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飞机结冰影响与除防冰技术综述

2020-06-03陆林杰

科技创新与应用 2020年16期
关键词:升力结冰飞机

陆林杰

摘  要:在大自然中,水能够以蒸汽、液体、雪和冰等形式存在,并通过一定的条件进行相互转换。当飞机外表面附着有冰雪霜等污染物时,其升力和飞行性能将会受到影响,从而降低飞机的安全度,严重时可能会导致重大事故。飞机不同区域的结冰,对其产生的影响也各不相同,因此,要想更有效的对飞机进行除防冰,必须先了解哪些区域或系统容易产生结冰现象,从而消除结冰带来的安全隐患。

关键词:飞机;升力;飞行性能;结冰;除防冰

中图分类号:V244.15       文献标志码:A         文章编号:2095-2945(2020)16-0136-03

Abstract: In nature, water can exist in the form of steam, liquid, snow and ice, and can be converted into each other under certain conditions. When the aircraft is covered with ice, snow, frost and other pollutants, the lift and flight performance of the aircraft will be affected, thereby reducing the safety of the aircraft, and in serious cases, it may cause major accidents.The icing in different parts of the aircraft has different effects on it. Therefore, in order to deice the aircraft more effectively, we must first understand which areas or systems easily have icing phenomenon, so as to eliminate the hazards brought about by deicing.

Keywords: aircraft; lift; flight performance; icing; deicing

引言

对飞机来说,当飞机处于低空飞行时,由于空气中有水汽的存在,撞击到飞机表面就有可能结冰,这对飞机安全飞行来说无疑是一大隐患。2004年,一架CRJ200型飞机在包头起飞没多久就在包头机场附近坠毁。最后事故调查认为飞机在包头机场过夜时,存在结霜的天气条件,机翼污染物可能是霜,且飞机起飞前没有进行除冰。如此重大的事故却是因看似很普通平常的结冰结霜所引起。而且,因飞机结冰导致的坠机事故还屡见不鲜,因此,了解结冰对飞机可能造成的威胁,并掌握飞机除防冰技术变得尤为重要。

1 冰雪霜对飞机的影响

在低温可结冰的环境中,冰、雪、霜等污染物附着在飞机表面可以对飞机的安全飞行产生不同程度的安全隐患:例如对飞机升力的影响、对飞机正常操纵的影响、对发动机正常运转的影响以及飞机其他系统或仪表参数的影响等等。

虽然冰、霜、雪等污染物本身的重量对飞机来说如同九牛一毛,不会使飞机产生重大影响,但是结冰的位置却足以对飞机产生致命的威胁,并且对飞机飞行时的气动外形也可能会产生改变,从而影响飞机的升力和飞行性能。

1.1 结冰的区域

飞机在冬季运行中很多部位都会形成积雪和积冰,而且并没有一个单一的规则可以判定什么地方会结冰。下雨或下雪以后,如果环境温度足够低,雨或溶雪将会被冻住形成冰(如图1)。情况严重时,在雪下面还会有积冰存在;由于飞机油箱里燃油的温度比较低,平时在检查飞机时经常在飞机机翼油箱下表面有一层薄薄的结冰层;当飞机在地面滑行时,跑到上的冰雪混合物或雪泥可以被飞机轮子溅起或者被飞机发动机吹起,附着到飞机表面上,从而产生积冰;除此之外,像飞机的各个操纵多面、 起落架舱门、天线和探头等也很容易发生结冰,从而导致飞机的操纵与仪表参数显示受到影响。飞机在低空飞行时,由于空气中含有水汽,发动机在这样的环境下运转也很容易产生结冰。

1.2 对升力的影响

飞机机翼可以为飞机提供正常飞行所需的升力,如图2所示,当飞机在飞行时,会产生作用于飞机的空气动力,飞机各部分所受到的空气动力的总和,称为总空气动力,通常用R表示。R在水平和垂直方向上的分力分别称为升力L和阻力D。总空气动力力R与翼弦的交点称为压力中心。升力为飞机提供向上的力,起到支撑飞机飞行的作用,而阻力则起到阻碍飞机向前飞行的作用。

正常情况下,光滑的飞机机翼表面能给飞机提供稳定的升力,但是当机翼表面附着有冰、霜、雪后,其表面就会变得粗糙,流线型的形状产生了改变,从而导致流经机翼表面的气流速度显著降低,导致机翼表面的气流提前分离,升力有所减低,机翼的阻力系数增大,最大升阻比减小[1]。同时,机翼结冰增加了机翼的重量,由于重力增大,升力减小,当升力不足以支持飞机重量时,飞机便会进入危险状态。因此,飞机结冰对其升力会产生影响,是危及飞机安全运行的一个重要因素。

1.3 对飞机操纵系统的影响

飞机的主要操纵舵面为副翼、升降舵、方向舵,分别控制飞机绕横轴、纵轴、立轴进行滚转,俯仰,偏航的动作。结冰对飞机的操纵系统也会有影响。以副翼结冰为例:飞机横滚动作主要是由操纵飞机机翼后缘外侧的副翼來实现的。如果副翼舵面缝隙结冰会导致其运动范围受限制甚至卡死,导致其动态稳定性变差,甚至不能按照飞控计算机给出的指令完成横滚动作。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[2]。严重情况下,操纵系统可能会完全失效,这是非常危险的。

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