨云。
積云有：淡積云、碎積云、濃積云。
積雨云有：禿積雨云、鬃積雨云。
圖為高積云，與卷積云類(lèi)似，大體的區(qū)別就是范圍更大，云朵更厚，而且看起來(lái)白色云中有暗，高積云比較穩(wěn)定，通常預(yù)示著好天氣。
據(jù)專(zhuān)家認(rèn)證，低云對(duì)飛行的影響較大，他們是淡積云、濃積云、積雨云、碎積云、層積云、層云、碎層云、雨層云、碎雨云。
高層云有中度積冰現(xiàn)象，低云中相對(duì)容易積冰的是積雨云、雨層云。
而真正容易積冰的是過(guò)冷云。
還有一種自然現(xiàn)象
過(guò)冷水滴（凍雨）-過(guò)冷云
當(dāng)溫度低于凝固點(diǎn)仍不凍結(jié)的水滴稱(chēng)為過(guò)冷水滴。由過(guò)冷水滴組成的云稱(chēng)為過(guò)冷云。
過(guò)冷水滴是極不穩(wěn)定的，也稱(chēng)為“凍雨”，稍受振動(dòng)即凍結(jié)成冰。在航空例行天氣報(bào)告中，凍雨現(xiàn)象的代碼是“FZRA”。
圖為冰天雪地時(shí)的機(jī)場(chǎng)
飛機(jī)積冰
飛機(jī)積冰是飛行因素、飛機(jī)結(jié)構(gòu)因素和氣象因素綜合影響的結(jié)果。
只要飛機(jī)表面溫度略低于0℃，云中存在的過(guò)冷卻水滴或云下過(guò)冷卻雨滴與飛機(jī)撞擊后，即有在機(jī)身上產(chǎn)生霜外，會(huì)出現(xiàn)不同程序的飛機(jī)積冰現(xiàn)象。
專(zhuān)家研究分析
影響飛機(jī)積冰強(qiáng)度三種：
云中過(guò)冷水含量和水滴的大小
飛行速度
機(jī)體積冰部位的曲率半徑
航空器積冰現(xiàn)象四種：
1飛機(jī)迎風(fēng)的暴露面上的毛冰(或稱(chēng)不透明冰，Rimeice):
是由較小的過(guò)冷水滴快速凍結(jié)而成的，表面粗糙，沒(méi)有一定的規(guī)則形狀，呈乳白色、半透明，為有顆粒狀的聚集物。
毛冰的形成溫度在0℃以下，通常為層云或有霧的情況下形成。飛機(jī)遇到的大多數(shù)結(jié)構(gòu)冰是屬于尾冰。
2水滴與飛機(jī)結(jié)構(gòu)表面接觸形成的透明冰(Clearice):
是由較大的水滴在結(jié)冰速度相對(duì)較慢的情況下形成的，通常呈結(jié)構(gòu)表面的形狀。
透明冰的形成溫度范圍一般在-10℃至5℃。透明冰比毛冰更密、更硬，通常在更密的云(積云)中形成。
3毛冰和透明冰混合的混合冰(Mixedice):
形成這種冰的溫度和水滴大小介于毛冰和透明冰之間，還可能存在著濕雪和冰晶體。
混合冰最經(jīng)常在混合云的情況下遇到，如層積云和積雨云?；旌媳瑫r(shí)兼有毛冰和透明冰的一些不利特性。
4通常在下降過(guò)程中，或停在地面時(shí)產(chǎn)生的霜(Frost):
是由水蒸氣遇到低于結(jié)冰溫度時(shí)，潮濕空氣所形成的，非常薄。
圖：積冰原因造成的失事現(xiàn)場(chǎng)
飛機(jī)積冰會(huì)產(chǎn)生的后果
據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)分析，飛機(jī)的升力是依靠上下翼面的壓力差產(chǎn)生，當(dāng)積冰時(shí)，機(jī)翼的設(shè)計(jì)構(gòu)型被破壞，升力迅速減少。積冰還會(huì)影響飛機(jī)的續(xù)航能力、氣動(dòng)數(shù)據(jù)、爬升性能以及操縱穩(wěn)定性等，提高飛行員的操縱難度。
航空器最最易積冰處為機(jī)翼、尾翼、螺旋槳、管道、汽化器等部位，所以結(jié)合飛機(jī)容易積冰的部位分析，可以更好地了解不同位置積冰對(duì)飛機(jī)飛行的影響。
機(jī)翼結(jié)冰升力受損
飛機(jī)外部結(jié)冰，特別是機(jī)翼表面結(jié)冰嚴(yán)重影響飛行安全。
根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，直徑1~2毫米、食鹽大小的細(xì)小霜?；虮＃疵科椒嚼迕滓粋€(gè)的密度稀疏分布在機(jī)翼上表面，造成機(jī)翼上表面粗糙，會(huì)使最大升力系數(shù)在地面效應(yīng)和自由空氣兩種條件下分別損失22%和33%。其造成的升力損失之大，足以使具有高性能的超臨界翼型機(jī)翼的飛機(jī)無(wú)法起飛。
下圖正常翼面氣流圖與結(jié)冰時(shí)的氣流分離圖:
圖：飛機(jī)機(jī)翼氣體流動(dòng)圖
風(fēng)洞試驗(yàn)表明，當(dāng)機(jī)翼前緣有半英寸厚的積冰時(shí)，會(huì)減少50%的升力和增加60%的阻力。
駕駛經(jīng)驗(yàn)：機(jī)翼失速時(shí)應(yīng)用全動(dòng)力和向前推桿的方法來(lái)改進(jìn)。
尾翼積冰負(fù)力失速
當(dāng)尾翼前緣出現(xiàn)積冰時(shí)，有可能導(dǎo)致尾翼失速。
在襟翼全部伸出時(shí)，作用在平尾上的氣動(dòng)力載荷會(huì)達(dá)到最大，而前緣積冰會(huì)對(duì)氣流進(jìn)行干擾，影響平尾，引起失速，平尾上負(fù)升力突然消失，機(jī)頭急劇下俯。
無(wú)論什么時(shí)候，當(dāng)發(fā)現(xiàn)飛機(jī)有積冰時(shí)要注意著陸時(shí)的襟翼情況，特別是在預(yù)計(jì)到平尾有積冰時(shí)，更應(yīng)該特別注意著陸襟翼問(wèn)題。
駕駛經(jīng)驗(yàn)：從尾翼失速中改出的正確方法是將動(dòng)力減小到慢車(chē)狀態(tài)，同時(shí)向后拉桿。
螺旋槳積冰減力降速失平衡
螺旋槳積冰會(huì)減小動(dòng)力和降低空速，同時(shí)增加燃油消耗。螺旋槳積冰還會(huì)破壞螺旋槳平衡。造成嚴(yán)重的振動(dòng)。
管道積冰儀表失靈誤判
管道積冰的部位包括空速管、噴氣飛機(jī)的N1壓力傳感器、雷達(dá)天線和燃油系統(tǒng)通氣管，管道積冰會(huì)給飛行帶來(lái)其他問(wèn)題。
空速管積冰空速管積冰
當(dāng)空速管因積冰受堵，儀表中空速指示，是根據(jù)空氣的動(dòng)壓和靜壓給出的，也俗稱(chēng)為“高度計(jì)”，如空速增加，高度指示會(huì)隨之增加，這就會(huì)給飛行員以錯(cuò)誤的指示。
1974年在美國(guó)紐約發(fā)生的波音727墜毀事故就與空速管積冰有關(guān)。飛機(jī)在爬升時(shí)遇到積冰條件，機(jī)組沒(méi)有打開(kāi)空速管除冰設(shè)備，得到了錯(cuò)誤的儀表讀數(shù)。當(dāng)飛機(jī)爬升到22000英尺時(shí)出現(xiàn)失速，最后落地墜毀。
N1壓力傳感器積冰
N1壓力傳感器積冰會(huì)造成傳感器堵塞，引起錯(cuò)誤的大功率指示，導(dǎo)致機(jī)組在起飛時(shí)使用比實(shí)際需要小的推力。
1982年在華盛頓國(guó)家機(jī)場(chǎng)，一架波音737因N1壓力傳感器堵塞及沒(méi)有使用空速管除冰設(shè)備，導(dǎo)致機(jī)組用過(guò)小的推力起飛，最后飛機(jī)掉到了Potomac河里。
天線積冰
天線積冰可能引起天線折斷，嚴(yán)重干擾雷達(dá)通信。
燃油系統(tǒng)通氣管堵塞
燃油系統(tǒng)通氣管堵塞，會(huì)影響燃油的流動(dòng)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率的下降。
汽化器積冰發(fā)動(dòng)機(jī)故障
汽化器積冰通常是在潮濕空氣環(huán)境下，當(dāng)功率設(shè)定較低或功率迅速減小時(shí)形成，而飛行員卻發(fā)現(xiàn)不到它，隨著積冰的增加，汽化器喉部將被堵塞，發(fā)動(dòng)機(jī)將運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：當(dāng)遇到汽化器冰時(shí)，定距螺旋槳飛機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)速下降；對(duì)恒速螺旋槳飛機(jī)來(lái)說(shuō)進(jìn)氣壓力下降。
圖：雪天里停機(jī)坪上的客機(jī)
經(jīng)過(guò)以上研究與分析，可知積冰對(duì)飛行會(huì)產(chǎn)生危害，故從中注意相關(guān)的防范是非常重要的一項(xiàng)工作。
作者：胡鑫川
完成于20221212
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