第七章 飞机防冰排雨

第七章飞机防冰排雨、氧气系统和机舱设备第一节飞机结冰

飞机在大气中飞行时，其部件表面上积聚了冰层，称这种现象为飞机结冰。 根据结冰时的具体条件，飞机结冰可分为三种形式：干结冰；凝华结冰；滴状结冰(或水滴结冰)，这是一种常见形式且对飞机性能影响较大。一、过冷水滴及其存在原因 所谓过冷水滴，就是指在负温以下仍未冻结的液态水滴。其原因如下：溶液冰点低；曲率大；冰、水分子结构上的差别；缺少冰核。二、过冷水滴与飞机结冰 大气中过冷水滴的存在是飞机结冰的最重要因素。1、过冷水滴在飞机上结冰的原因受到了初激力；曲率变小；提供了冰核；超声波加速了自身形成冰核的过程。2、过冷水滴在飞机上的结冰过程

第一阶段为冰、水共存阶段；

第二阶段为冰、水蒸发使剩余水发生冻结的阶段。第二节飞机结冰对飞机性能的影响一、结冰强度和冰形(一)结冰强度 结冰强度是指冰在飞机部件上形成的速度。结冰强度J0与飞行条件、气象条件以及形体的外表有关。由于飞机各部件表面的外形不同，所以即使他们所处的飞行和气象条件相同，其结冰强度也是不同的。结冰强度分为弱、中度、强、极强四个等级，如下表所示： 所谓结冰程度，是指飞机在结冰条件下飞行的整个时间内，表面上所结冰层的最大厚度。结冰程度是由冰生成的速度和飞机在结冰条件下的留空时间决定的。 结冰强度和结冰程度多是以机翼前缘处的最大结冰厚度划分的。(二)冰形 常见的冰形有：槽状冰、楔形冰和混合冰三类。如图所示：1、槽状冰 由于槽状冰的表面光滑，冰体透明，所以又称明冰、玻璃冰。2、楔形冰 楔形冰透明度差，多呈乳白色，无光泽，所以又称不透明冰(霜)、无光泽冰和乳白色冰。3、混合形冰 混合形冰的主要特点：表面粗糙不平，与表面的连接十分牢固。(毛冰)二、结冰对飞机性能的影响(一)升力表面结冰 飞机升力表面主要是指机翼和尾翼两个部件。机翼、尾翼上所结的冰层，主要积聚在他们的前缘部分。1、升力表面结冰对气动品质的影响(1)增加了翼型阻力(2)降低了临界攻角(3)升阻比下降机翼结冰后，引起升阻比下降，使机翼气动品质变劣。升力表面结冰对操纵性能的影响：机翼尾翼结冰，可以导致飞机操纵性能降低，特别会使处于起飞、着陆状态下的飞机操纵性严重恶化。(二)发动机进气道及动力装置结冰1、进气道及进气部件结冰 发动机进气道及进气部件的结冰，是指进气道前缘、发动机压气机前的整流罩、支撑及第一级压气机前得到流叶片等部件的结冰。特点:环境空气温度为正温时，可以发生结冰；进气道的内表面上结冰范围及结冰强度均比其外表面大得多。2、飞机螺旋桨的结冰 在结冰条件下飞行的飞机，其螺旋桨的桨叶、螺旋桨的课题和整流罩均可发生结冰。(三)风挡玻璃、测温、测压传感头结冰(四)直升机的结冰 直升机结冰持续时间不长，但对于直升机的飞行具有很大的危险。如图为主旋翼在飞行时的结冰情况： 主旋翼结冰的影响主要表现在两个方面：一是结冰后，翼型气动特性大大恶化，使阻力增加，升力系数下降，升阻比下降。另一方面是在结冰时，为了保证旋翼的转速恒定，要求增加功率。 主旋翼的结冰特点：在很大程度上与流经旋翼的气流速度变化特性有关。第三节飞机的防冰方法 主要的防冰位置有机翼、尾翼、风挡玻璃、发动机进气口、螺旋桨、重要测量传感头等。 防冰系统分为两大类：一为防冰系统；二为除冰系统。一、机械除冰系统(一)膨胀管除冰系统 典型的膨胀管除冰装置如图所示：视频 典型的膨胀除冰系统（又称气动罩除冰系统）如图所示：(二)电脉冲除冰系统 电脉冲除冰系统的工作原理如图所示： 电脉冲除冰系统的主要优点如下：系统工作温度范围大；所需的能量少；重量轻、结构紧凑；在防冰区外不会形成冰瘤。二、液体防冰系统

