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积冰与飞行安全 当飞机空气动力表面出现积冰时，不仅对空气动力影响是很大，而且也会造成飞机失事。
图：空警-200在安徽某地执行试飞实验时坠毁，5名试飞员和35名电子专家全部遇难。
图：事后调查，新华社宣布认定为积冰影响导致的飞机失速直至坠毁 追踪结冰引起和飞机失事事件 1990年2月17日，瑞安国际航空公司一架DC-9-10飞机失事。据知是在雪暴天气中装载邮件35分钟后未除冰，飞行中机翼防冰系统产生的热，融化了机翼上的雪，装载邮件的35分钟后，机翼冷却，融化的积雪又重新结成了冰。 1992年3月22日，合众国航空公司一架福克28飞机在雪暴中起飞失事，联邦航空局认为是结冰造成的。分析：福克28飞机起飞前曾在拉瓜迪亚机场两次除冰。在第二次除冰后，又在雪暴中排队等候30分钟才起飞，使用的除冰液有效时间没有这么长。 1993年3月5日，马其顿航空公司一架福克100飞机，起飞后爬升失速坠地。经过调查，当时温度低、湿度大、下着中雪，飞机起飞前未除冰。 1995年12月13曰，巴纳特航空公司一架安-24飞机，起飞后爬升到大约500英尺时，失去高度并坠毁。当时机场下着雪并有强风，专家们分析，有可能是机翼结冰造成的。 ……
图：摄影师拍摄的如宝塔一样的云覆盖在富士山上 探究主题：自然积冰与飞机积冰 外人认知的航空飞行员形象着厚实皮衣和皮帽的北方来客，常识告知我们，飞机飞得越高也越冷。 据知，地球最高峰珠穆朗玛峰海拔8848.86米，最低气温常年在零下三四十摄氏度，积雪不化、冰坡、冰塔林到处可见。而航空器飞升高度也从低空向更高处递增，甚至达到30千米以上，还继续向100千米卡门线外的太空探索空天器（并不包括航天的飞行器部分）。那么天空像严冬一样寒冷，每上升1000米高度温度下降6.5摄氏度，航空器在天空飞行，是怎么面对寒冷的侵扰呢，尤其是航空器积冰会带来怎样的危害？又怎样避免克服战胜它呢？ 自然与积冰 我们看到的大自然云是积冰的主要天气现象，那开始对云的探究。 云是悬浮在空中的水滴或冰晶。1929年，国际气象组织以英国科学家路克·何华特（Luke Howard）于1803年制定的分类法为基础，按云的形状、组成、形成原因等把云分为十大云属，即卷云、卷层云、卷积云、高层云、高积云、层积云、层云、雨层云、积云、积雨云。 三种形态 一大团的积云、一大片的层云和纤维
图为地震云是预示近处要发生地震的短期或中期前兆 三个云族 高云族、中云族、低云族。 高云形成于六千米以上高空，对流层较冷的部份。 高云族有：卷云、卷层云、卷积云。 卷云有：毛卷云、密卷云、伪卷云、钩卷云。 卷层云有：毛卷层云、薄幕卷层云。 中云于二千五百米至六千米的高空形成。 高层云有：透光高层云、蔽光高层云。 高积云有：透光高积云、蔽光高积云、荚状高积云、积云性高积云、絮状高积云、堡状高积云。 低云是在二千五百米以下的大气中形成。 低云族有：层积云、层云、雨层云、积云、积雨云。 层云有：层云、碎层云。 雨层云有：雨层云、碎雨云。 积云有：淡积云、碎积云、浓积云。 积雨云有：秃积雨云、鬃积雨云。
图为高积云，与卷积云类似，大体的区别就是范围更大，云朵更厚，而且看起来白色云中有暗，高积云比较稳定，通常预示着好天气。 据专家认证，低云对飞行的影响较大，他们是淡积云、浓积云、积雨云、碎积云、层积云、层云、碎层云、雨层云、碎雨云。 高层云有中度积冰现象，低云中相对容易积冰的是积雨云、雨层云。 而真正容易积冰的是过冷云。 还有一种自然现象 过冷水滴（冻雨）-过冷云 当温度低于凝固点仍不冻结的水滴称为过冷水滴。由过冷水滴组成的云称为过冷云。 过冷水滴是极不稳定的，也称为“冻雨”，稍受振动即冻结成冰。在航空例行天气报告中，冻雨现象的代码是“FZRA”。
图为冰天雪地时的机场 飞机积冰 飞机积冰是飞行因素、飞机结构因素和气象因素综合影响的结果。 只要飞机表面温度略低于0℃，云中存在的过冷却水滴或云下过冷却雨滴与飞机撞击后，即有在机身上产生霜外，会出现不同程序的飞机积冰现象。 专家研究分析 影响飞机积冰强度三种： 云中过冷水含量和水滴的大小 飞行速度 机体积冰部位的曲率半径 航空器积冰现象四种： 1飞机迎风的暴露面上的毛冰(或称不透明冰，Rimeice): 是由较小的过冷水滴快速冻结而成的，表面粗糙，没有一定的规则形状，呈乳白色、半透明，为有颗粒状的聚集物。 毛冰的形成温度在0℃以下，通常为层云或有雾的情况下形成。飞机遇到的大多数结构冰是属于尾冰。 2水滴与飞机结构表面接触形成的透明冰(Clearice): 是由较大的水滴在结冰速度相对较慢的情况下形成的，通常呈结构表面的形状。 透明冰的形成温度范围一般在-10℃至5℃。透明冰比毛冰更密、更硬，通常在更密的云(积云)中形成。 3毛冰和透明冰混合的混合冰(Mixedice): 形成这种冰的温度和水滴大小介于毛冰和透明冰之间，还可能存在着湿雪和冰晶体。 混合冰最经常在混合云的情况下遇到，如层积云和积雨云。混合冰同时兼有毛冰和透明冰的一些不利特性。 4通常在下降过程中，或停在地面时产生的霜(Frost): 是由水蒸气遇到低于结冰温度时，潮湿空气所形成的，非常薄。
图：积冰原因造成的失事现场 飞机积冰会产生的后果 据实际经验分析，飞机的升力是依靠上下翼面的压力差产生，当积冰时，机翼的设计构型被破坏，升力迅速减少。积冰还会影响飞机的续航能力、气动数据、爬升性能以及操纵稳定性等，提高飞行员的操纵难度。 航空器最最易积冰处为机翼、尾翼、螺旋桨、管道、汽化器等部位，所以结合飞机容易积冰的部位分析，可以更好地了解不同位置积冰对飞机飞行的影响。 机翼结冰升力受损 飞机外部结冰，特别是机翼表面结冰严重影响飞行安全。 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。 下图正常翼面气流图与结冰时的气流分离图:
图：飞机机翼气体流动图 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。 驾驶经验：机翼失速时应用全动力和向前推杆的方法来改进。 尾翼积冰负力失速 当尾翼前缘出现积冰时，有可能导致尾翼失速。 在襟翼全部伸出时，作用在平尾上的气动力载荷会达到最大，而前缘积冰会对气流进行干扰，影响平尾，引起失速，平尾上负升力突然消失，机头急剧下俯。 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。 驾驶经验：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。 螺旋桨积冰减力降速失平衡 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。 管道积冰仪表失灵误判 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。 空速管积冰空速管积冰 当空速管因积冰受堵，仪表中空速指示，是根据空气的动压和静压给出的，也俗称为“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。 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。 天线积冰 天线积冰可能引起天线折断，严重干扰雷达通信。 燃油系统通气管堵塞 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。 汽化器积冰发动机故障 汽化器积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，而飞行员却发现不到它，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。 根据经验：当遇到汽化器冰时，定距螺旋桨飞机会转速下降；对恒速螺旋桨飞机来说进气压力下降。
图：雪天里停机坪上的客机 经过以上研究与分析，可知积冰对飞行会产生危害，故从中注意相关的防范是非常重要的一项工作。 作者：胡鑫川 完成于20221212 公众号：山川留言 与你一起纵横航空史话、航空器、航空科技的世界 与你一起纵横航空史话、航空器、航空科技的世界 |
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