刘清贵：破解飞机“冰衣”之谜

　　图：机长，机翼上表面结冰，请求除冰勤务。刘蔚然/绘

　　“北国风光，千里冰封，万里雪飘”……在不知不觉中，我们又一次进入了“银装素裹”的冰雪季节。但是对飞机来说，穿“冰衣”并不显得“分外妖娆”，因为冰雪会对飞行安全构成极大威胁。据统计，在1986年-1998年间，因雪和冰引起的世界民用客机事故有42起，其中18起是在起飞时发生的事故。仅这18起事故就造成323人死亡。

“冰衣”

降低飞机空气动力性能

　　一般来说，寒冬季节经常出现冰、雪、霜等天气情况。它们会给飞机的空气动力性能带来严重影响，主要包括：升力明显减少，失速提前，失速速度增大；临界迎角减小，起飞滑跑距离增长；飞机的重量增加，阻力增加，耗油率增加；升力中心位移，操纵品质变差。比如，机翼上表面如果出现大量可见积冰，将造成飞机空气动力性能显著降低，引起操纵困难。根据风洞试验，直径1毫米-2毫米（即食盐大小）的颗粒以大约每平方厘米一颗的密度分布在机翼上表面，会造成机翼上表面粗糙，使升力在地面效应和自由空气两种条件下损失22%和33%。

　　在上世纪70年代中期发展起来的超临界翼，虽然对高速飞行非常有利，但对冰、雪、霜等尤其敏感。如果装这种机翼的飞机又没有前缘增升装置，在低速飞行时，若机翼失速，则会产生机翼前缘气流分离，使机翼上表面陷入分离区，机翼升力突然损失。一般来说，升力系数曲线在失速前没有明显异常，但超过临界迎角后会突然减小。来自某著名飞机制造公司的数据表明，受诸多因素的影响，飞行中两边机翼通常不会同时对称失速。当一边机翼先失速时，不对称升力作用在机翼外侧会产生大的滚转力矩。这类飞机如果意外失速，有可能导致飞机快速滚转。

　　如果左右机翼上表面的冰、雪、霜积存的程度、污染的区域不一致，必然会造成左右升力大小不一样，这种升力差会对飞机纵轴形成明显的滚转力矩。在起飞过程中，飞机速度本来不大，一旦滚转力矩超过了操纵力矩，在低高度、小速度、大载重的情况下，飞机将很难逃出坠毁的命运。因此，从空气动力学角度来看，必须严格确保飞机的关键表面在起飞离地时无结冰污染。

飞机结冰的条件

　　既然飞机冰、雪、霜污染对安全的危害如此之大，我们有必要了解什么情况下飞机容易结冰或结霜。

　　一是外界温度在零摄氏度以下时，发生降水、冻雨或毛毛雨。如果雨滴保持在过冷的状态，一旦与地面物体接触便会结冰。

　　二是冻结的降水，如雪、雨夹雪或冰雹。湿雪经常出现于大气温度和露点温度之差在1摄氏度以内，外界大气温度在零下4摄氏度-1摄氏度；干雪则通常出现于大气温度和露点温度相差5摄氏度以上。

　　三是过冷的地面雾和低云。在寒冷天气条件下，带有过冷水滴的云雾会在物体上结冰或结霜。

　　四是相对湿度很高，温度在冰点以下时，飞机表面会形成霜。飞机停场过夜和飞机从巡航高度下降着陆后，飞机表面和燃油温度仍保持在冰点以下时，霜的积聚是很常见的。当飞机机翼下表面结霜厚度小于3毫米时，可放行飞机。

　　五是在降雨条件下，机翼温度在结冰温度以下时，机翼上表面就容易结冰。

　　六是全温（TAT）为10摄氏度或低于此温度时，出现目视可见湿气（云、能见度少于1英里的雾、雨、雪、冻雨、冰晶等），或者停机坪、滑行道或跑道上有积水、冰、雪时，存在结冰条件。

充分准备应战“冰衣”

　　对机长来说，只要存在结冰、结霜的可能，建议每次起飞前都做好以下七方面的准备工作：

　　一是在地面出现结冰条件时，机长要严格执行有关操作程序，打开发动机和机翼防冰，检查大翼加温的工作情况。

　　二是飞机除冰/防冰后，按当前天气条件记录和监视持续效应时间，保证在效应时间内完成起飞。

　　三是机长在起飞前5分钟内完成起飞前冰情检查，评估飞机表面条件，确定满足“光洁飞机”条件，并调整有关的起飞性能数据。否则，机组可申请地面人员对飞机外部进行检查。

　　四是飞机外部检查可以由合格的地面机务人员或指定人员进行。如需要，必须重新执行除冰/防冰程序，清除飞机上的附着物。

　　五是如果除冰/防冰液持续效应时间已过，但又没有完成起飞前冰情检查，则不要试图起飞。飞行机组或合格的地面机务人员必须在起飞前5分钟（地面结冰时，应在起飞前5分钟内）按要求进行目视检查，评估机翼表面情况。那么，如何判定效应时间是否过期？笔者认为，可以通过检查飞机表面，尤其是机翼上表面，断定除冰/防冰液是否已失效。当飞机表面由湿表面变成有雪或冰覆盖的表面时，I型除冰/防冰液则不再有效；当飞机表面由光滑胶状表面变成雪水般表面，最后成为有雪或冰覆盖的表面时，II型防冰液不再有效。

　　六是起飞前的附着物检查应集中在机翼前、后缘。由于燃油温度低，在机翼下表面形成一层3毫米厚的薄霜是可以起飞的。但是，所有的前缘装置、操纵面、调整片表面、机翼上表面和平衡面板夹缝必须无雪或无冰。如果所有的通风口和静压口清洁，那么在机身上表面有一层薄的灰白色的霜是可以的。薄的灰白色霜是一种白色的晶状沉积物，通常在寒冷无云的夜晚，在物体表面上形成。它很薄，以至于不妨碍观察其下面的表面特征，如漆线、标志或字母。

　　七是不得完全用机翼中弦部分的情况代表整个机翼表面的情况。如果在完成附着物检查后，飞机不能在5分钟内起飞，则必须重新进行除冰/防冰处理。

　　值得一提的是，飞机在空中遇到结冰条件时，要及时接通发动机防冰电门和按需接通机翼防冰电门。对于喷气式发动机来说，其进气道有时会率先积冰。这是因为机翼和尾翼前部的动力增温，比喷气式发动机进气口处要大得多。如果发动机是在涡轮机大转速状态下工作，飞行速度又不大，那么空气是被吸入，而不是被压缩，这会导致空气绝热膨胀，气温降低。飞行实践证明，当环境空气温度等于或小于5摄氏度时，喷气式发动机进气口可能发生积冰。所以，飞机在云中飞行时，为了防止发动机积冰，当外界温度低于5摄氏度时（对空客和波音飞机来说，当全温低于10摄氏度时），需要打开发动机防冰装置。

　　（作者系中国民航科学技术研究院总飞行师/机长、民航特聘专家）