可作防冰液的有乙烯乙二醇、异丙醇、乙醇等。

防冰液的分配方法主要有三种：1、微孔金属板供液2、雾化喷嘴来分配防冰液3、利用离心力来分配防冰液三、热防冰系统 热防冰用热能加热表面，使表面温度超过零摄氏度，以达到防冰或除冰的目的。(一)表面连续加热1、完全蒸发防冰2、不完全蒸发防冰系统(二)表面周期加热(除冰系统)(三)热气防冰系统(四)电热防(除)冰系统 机(尾)翼电热除冰系统有下列部分组成：渐热元件1、转换器4、过热保护装置2、3及电源，如图所示：四、直升机旋翼的微波除冰 直升机旋翼微波除冰的基本原理是利用微波能对冰层加热，使旋翼表面的冰的温度升高，但微波能不一定把冰融化。如图所示为TE型表面波导功率密度分布图：旋翼微波除冰罩如图所示：五、结冰探测系统(一)结冰探测系统组成结冰信号器→延时装置—{结冰信号；防冰系统防冰工作}(二)结冰信号器类型1、直观式结冰信号器2、自动式机械式结冰探测器压差式结冰信号器电导式冰信号器射线式冰信号器电热式冰信号器第四节飞机透明表面的防冰、防雾和除雨

飞机透明表面，是指飞机风挡玻璃、照像窗口玻璃、天文观测窗口玻璃、旅客及窗口玻璃和座舱盖玻璃等。如图所示为具有多发动机的运输机上风挡防冰、防雾的典型安排形式：一、风挡防冰 目前飞机风挡上使用的防冰方法有热力防冰和化学防冰中的液体防冰两种。(一)热力防冰 就风挡热力防冰方法的热源进行分类，可有电热防冰、气热防冰和红外线加热防冰三种。１、电热防冰 风挡电热防冰可分为阻丝式和导电膜式两种。其中阻丝式风挡电热防冰方法在目前飞机上较少使用。如图为小型飞机的导电膜式电热风挡的典型结构： 如图所示分别为大型飞机的非矩形和接近举行风挡的导电膜式电热风挡的典型结构：２、气热防冰 风挡的气热式防冰有双层壁式热空气防冰系统和外壁面喷射热气流式防冰系统两种。双层壁式热空气防冰系统的组成如图所示：(二)物理化学法防冰 在物理化学法防冰中，目前飞机风挡上较多使用的是液体防冰系统。液体防冰系统示意图如图所示，常用的防冰液有甲醇、乙醇、乙醇和丙三醇(甘油)的混合液以及异丙醇酒精等。二、透明表面防雾 透明表面结雾后，不仅会降低玻璃的透明度，而且因结雾引起光的折射和反射，还会导致视觉表象的失真。如果内表面温度低于零度时，其表面上还会结上霜层，当双层厚度达0.1mm时，将严重影响玻璃的透明性，使飞行员难以判明及外情况。 防雾是指防雾表面温度，连续保持在飞机全部飞行时间内可能遇到的座舱空气的最大露点以上，从而避免了表面结雾。 除雾是指当表面结雾后，接通防雾系统工作，使已结的雾层除去。 按防雾系统的工作原理，可分为机械法、物化法和加热法三类。(一)物化法防雾1、采用不结雾的风挡玻璃材料 在不结雾的玻璃材料中，含有一种特殊增塑剂，当它与水接触后，立即水解为湿润剂，因而降低了水的表面张力，使水在表面上延展成一层视觉看不出来的均匀透明的膜层，从而保证了玻璃的透明度。 防雾涂层可有两种形式：一种是在防雾表面上粘结一层用表面活性剂或亲水性物质浸渍过的塑性基片，另一种型式是在防雾表面上涂上一层防雾剂。２、吸潮防雾系统 吸潮防雾系统是由吸潮砂筒、管道及接头组成。如图所示：３、干燥气体壁防雾系统(二)加热法防雾１、电加热防雾 风挡的防雾问题只需考虑在较低的环境温度时，风挡内表面温度能否保持在座舱露点之上。2、双层壁板式热气防雾 双层壁板式热气防雾是利用热空气在双层玻璃壁板之间的流动加热玻璃表面而实现防雾的，如图所示：３、自由射流空气防雾 自由射流空气防雾系统是由气源、减压器、引射器和喷嘴等组成。如图所示为自由射流空气防雾系统示意图：三、风挡除雨(一)风挡雨刷除雨系统 风挡雨刷除雨系统是由控制开关、电动机、齿轮减速机构、液压动力源、雨刷组成。(二)风挡液体除雨剂除雨系统 液态除雨剂是一种无毒、对玻璃无腐蚀、冰点在-40℃左右，能耐低温和高温的化学制剂。液态除雨剂系统的组成如图所示：(三)外壁喷射器流式除雨系统 外壁喷射器流式除雨系统是利用系统所提供的高速、高温气体，在风挡的外壁上形成一层防护气壁，将风挡表面遮蔽起来。第五节防冰和排雨系统示例 需要防