其次节 飞机结冰对飞机性能的影响

本文格式为Word版，下载可任意编辑——其次节飞机结冰对飞机性能的影响飞机防冰系统

飞机在结冰气象条件下飞行时,在飞机机翼前缘,发动机进气道和压气机叶片上,在涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨桨叶上,在驾驭舱风档玻璃上,以及在测温、测压的各种传感仪器探头上，往往会遇到结冰的现象。飞机结冰后，不仅增加了飞机的重量，而且破坏了飞机的气动外形，因而阻力增加，飞机操纵性、稳定性下降；仪表、仪器结冰后，会导致指示失常，如结冰严重时，还可能出现严重的飞行事故。

第一节飞机结冰与气象的关系

一飞机结冰的物理形式

飞机在负温云层中飞行，或者具有负温表面的飞机在无云的大气中飞行时，都可能在飞机表面发生结冰的现象．这就透露了飞机结冰的本质，即飞机在大气中飞行，只要同时遇到水分和负温两个条件，就会结冰．根据结冰时的具体状况，从物理变化的角度，可将飞机结冰分为三种形式。(一)滴状结冰：

它是大气中的过冷水滴撞击在飞机并在其上冻结的一种结冰形式，是飞机结冰的主要形式。(二)凝华结冰：它是大气中的气态水（即水蒸气）不经过液态相而直接冻结在飞机上的一种结冰形式。由于这种这种现象是升华的逆现象，因而称为凝华结冰。

凝华结冰的原因，是一致温度下冰表面的饱和蒸气压力比水表面的小，因此在足够低的负温条件下，虽然在大气中还没有达到水蒸气的饱和状态，而在冰表面上却可达到饱和状态，因而使水节气真接凝华成冰。所以，当预有一层薄薄的象霜一样的冰层覆盖在飞机表面时，面此时飞机表面尚保持低于环境介质温度的负温时，就有可能在飞机表面发生凝华结冰。(三)干结冰：

飞机在热带地区飞行时，假使遇到冰晶云（由冰晶体组成的云），冰晶体会沉积到飞机表面上而使飞机结冰。

飞行实践证明，上述三种结冰形式中，

干结冰和凝华结冰发生较少。对飞行性能的影响也较小，而滴状结冰是飞机结冰的常见形式，对飞机性能的影响较大，甚至可能导致飞行事故，因此，后面的探讨一般都是针对滴状结冰进行的。

二飞机结冰的主要气象参数

飞行实践证明，飞机结冰量的多少，结冰范围大小及冰层的形状，主要取决于云层温度、液态水含量、水滴直径和云层范围（水平长度与垂直高度）四个气象参数。（一）云层温度

云层温度是影响飞机结冰的主要气象参数之一，根据统计资料，飞机结冰一般发生在0———20的范围内，特别在-2——10时，结冰的概率最多，猛烈结冰主要发生在-2——8的温度范围内。（二）液态水含量液态水含量愈大，则在单位时间内撞击到飞机表面现象上的水量愈多，因而结冰愈严重。（三）水谪直径

水滴直径对飞机结冰区域的大小有着决定性的影响，对结冰形状的影响也比较大，因此水滴直径也是影响飞机结冰的重要参数。（四）云层范围

云层范围是指云的水平长度和垂直厚度，它主要影响飞机结冰的厚度，云层范围越大，飞机在云中飞机时间越长，因而冰层越厚。其次节飞机结冰对飞机性能的影响

在结冰气象条件下飞行的飞机，若无防冰措施，在飞机的所有迎风面都可能结

冰。飞机结冰后，不仅增加了飞机重量，而且破坏了飞机的气动外形，因而阻力增加，使飞机操纵性能下降，传感仪的结冰则会导致信号失真和指示失常。结冰对飞机性能影响的程度，取决于结冰强度和冰的形状。由于飞机各部件在飞机上起的作用不同，它们结冰的状况不同，对飞机性能的影响也不同，因此本节首先探讨结冰强度和冰形，然后按部件分类探讨结冰对飞行性能的影响。

