飞机结冰对于飞行安全的重大危害分析

罗 茜 王亚莉

（海口经济学院公共管理学院 海南 海口 571127）

2004 年11 月21 日，由包头飞往上海的东航MU5210 航班起飞后不久就发生坠落， 机上6 名机组人员、47 名乘客和2 名地面人员不幸遇难。 后事故调查证实飞机在包头机场过夜时存在结霜的天气条件，飞机起飞前没有进行除霜冰。 飞机起飞过程中，由于机翼污染使机翼失速临界迎角减小。 当飞机刚刚离地后，在没有出现警告的情况下飞机失速，飞行员未能从失速状态中改出，直至飞机坠毁。2006 年6 月3 日，我国空军一架军用运输机执行任务中， 在安徽某地失事坠毁，机上40 人全部遇难。 造成这起事故的直接原因是由于多次穿越结冰区域，飞机空中结冰，导致失控坠毁。 由此可见飞机结冰对于飞行安全有致命威胁。 在国际、国内航空飞行史上，曾多次出现因飞机结冰而引发的飞行事故。 因此，飞机结冰已被公认为是一种危及航空飞行安全的重要天气现象。

1 飞机结冰与结冰环境

飞机结冰是飞机机身表面的某些部位聚集冰层的现象。它是由云中存在的过冷水滴或过冷雨滴碰到机体后冻结而成的， 有时也可以由大气中的水汽直接在机身表面凝结而成，特别是在云中温度低于零摄氏度时，极易导致飞机结冰。飞机在气温摄氏0℃至-10℃间之高空飞行，机体上最容易结冰；尤其是积状云如积云、积雨云和层积云等存在过冷却水滴，飞机飞过，空气受扰动，过冷却水滴立刻结冰覆着于机体上，数秒钟内机体上就会有严重的结冰；空气中若湿度大，含有过冷却水，容易构成升华作用，飞机穿越其间，空气略受扰动，迅速凝聚积冰。 全年中，飞机结冰主要出现在冬半年，且飞行高度在海拔3000 米左右的结冰概率最大。

飞机结冰从冰块结构、种类和形状可分为明冰、毛冰、雾凇和霜四种。 明冰光滑且透明，冻结十分坚固，表现为飞机表面的强结冰，是对飞行安全影响最大的冰种。 它除了改变飞机的气动特性外，结冰较厚时，还可使飞机重心发生改变，产生附加的俯仰力矩，破坏飞机的稳定性和操纵性；破碎后的明冰还可能吸入发动机而损伤发动机。 毛冰表面粗糙不平，冻结也比较牢固， 容易在温度为-5～-15℃的云团中形成，对飞机气动特性的改变也很明显。 当飞机由低于0℃的区域进入较暖的区域时， 水汽会在机体表面凝华, 从而形成雾凇或霜；雾凇和霜的表面粗糙，不透明，结构松脆，较容易排除；雾凇和霜多出现在风挡等部位，严重时会影响飞行员的视线,干扰飞机的正常起飞和着陆。 不管出现任何结冰状态，本着民航运行安全的要求，飞机需要净形状态运行。

2 飞机结冰部位及危害

飞机机体结冰主要在飞机的突出部位，如，机翼尾翼的前缘、发动机叶片、发动机进气口、空速管、飞机天线、风挡等。 飞机结冰会使飞机的空气动力性能变坏，减小升力，增加阻力，减少推力。 机翼、尾翼前沿结冰使翼型改变，降低升力，破坏操纵性能；进气道前缘结冰则会导致进气不畅，影响发动机推力，如果冰层碎裂，冰块吸入发动机还可能打坏发动机；空速管冰影响飞机速度表的正确指示；风挡结冰，妨碍飞行员实行目视飞行；天线结冰，影响正常陆空通讯或造成通讯导航信息的中断。 总之，飞机各部位都不允许结冰。

