其次節(jié) 飛機(jī)結(jié)冰對飛機(jī)性能的影響

本文格式為Word版，下載可任意編輯——其次節(jié)飛機(jī)結(jié)冰對飛機(jī)性能的影響飛機(jī)防冰系統(tǒng)

飛機(jī)在結(jié)冰氣象條件下飛行時,在飛機(jī)機(jī)翼前緣,發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道和壓氣機(jī)葉片上,在渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)的螺旋槳槳葉上,在駕馭艙風(fēng)檔玻璃上,以及在測溫、測壓的各種傳感儀器探頭上，往往會遇到結(jié)冰的現(xiàn)象。飛機(jī)結(jié)冰后，不僅增加了飛機(jī)的重量，而且破壞了飛機(jī)的氣動外形，因而阻力增加，飛機(jī)操縱性、穩(wěn)定性下降；儀表、儀器結(jié)冰后，會導(dǎo)致指示失常，如結(jié)冰嚴(yán)重時，還可能出現(xiàn)嚴(yán)重的飛行事故。

第一節(jié)飛機(jī)結(jié)冰與氣象的關(guān)系

一飛機(jī)結(jié)冰的物理形式

飛機(jī)在負(fù)溫云層中飛行，或者具有負(fù)溫表面的飛機(jī)在無云的大氣中飛行時，都可能在飛機(jī)表面發(fā)生結(jié)冰的現(xiàn)象．這就透露了飛機(jī)結(jié)冰的本質(zhì)，即飛機(jī)在大氣中飛行，只要同時遇到水分和負(fù)溫兩個條件，就會結(jié)冰．根據(jù)結(jié)冰時的具體狀況，從物理變化的角度，可將飛機(jī)結(jié)冰分為三種形式。(一)滴狀結(jié)冰：

它是大氣中的過冷水滴撞擊在飛機(jī)并在其上凍結(jié)的一種結(jié)冰形式，是飛機(jī)結(jié)冰的主要形式。(二)凝華結(jié)冰：它是大氣中的氣態(tài)水（即水蒸氣）不經(jīng)過液態(tài)相而直接凍結(jié)在飛機(jī)上的一種結(jié)冰形式。由于這種這種現(xiàn)象是升華的逆現(xiàn)象，因而稱為凝華結(jié)冰。

凝華結(jié)冰的原因，是一致溫度下冰表面的飽和蒸氣壓力比水表面的小，因此在足夠低的負(fù)溫條件下，雖然在大氣中還沒有達(dá)到水蒸氣的飽和狀態(tài)，而在冰表面上卻可達(dá)到飽和狀態(tài)，因而使水節(jié)氣真接凝華成冰。所以，當(dāng)預(yù)有一層薄薄的象霜一樣的冰層覆蓋在飛機(jī)表面時，面此時飛機(jī)表面尚保持低于環(huán)境介質(zhì)溫度的負(fù)溫時，就有可能在飛機(jī)表面發(fā)生凝華結(jié)冰。(三)干結(jié)冰：

飛機(jī)在熱帶地區(qū)飛行時，假使遇到冰晶云（由冰晶體組成的云），冰晶體會沉積到飛機(jī)表面上而使飛機(jī)結(jié)冰。

飛行實(shí)踐證明，上述三種結(jié)冰形式中，

干結(jié)冰和凝華結(jié)冰發(fā)生較少。對飛行性能的影響也較小，而滴狀結(jié)冰是飛機(jī)結(jié)冰的常見形式，對飛機(jī)性能的影響較大，甚至可能導(dǎo)致飛行事故，因此，后面的探討一般都是針對滴狀結(jié)冰進(jìn)行的。

二飛機(jī)結(jié)冰的主要?dú)庀髤?shù)

飛行實(shí)踐證明，飛機(jī)結(jié)冰量的多少，結(jié)冰范圍大小及冰層的形狀，主要取決于云層溫度、液態(tài)水含量、水滴直徑和云層范圍（水平長度與垂直高度）四個氣象參數(shù)。（一）云層溫度

