除却冰甲飞更高：飞机除冰民航重要科研课题

　　图1：Ameco正在为国航一架波音737-800飞机实施慢车除冰。

　　提到冬春航季，旅客的深刻印象就是雨雾雪天气对航班的影响。特别是在降雪情况下，不仅会因为跑道积冰、机身除冰等因素造成航班延误，更为严重的是，如果飞机机身积冰不能及时有效地得到清除，还会严重危及飞行安全。

飞机积冰 威胁航班冬季运行安全

　　1991年12月27日，瑞典的一架麦道81型飞机在起飞后不久，由于发动机吸入机翼上掉落的冰块，造成发动机停车，飞机紧急迫降在机场之外，机身断成三截。2009年2月12日，美国大陆航空公司一架通勤飞机在纽约布法罗地区坠毁，造成50人罹难，可能的事故原因是飞机起飞前表面即已大量结冰。2004年11月21日，东航在包头发生坠机事故。初步调查显示，在飞机起飞过程中，可能由于机翼结霜污染使机翼失速临界迎角减小，造成飞机失速，直至飞机坠毁。

　　根据过去25年的统计，由于飞机积冰原因已经造成多起空难，数百人罹难。因此，飞机积冰已经成为威胁冬季航班安全的因素之一。

　　那么，飞机积冰到底是如何影响飞行安全的，其原理又如何解释？中国民航地面特种设备研究基地负责人、中国民航大学教授王立文告诉记者，飞机积冰对飞行安全的危害主要表现在三个方面：一是破坏飞机的空气动力性能，使升力系数下降、失速迎角减小，可能造成飞机抖动，甚至失控。实验数据表明，机翼前缘和上表面形成的冰、雪、霜具有与中粗粒砂纸相似的厚度和表面粗糙度，能够降低30%的机翼升力和增加40%的阻力。二是易导致飞机发动机效率低下或损坏。如发动机进气道和动力装置积冰，最典型的危害就是使发动机的气流流量减小，减小发动机推力，脱落的冰层容易被吸入发动机，易导致压气机机械损伤或者整台发动机损坏。三是影响机载仪表和通信系统。机身积冰会使装在机身表面的测温、测压传感器信号失真或者产生误报。

飞机除冰 我国民航的重要科研课题

　　既然飞机积冰对飞行安全有如此大的威胁，那么对于航空公司和机场来说，冬季飞行就需要在飞机起飞前对飞机积冰进行清除。飞机除冰技术目前是我国民航科研领域中的一个重要课题。

　　相关统计资料显示，我国现有的176个民航机场中，受降雪影响的机场有82个，主要分布在东北、华北、西北、华东和中南部分地区。王立文表示，同欧美等民航发达国家相比，我国民航的飞机地面除冰技术还是相对落后的，主要表现在除冰流程控制技术和除冰装备技术上的差距。

　　我国绝大多数机场在除冰流程控制技术方面还是以机位除冰为主，这种传统的人工除冰流程存在很多弊端。第一，机位除冰的时间安全裕度难以保证。飞机地面除冰所使用的防冰液和除冰液都有一定的保持时间，一旦超过除冰液的保持时间，飞机二次积冰的概率就会增加，并将给飞行安全带来极大隐患。目前的机位除冰方式不仅除冰时间长，除冰后还有推出、启动、滑行、排队等待等多个环节，同时由于机位距跑道距离远，滑行道和联络道交通情况复杂，飞机除冰后的滑行、等待时间很难精确控制，无法保证飞机在除冰液的保持时间内起飞，导致飞机地面除冰时间安全裕度不可控，存在安全隐患。

　　第二，机位除冰除了在时间上不具备优势外，对于机场运行来说，运行效率也不高。由于机位空间狭小，无法实现多种除冰装备的并行组合作业，因此导致除冰作业时间长，效率低下；同时，由于机位资源的占用，使机位资源使用率降低，从而导致机场的整体容量和运行效率降低。第三，机位除冰方式无法实现基于航班动态的除冰集中统一指挥调度。由于机位除冰时间和滑行、等待时间的不可控性，导致机场不可能按照航班离港动态实现除冰的统一指挥调度。在实际运行情况下，会给飞机造成更多的延误，并导致机场整体运作秩序的混乱，也使航空公司、机场、空管的运行成本提高和安全风险增加。

　　除了除冰流程技术不合理外，我国民航飞机地面除冰装备自动化程度不高，以人工手动作业为主。至于飞机地面积冰短时预报和实时检测技术、飞机地面除冰多参数优化控制技术、飞机除冰后微量残冰检测技术等先进技术还未在飞机地面除冰中实际应用，除冰技术装备亟须更新。

集中除冰 实现技术与流程的完美配合

　　目前，集中除冰和完备性飞机除冰系统装备技术已经成为国外民航飞机地面除冰技术的最方面新发展方向，而我国在飞机集中除冰技术方面的研究也已经开始。

　　在国家自然科学基金民航联合研究基金的支持下，中国民航地面特种设备研究基地飞机集中除冰课题组自成立以来，一直从事飞机地面除冰技术的研究，在国内首次提出“飞机集中除冰系统”的概念，并设计了基于除冰时间精确控制的飞机集中除冰的时间安全裕度流程，其研发的飞机集中除冰系列装备已经应用到北京、哈尔滨、郑州等地的机场。

　　那么飞机集中除冰，到底是一个怎样的概念呢？飞机集中除冰是以最大限度地提高飞机地面除冰的时间安全裕度为目标的除冰作业模式。提高除冰时间裕度的核心问题，就是如何最大限度地减少飞机除冰作业时间，以及除冰后地面滑行等待时间。因此，除冰装备的集中整合和除冰作业流程的集中优化，可实现飞机地面除冰作业的高效、安全和除冰作业时间及滑行、等待时间的精确控制。

　　在除冰作业流程设计方面，为减少飞机除冰后的滑行、等待时间，王立文课题组根据机场的不同情况在靠近跑道区域专门设计了多个飞机除冰坪，每个除冰坪有4个-6个除冰位。与此同时，在除冰作业过程中，将飞机除冰过程与飞机起飞时刻相衔接，并根据待除冰飞机的机型和积冰状况，通过除冰坪除冰装备喷嘴数量的优化组合，精确控制飞机除冰时间，确保飞机能够在除冰液保持时间内按设计的安全裕度和预定时刻起飞。这从根本上避免了由于飞机的二次结冰所带来的安全问题，也在很大程度上减少了由于冰雪天气造成的航班大面积延误。

　　在除冰装备技术研究方面，飞机集中除冰基础装备已经实际应用。在国家自然科学基金民航联合研究基金的资助下，王立文课题组正在开展的飞机完备性除冰关键技术研究可望与现有的研发装备结合，形成包括飞机地面结冰短时预报、飞机除冰过程控制与调度、飞机除冰后微量残冰的准确检测等功能的完备性自动化除冰系统，促进我国飞机地面除冰技术达到国际先进水平，并最大限度地保证飞机除冰的安全性，提高除冰效率。

　　集中除冰系统目前已经在北京、哈尔滨、郑州等地的机场应用，效果良好。根据首都机场提供的数据，采用集中除冰后，中雪情况下，波音737飞机的平均除冰时间由原来的30分钟缩短到7分钟-8分钟，可以保证飞机在除冰液的有效保持时间内起飞，从根本上杜绝了飞机在地面的二次结冰问题，消除了飞机冬季运行的安全隐患。同时，由于除冰效率的提高，也减少了由于冰雪天气所带来的航班大面积延误。

　　（感谢中国民航大学特种设备研究基地邢志伟教授为本文所提供的帮助。）

　　图2：首都机场率先在国内成功实施航空器慢车除冰演练。