一、结冰强度和结冰程度

（一）结冰强度

结冰强度是指冰在飞机表面形成的速度，以每分钟增长的厚度表示。结冰强度与飞行速度、气象条件及飞机部件折外形有关，由于各部件外形不同，所以在同样的飞行和气象条件下，各部分的结冰强度是不同的。等级弱结冰中等结冰强结冰极强结冰结冰强度mm/min〈0．60．6--1．01.0—2.0〉2.0（二）、结冰程度结冰强度并不能完全表达飞机结冰的严重程度，如飞机处于小范围雨积云的极强结冰条件下飞行时间很短，结冰强度虽然很大,但结冰量不会很厚；相反，如飞机处于弱结冰条件下飞行时间很长，则冰层可能很厚。所以，总的结冰厚度也是一个十分重要的概念，因而引入结冰程度这一概念。参数弱结冰中等结冰强结冰极强结冰最大厚度(mm/)0.1—0.55.0—1515--30﹤30所谓结冰程度，是指在结冰条件下的全部飞行时间内，飞机表面所结冰层的最大厚度。显然，结冰程度是冰的生成速度和飞机飞过结冰区域的时间的函数。

二、机翼及尾翼结冰的影响

机翼和尾翼是飞机产生升力的主要部件。结冰时，冰层主要聚集在翼面前缘部分。机翼和尾翼上结冰，会引起翼型阻力增加，升力下降，临界攻角（失速攻角）减小，飞机操纵性和稳定性恶化。（一）翼型阻力增加，升阻比降低

翼型阻力是由摩擦阻力和压差阻力两部分组成的。

摩擦阻力的产生是由空气具有粘性，在空气流经机翼表面时，会形成附面层而产生摩擦阻力。摩擦阻力的大小，主要取决于附面层的性质，层流附面层的阻力远比紊流附面层阻力小，机翼表面都设计成流线型截面，就是为了避免出现紊流附面层的。

压差阻力是物体前后的压力差所引起的，因此，它的大小主要取决于物体的形状。为了减小翼型的压差阻力，机翼表面也必需具有良好的空气动力外形。机翼和尾翼结冰后，表面出现不平并使翼型失真，破坏了原来的流线外形，是气流产生局部分开，从而使原来的层流附面层变成紊流附面层，于此相应的摩擦阻力和压差阻力都会增大。有资料说，机翼表面结上槽状冰后，翼型阻力可增加5-10倍。根据飞机试验，机翼和尾翼结冰时，其增加的阻力占飞机因结冰引起阻力增加总量的70-80%。由此可见，对机翼前缘防冰加温是十分重要的。本来飞机的升力系数Cy是随攻角α的增大而增大的，当然阻力系数Cx也会增加，对于一个气动性能良好的翼型剖面，应当是升力系数比阻力系数增加得快一

些，寻常用升阻比k=Cy/Cx来衡量机翼空气动力性能的优劣。显然，k值应越大越好。但是，机翼结冰后，阻力增加多，引起升阻比降低，使机翼空气动力品质变坏。

（二）临界攻角减小当机翼为流线型时，流过机翼的气流将是一层一层的，这时的升力系数Cy随攻角α的增加而线性增长；α增大αcr时，假使再继续增加，则Cy猛烈下降，这个升力系数Cy为最大值时的攻角αcr称为临界攻角。当翼面结冰后，气流的流线型分层遭到破坏，会使临界攻角αcr下降。图9-3表示了翼面结矛状冰和槽形冰后临界攻角减小的状况，同时可见，结冰后的升力系数最大值Cymax也下降了。

（三）使飞机操纵性能恶化

机翼与尾翼结冰后，临界攻角下降，使飞机在低速飞行时，特别是在着陆时有失速的危险，因此飞机在着陆时，水平尾翼寻常处于负攻角状态，对飞机起着配平作用，由于临界攻角下降，使得尾翼在较小负攻角时就产生了气流分开，因而引起飞机低头，为了改正这种非操纵性的飞机低头，飞行员不得不增大襟翼偏转角，这就失去了飞行速度，飞行速度过低则简单进入失速状态。在结冰状态，为了避免失速危险，飞机的最小飞行速度应为不结冰状态产生气流分开时的极限速

度的1.3倍。

机翼和尾翼的严重结冰，还会引起飞机的机械抖动，操纵机构的缝隙结冰可能引起卡阻现象，这些都是影响飞机操纵和危及飞行安全的。

三、发动机进气部件及螺旋桨结冰的影响

（一）发动机进气部件结冰的影响

飞机在结冰气象条件下飞行时，发动机的进气道前缘、发动机压气机前的整流罩。支撑件、以及第一级压气机前的导流叶片都有可能结冰。发动机进气道前缘寻常具有与机翼类似的流线外形，故其结冰状况与机翼有类同之处，但又有它的特点，如结冰区域比机翼大，另外由于气流在进气道内加速，使温度下降，所以在环境介质温度5-10℃的正温条件下也可能结冰。图9-4为发动机进气道前缘及内外表面结冰状况的示意图。

发动机进气道及进气部件结冰，破坏了他们原来的气动外形，减小了进气道面积同时也减小了压气机每相邻叶片间的空气流通面积，使进入发动机的空气流量减少，因而发动机功率下降。对进气道入口装有格栅的发动机，结冰时气体流通面积减小更多，可能导致功率严重下降。为了保障发动机的转速和推力，这时必需加大燃油比流量，这样除增大燃油比消耗外，还会使涡轮前燃气温度升高，若超过允许值则会烧坏涡轮叶片，导致发动机停车。

由于结冰的不对称性及压气机叶片上冰层的不均匀脱落，都会破坏转子的动平衡，它除造成动力装置及飞机的振动外，严重时还会导致发动机轴承的损坏；脱落的冰层随高速气流进入压气机，打在叶片上还可能造成压气机损坏。

（二）螺旋桨结冰的影响

螺旋桨为高速旋转部件，在结冰条件下飞行时，螺旋桨桨叶、整流罩均可发生结冰。由于螺旋桨桨叶的形状实际上是一个扭曲了的机翼，因此结冰状况与机翼有一致之处，有时甚至比机翼还严重，在桨叶的整个长度上都可能结冰，浆尖的冰在离心作用下比较简单甩掉。弦向从桨叶前缘开始，结冰范围可达25%左右。螺旋桨及进气道的结冰状况如图9-5所示。

螺旋桨结冰后破坏了它的气动外形，增加了翼型阻力，因而降低了螺旋桨的效率。螺旋桨结冰，由于其不对称性，还会引起振动，当冰层甩脱时，可能危及飞机和发动机部件，甚至击穿蒙皮和气密舱的危险，所以螺旋桨结冰也严重影响着飞机的安全飞行。

五、风档玻璃及测温测压探头结冰的影响飞机在结冰条件下飞行时，或当飞机高度突然下降时，驾驶舱正面风档玻璃可能结冰或出现雾气，这时会降低玻璃的透明度，使目测飞行变得十分困然，对飞机的起飞和着陆是很不利的。

飞机上装有空速管和多种测温测压探头，这些部件也可能结冰。当测压口结冰使进气孔面积变小时，会使入口动压减小，使空速指示失真；测温探头结冰时，由于冰的蒸发，会使温度值下降，由此引起的误差可达10%以上。在现代大型飞机上，这些速度，压力和温度信号要送到有关计算机，由于结冰引起输入参数的误差或错误，将会使仪表或数字显示失真，使驾驶工作繁杂化，因而隐含着种种担忧全因素。

第三节飞机防冰的一般方法

飞机上主要的防冰部位有机翼、尾翼、发动机进气道、螺旋桨、风档玻璃和测温测压探头，根据这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。

根据防冰所采取能量形式的不同，可分成机械除冰系统，液体防冰系统，热气防冰系统和电热防冰系统，下面分别探