云層溫度是影響飛機(jī)結(jié)冰的主要?dú)庀髤?shù)之一，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，飛機(jī)結(jié)冰一般發(fā)生在0———20的范圍內(nèi)，特別在-2——10時，結(jié)冰的概率最多，猛烈結(jié)冰主要發(fā)生在-2——8的溫度范圍內(nèi)。（二）液態(tài)水含量液態(tài)水含量愈大，則在單位時間內(nèi)撞擊到飛機(jī)表面現(xiàn)象上的水量愈多，因而結(jié)冰愈嚴(yán)重。（三）水謫直徑

水滴直徑對飛機(jī)結(jié)冰區(qū)域的大小有著決定性的影響，對結(jié)冰形狀的影響也比較大，因此水滴直徑也是影響飛機(jī)結(jié)冰的重要參數(shù)。（四）云層范圍

云層范圍是指云的水平長度和垂直厚度，它主要影響飛機(jī)結(jié)冰的厚度，云層范圍越大，飛機(jī)在云中飛機(jī)時間越長，因而冰層越厚。其次節(jié)飛機(jī)結(jié)冰對飛機(jī)性能的影響

在結(jié)冰氣象條件下飛行的飛機(jī)，若無防冰措施，在飛機(jī)的所有迎風(fēng)面都可能結(jié)

冰。飛機(jī)結(jié)冰后，不僅增加了飛機(jī)重量，而且破壞了飛機(jī)的氣動外形，因而阻力增加，使飛機(jī)操縱性能下降，傳感儀的結(jié)冰則會導(dǎo)致信號失真和指示失常。結(jié)冰對飛機(jī)性能影響的程度，取決于結(jié)冰強(qiáng)度和冰的形狀。由于飛機(jī)各部件在飛機(jī)上起的作用不同，它們結(jié)冰的狀況不同，對飛機(jī)性能的影響也不同，因此本節(jié)首先探討結(jié)冰強(qiáng)度和冰形，然后按部件分類探討結(jié)冰對飛行性能的影響。

一、結(jié)冰強(qiáng)度和結(jié)冰程度

（一）結(jié)冰強(qiáng)度

結(jié)冰強(qiáng)度是指冰在飛機(jī)表面形成的速度，以每分鐘增長的厚度表示。結(jié)冰強(qiáng)度與飛行速度、氣象條件及飛機(jī)部件折外形有關(guān)，由于各部件外形不同，所以在同樣的飛行和氣象條件下，各部分的結(jié)冰強(qiáng)度是不同的。等級弱結(jié)冰中等結(jié)冰強(qiáng)結(jié)冰極強(qiáng)結(jié)冰結(jié)冰強(qiáng)度mm/min〈0．60．6--1．01.0—2.0〉2.0（二）、結(jié)冰程度結(jié)冰強(qiáng)度并不能完全表達(dá)飛機(jī)結(jié)冰的嚴(yán)重程度，如飛機(jī)處于小范圍雨積云的極強(qiáng)結(jié)冰條件下飛行時間很短，結(jié)冰強(qiáng)度雖然很大,但結(jié)冰量不會很厚；相反，如飛機(jī)處于弱結(jié)冰條件下飛行時間很長，則冰層可能很厚。所以，總的結(jié)冰厚度也是一個十分重要的概念，因而引入結(jié)冰程度這一概念。參數(shù)弱結(jié)冰中等結(jié)冰強(qiáng)結(jié)冰極強(qiáng)結(jié)冰最大厚度(mm/)0.1—0.55.0—1515--30﹤30所謂結(jié)冰程度，是指在結(jié)冰條件下的全部飛行時間內(nèi)，飛機(jī)表面所結(jié)冰層的最大厚度。顯然，結(jié)冰程度是冰的生成速度和飛機(jī)飛過結(jié)冰區(qū)域的時間的函數(shù)。

二、機(jī)翼及尾翼結(jié)冰的影響

機(jī)翼和尾翼是飛機(jī)產(chǎn)生升力的主要部件。結(jié)冰時，冰層主要聚集在翼面前緣部分。機(jī)翼和尾翼上結(jié)冰，會引起翼型阻力增加，升力下降，臨界攻角（失速攻角）減小，飛機(jī)操縱性和穩(wěn)定性惡化。（一）翼型阻力增加，升阻比降低

翼型阻力是由摩擦阻力和壓差阻力兩部分組成的。

摩擦阻力的產(chǎn)生是由空氣具有粘性，在空氣流經(jīng)機(jī)翼表面時，會形成附面層而產(chǎn)生摩擦阻力。摩擦阻力的大小，主要取決于附面層的性質(zhì)，層流附面層的阻力遠(yuǎn)比紊流附面層阻力小，機(jī)翼表面都設(shè)計(jì)成流線型截面，就是為了避免出現(xiàn)紊流附面層的。

壓差阻力是物體前后的壓力差所引起的，因此，它的大小主要取決于物體的形狀。為了減小翼型的壓差阻力，機(jī)翼表面也必需具有良好的空氣動力外形。機(jī)翼和尾翼結(jié)冰后，表面出現(xiàn)不平并使翼型失真，破壞了原來的流線外形，是氣流產(chǎn)生局部分開，從而使原來的層流附面層變成紊流附面層，于此相應(yīng)的摩擦阻力和壓差阻力都會增大。有資料說，機(jī)翼表面結(jié)上槽狀冰后，翼型阻力可增加5-10倍。根據(jù)飛機(jī)試驗(yàn)，機(jī)翼和尾翼結(jié)冰時，其增加的阻力占飛機(jī)因結(jié)冰引起阻力增加總量的70-80%。由此可見，對機(jī)翼前緣防冰加溫是十分重要的。本來飛機(jī)的升力系數(shù)Cy是隨攻角α的增大而增大的，當(dāng)然阻力系數(shù)Cx也會增加，對于一個氣動性能良好的翼型剖面，應(yīng)當(dāng)是升力系數(shù)比阻力系數(shù)增加得快一

些，尋常用升阻比k=Cy/Cx來衡量機(jī)翼空氣動力性能的優(yōu)劣。顯然，k值應(yīng)越大越好。但是，機(jī)翼結(jié)冰后，阻力增加多，引起升阻比降低，使機(jī)翼空氣動力品質(zhì)變壞。

（二）臨界攻角減小當(dāng)機(jī)翼為流線型時，流過機(jī)翼的氣流將是一層一層的，這時的升力系數(shù)Cy隨攻角α的增加而線性增長；α增大αcr時，假使再繼續(xù)增加，則Cy猛烈下降，這個升力系數(shù)Cy為最大值時的攻角αcr稱為臨界攻角。當(dāng)翼面結(jié)冰后，氣流的流線型分層遭到破壞，會使臨界攻角αcr下降。圖9-3表示了翼面結(jié)矛狀冰和槽形冰后臨界攻角減小的狀況，同時可見，結(jié)冰后的升力系數(shù)最大值Cymax也下降了。

（三）使飛機(jī)操縱性能惡化

機(jī)翼與尾翼結(jié)冰后，臨界攻角下降，使飛機(jī)在低速飛行時，特別是在著陸時有失速的危險(xiǎn)，因此飛機(jī)在著陸時，水平尾翼尋常處于負(fù)攻角狀態(tài)，對飛機(jī)起著配平作用，由于臨界攻角下降，使得尾翼在較小負(fù)攻角時就產(chǎn)生了氣流分開，因而引起飛機(jī)低頭，為了改正這種非操縱性的飛機(jī)低頭，飛行員不得不增大襟翼偏轉(zhuǎn)角，這就失去了飛行速度，飛行速度過低則簡單進(jìn)入失速狀態(tài)。在結(jié)冰狀態(tài)，為了避免失速危險(xiǎn)，飛機(jī)的最小飛行速度應(yīng)為不結(jié)冰狀態(tài)產(chǎn)生氣流分開時的極限速

度的1.3倍。

機(jī)翼和尾翼的嚴(yán)重結(jié)冰，還會引起飛機(jī)的機(jī)械抖動，操縱機(jī)構(gòu)的縫隙結(jié)冰可能引起卡阻現(xiàn)象，這些都是影響飛機(jī)操縱和危及飛行安全的。

三、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣部件及螺旋槳結(jié)冰的影響

（一）發(fā)動機(jī)進(jìn)氣部件結(jié)冰的影響

飛機(jī)在結(jié)冰氣象條件下飛行時，發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道前緣、發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)前的整流罩。支撐件、以及第一級壓氣機(jī)前的導(dǎo)流葉片都有可能結(jié)冰。發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道前緣尋常具有與機(jī)翼類似的流線外形，故其結(jié)冰狀況與機(jī)翼有類同之處，但又有它的特點(diǎn)，如結(jié)冰區(qū)域比機(jī)翼大，另外由于氣流在進(jìn)氣道內(nèi)加速，使溫度下降，所以在環(huán)境介質(zhì)溫度5-10℃的正溫條件下也可能結(jié)冰。圖9-4為發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道前緣及內(nèi)外表面結(jié)冰狀況的示意圖。

發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道及進(jìn)氣部件結(jié)冰，破壞了他們原來的氣動外形，減小了進(jìn)氣道面積同時也減小了壓氣機(jī)每相鄰葉片間的空氣流通面積，使進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣流量減少，因而發(fā)動機(jī)功率下降。對進(jìn)氣道入口裝有格柵的發(fā)動機(jī)，結(jié)冰時氣體流通面積減小更多，可能導(dǎo)致功率嚴(yán)重下降。為了保障發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和推力，這時必需加大燃油比流量，這樣除增大燃油比消耗外，還會使渦輪前燃?xì)鉁囟壬?，若超過允許值則會燒壞渦輪葉片，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)停車。

由于結(jié)冰的不對稱性及壓氣機(jī)葉片上冰層的不均勻脫落，都會破壞轉(zhuǎn)子的動平衡，它除造成動力裝置及飛機(jī)的振動外，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)軸承的損壞；脫落的冰層隨高速氣流進(jìn)入壓氣機(jī)，打在葉片上還可能造成壓氣機(jī)損壞。

（二）螺旋槳結(jié)冰的影響

螺旋槳為高速旋轉(zhuǎn)部件，在結(jié)冰條件下飛行時，螺旋槳槳葉、整流罩均可發(fā)生結(jié)冰。由于螺旋槳槳葉的形狀實(shí)際上是一個扭曲了的機(jī)翼，因此結(jié)冰狀況與機(jī)翼有一致之處，有時甚至比機(jī)翼還嚴(yán)重，在槳葉的整個長度上都可能結(jié)冰，漿尖的冰在離心作用下比較簡單甩掉。弦向從槳葉前緣開始，結(jié)冰范圍可達(dá)25%左右。螺旋槳及進(jìn)氣道的結(jié)冰狀況如圖9-5所示。

螺旋槳結(jié)冰后破壞了它的氣動外形，增加了翼型阻力，因而降低了螺旋槳的效率。螺旋槳結(jié)冰，由于其不對稱性，還會引起振動，當(dāng)冰層甩脫時，可能危及飛機(jī)和發(fā)動機(jī)部件，甚至擊穿蒙皮和氣密艙的危險(xiǎn)，所以螺旋槳結(jié)冰也嚴(yán)重影響著飛機(jī)的安全飛行。

五、風(fēng)檔玻璃及測溫測壓探頭結(jié)冰的影響飛機(jī)在結(jié)冰條件下飛行時，或當(dāng)飛機(jī)高度突然下降時，駕駛艙正面風(fēng)檔玻璃可能結(jié)冰或出現(xiàn)霧氣，這時會降低玻璃的透明度，使目測飛行變得十分困然，對飛機(jī)的起飛和著陸是很不利的。

飛機(jī)上裝有空速管和多種測溫測壓探頭，這些部件也可能結(jié)冰。當(dāng)測壓口結(jié)冰使進(jìn)氣孔面積變小時，會使入口動壓減小，使空速指示失真；測溫探頭結(jié)冰時，由于冰的蒸發(fā)，會使溫度值下降，由此引起的誤差可達(dá)10%以上。在現(xiàn)代大型飛機(jī)上，這些速度，壓力和溫度信號要送到有關(guān)計(jì)算機(jī)，由于結(jié)冰引起輸入?yún)?shù)的誤差或錯誤，將會使儀表或數(shù)字顯示失真，使駕駛工作繁雜化，因而隱含著種種擔(dān)憂全因素。

第三節(jié)飛機(jī)防冰的一般方法

飛機(jī)上主要的防冰部位有機(jī)翼、尾翼、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道、螺旋槳、風(fēng)檔玻璃和測溫測壓探頭，根據(jù)這些部位的不同和防冰所需能量的大小，因而各部位有不同的防冰方法。

根據(jù)防冰所采取能量形式的不同，可分成機(jī)械除冰系統(tǒng)，液體防冰系統(tǒng)，熱氣防冰系統(tǒng)和電熱防冰系統(tǒng)，下面分別探