3 飞机结冰对飞行性能影响

飞机结冰使向飞机主要系统提供的数据不准确： 飞机的速度、高度可能因此被扭曲，求助系统陷入瘫痪。 首先，飞机积冰后冰块污染机翼尾翼会破坏飞机的空气动力性能。 当机翼和尾翼积冰时，能使飞机的空气动力特性和飞行特性显著变坏，由于积冰，机翼翼型破坏,摩擦阻力和压差阻力都增大。根据有关方面的飞行试验，机翼、尾翼积冰时，其阻力增加占飞机因积冰引起总阻力增加约70%～80%， 若在大迎角下飞行时，更突出，如果积冰层较厚，还会使飞机的重心位置改变，从而影响飞机的安定性，若在机翼后缘积成冰脊还会使飞机发生滚转大速度下失速，引起飞机事故。 结冰可使得飞机的起飞过程变得艰难，可能导致飞机离地后坠毁、或者用尽跑道都不能离地升空等现象。

其次，飞机积冰后严重影响发动机正常工作，降低发动机工作效率，甚至使发动机产生故障引起发动机停车。 当飞机处于空气含水量较大的雾、云或降水中，如果外部温度低于0℃，则会在发动机进气口上出现积冰。 这样就会使进气量减少，进气气流不顺畅，造成飞机推力损失，甚至发动机停车。 在飞机其他部位没有结冰时，喷气式发动机进气道有时会有积冰。 因为发动机高速运转吸入空气，实现绝热空气膨胀做功降低温度，飞行实践证明，当外界气温等于小于+5°C时，喷气式发动机进气口部分可以发生结冰。

最后，飞机积冰后影响仪表和通讯，妨碍飞行员目视飞行。飞机风挡上一旦结冰，会影响到飞行员的视野，干扰飞行员的正常飞行，乃至飞机的正常起降。 飞机的空速管、天线等仪表、设备部件通常裸露在飞机的外表面，较容易结冰。 空速管结冰后,会导致速度表显示错误,影响飞行员对飞机状态的判断；天线积冰可能会使无线电通信失效，中断联络。 强烈积冰能使天线同机体相接，发生短路，会造成无线电导航设备失灵。

4 飞机积冰现有的处置措施

在寒冷环境中的飞机在起飞前需接受除冰防冰处理，通常做法是使用机场除冰车对飞机机身、特别是机翼喷射除冰液，化学除冰，使用防冻液喷洒到防冰表面进行防冰或除冰。但客机除冰防冰方式有多种，除化学除冰外还有发动机热气除冰、电热除冰。 气热防冰中喷气飞机的热气源引自发动机压气机，活塞发动机则要用加热器加热空气，把热空气通过导道送到需防冰的部位防止结冰。 气热防冰用于机上防冰面积较大的部位，如机翼前缘、尾翼前缘、发动机进气道前缘。电热防冰主要是利用电阻把电能转化为热能进行防冰。 主要用于面积较小、又较为突前的部位。 如空速管和风挡玻璃的防冰。 空速管内装有功率很大的电阻丝，在结冰时通电把冰融化；风挡玻璃则通过玻璃上的金属涂层加热。 同时，德国科研人员2007 年研制出一种鱼蛋白涂料，涂在飞机机翼表面，可有效地防止飞机在高空飞行中结冰。

飞机结冰在飞机飞行过程中全年都容易出现，特别是夏季，大气中含水量偏高。 飞机结冰严重威胁飞行安全，为了保障飞行安全，飞机在地面停靠时一定要做到严格防冰，净形状态起飞，空中飞行时严格执行防冰除冰程序，确保运行全程的飞行安全。S

［1］周莉,徐浩军.结冰对飞机动态响应特性的影响[J].飞行力学，2011，4.

［2］钟长生，杜亮，洪冠新.飞机结冰引起的飞行动力学问题探讨[J].飞行力学，2004，3.

［3］邢霞，李晓勇，刘志彤.飞机机翼结冰对气动特性及飞行性能的影响[J].民用飞机设计与研究，2007，4.

［4］李林，王立新，彭小东.结冰对民机飞行性能的影响研究[J].飞行力学，2004，3.

［5］蛋白质涂料能防结冰德飞机穿上鱼蛋白衣服[J].新材料产业,2008,7.