【原】積冰與飛行安全自然與飛行（3）

山川世界 2022-12-12 發(fā)布于上海

展開全文

積冰與飛行安全

當(dāng)飛機(jī)空氣動力表面出現(xiàn)積冰時，不僅對空氣動力影響是很大，而且也會造成飛機(jī)失事。

圖：空警-200在安徽某地執(zhí)行試飛實(shí)驗(yàn)時墜毀，5名試飛員和35名電子專家全部遇難。

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間沒有這么長。

1993年3月5日，馬其頓航空公司一架福克100飛機(jī)，起飛后爬升失速墜地。經(jīng)過調(diào)查，當(dāng)時溫度低、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，失去高度并墜毀。當(dāng)時機(jī)場下著雪并有強(qiáng)風(fēng)，專家們分析，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客，常識告知我們，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。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，是怎么面對寒冷的侵?jǐn)_呢，尤其是航空器積冰會帶來怎樣的危害？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，那開始對云的探究。

云是懸浮在空中的水滴或冰晶。1929年，國際氣象組織以英國科學(xué)家路克·何華特（Luke Howard）于1803年制定的分類法為基礎(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

三個云族

高云族、中云族、低云族。

高云形成于六千米以上高空，對流層較冷的部份。

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，與卷積云類似，大體的區(qū)別就是范圍更大，云朵更厚，而且看起來白色云中有暗，高積云比較穩(wěn)定，通常預(yù)示著好天氣。

據(jù)專家認(rèn)證，低云對飛行的影響較大，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，低云中相對容易積冰的是積雨云、雨層云。

而真正容易積冰的是過冷云。

還有一種自然現(xiàn)象

過冷水滴（凍雨）-過冷云

當(dāng)溫度低于凝固點(diǎn)仍不凍結(jié)的水滴稱為過冷水滴。由過冷水滴組成的云稱為過冷云。

過冷水滴是極不穩(wěn)定的，也稱為“凍雨”，稍受振動即凍結(jié)成冰。在航空例行天氣報告中，凍雨現(xiàn)象的代碼是“FZRA”。

圖為冰天雪地時的機(jī)場

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℃，云中存在的過冷卻水滴或云下過冷卻雨滴與飛機(jī)撞擊后，即有在機(jī)身上產(chǎn)生霜外，會出現(xiàn)不同程序的飛機(jī)積冰現(xiàn)象。

專家研究分析

影響飛機(jī)積冰強(qiáng)度三種：

云中過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(或稱不透明冰，Rimeice):

是由較小的過冷水滴快速凍結(jié)而成的，表面粗糙，沒有一定的規(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兼有毛冰和透明冰的一些不利特性。

4通常在下降過程中，或停在地面時產(chǎn)生的霜(Frost):

是由水蒸氣遇到低于結(jié)冰溫度時，潮濕空氣所形成的，非常薄。

圖：積冰原因造成的失事現(xiàn)場

飛機(jī)積冰會產(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，機(jī)翼的設(shè)計構(gòu)型被破壞，升力迅速減少。積冰還會影響飛機(jī)的續(xù)航能力、氣動數(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?，按每平方厘米一個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)無法起飛。

下圖正常翼面氣流圖與結(jié)冰時的氣流分離圖: