飞行理论图解 · 积冰与颠簸

积冰与颠簸

过冷水滴 · 四种冰 · 三级颠

过冷水滴一碰就冻
颠簸分级看操纵

过冷水滴 · 积冰 · 颠簸 气象基础

积冰的元凶是过冷水滴:温度低于 0℃ 还没结冰的水滴,稍受振动立刻冻结。所以积冰三条件一条都不能少:气温低于 0℃、飞机表面低于 0℃、有低于 0℃ 的水滴。冰分四种:明冰(0~-10℃,光滑透明,最危险)、雾淞(-20℃,松脆易除)、毛冰(-5~-15℃,白瓷色)、霜(晴空凝华,几乎无害)。颠簸按操纵感受分三级:弱颠簸空速表有改变,中度颠簸操纵费力,强颠簸操纵有困难。汽化器积冰的红线也在这页:大气温度 +10~+15℃ 并有降水,最容易积冰。

01 积冰的形成与条件

过冷水滴 · 三条件

元凶:过冷水滴 温度在 0℃ 以下仍未冻结的水滴(云滴、雨滴) 多出现在 0 ~ -20℃ 的云和降水中 高于 -40℃:水滴能较长时间保持液态 低于 -40℃:水滴立即冻结成冰 过冷水滴碰上机体 过冷水滴非常不稳定,稍受振动就冻结成冰 温度越低冻结越快 · 过冷水滴越多冰层越厚 积冰的三个基本条件 1 气温低于 0℃ 云中、降水区气温在冰点以下 2 飞机表面温度低于 0℃ 冷透了的机体、机翼前缘 3 有温度低于 0℃ 的水滴 即过冷水滴(云滴、雨滴) 三条件同时满足 → 飞机积冰
过冷水滴
温度在 0℃ 以下仍未冻结的水滴,多出现在 0~-20℃ 的云和降水中;高于 -40℃ 能较长时间保持液态,低于 -40℃ 立即冻结;非常不稳定,稍受振动就冻结
三条件
① 气温低于 0℃ ② 飞机表面温度低于 0℃ ③ 有温度低于 0℃ 的水滴存在
冻结快慢
温度越低冻结越快;过冷水滴越多冰层越厚

注 · -40℃ 是过冷水滴的生死线:高于它保持液态,低于它立即冻结。所以 -40℃ 以上的云里才谈得上积冰,更冷的地方水已经全是冰晶了。

02 积冰的四种类型

明冰 · 雾淞 · 毛冰 · 霜

明冰 光滑透明 · 结构坚实 冻雨中 / 过冷大水滴 0 ~ -10℃ 云中 聚积快 · 冻结牢固 · 除冰难 雾淞 粒状冰晶 · 粗糙不透明 约 -20℃ 混合云中 松脆 · 容易除掉 对飞行危害小 毛冰(瓷冰) 明冰+雾淞混合体 · 白瓷色 -5 ~ -15℃ 过冷云/混合云 粗糙不平 · 比较牢固 · 不透明 晴空中飞行出现 · 水汽凝华 机体增温后可消失 风档结霜短时影响目视 对飞行几乎没有影响 危害排序 明冰(最危险:牢固难除)> 毛冰 > 雾淞 > 霜(几乎无害) 明冰在降水云中聚积速度往往很快 · 虽有除冰设备也不易脱落 温度对号入座 0℃ -40℃ 明冰 0~-10℃ 毛冰 -5~-15℃ 雾淞约-20℃ 过冷水滴活跃区 0~-20℃ · 低于 -40℃ 无液态水
明冰
光滑透明、结构坚实;在冻雨中或由过冷大水滴组成的 0~-10℃ 云中形成;聚积快、冻结牢固,有除冰设备也不易脱落,危害最大
雾淞
粒状冰晶组成,表面粗糙不透明;在约 -20℃ 的混合云中形成;松脆易除,危害小
毛冰
明冰和雾淞的混合体,粗糙不平、较牢固、不透明,白瓷色,也叫瓷冰;形成于 -5~-15℃ 的过冷云或混合云中
晴空中飞行时出现,水汽在寒冷机体表面直接凝华而成;维持时间不长,机体增温后消失,除风档上短时影响目视外几乎无影响

注 · 温度区间必须对号:明冰 0~-10℃、毛冰 -5~-15℃、雾淞 -20℃。越接近 0℃ 越透明坚固,越冷越粗糙松脆。霜的陷阱是"晴空"——没有云也会积冰。

03 积冰强度与影响因素

四级 · 含水量 · 速度 · 曲率

积冰强度等级 弱积冰 < 0.5 mm/min 全过程 < 5.0 cm 中积冰 0.8 ~ 1.0 全过程 5.0 ~ 15.0 cm 强积冰 1.1 ~ 2.0 全过程 15.1 ~ 30.0 cm 极强积冰 > 2.0 全过程 > 30.0 cm 单位时间冰层厚度 mm/min | 全过程单位面积积冰厚度 cm 影响积冰强度的因素 ① 云中过冷水含量和水滴大小 过冷水含量越大 → 积冰强度越大 大水滴→明冰 · 小水滴低温→雾淞 ② 飞行速度 低速(600 km/h 以下):速度越大 单位时间碰上的过冷水滴越多 → 积冰越强 ③ 积冰部位的曲率半径 曲率半径小 → 积冰快: 空速管、天线最快 > 翼尖较快 > 翼根较慢 粗糙表面比光滑表面积冰快
强度四级
弱 <0.5 mm/min(全过程 <5.0 cm);中 0.8~1.0(5.0~15.0);强 1.1~2.0(15.1~30.0);极强 >2.0(>30.0)
影响因素
云中过冷水含量和水滴大小(含量越大越强);飞行速度(600 km/h 以下速度越大越强);积冰部位曲率半径(曲率半径小积冰快:空速管、天线最快,翼尖较快,翼根较慢;粗糙表面比光滑表面快)

注 · 积冰最快的部位排序是经典题:空速管、天线 → 翼尖 → 翼根。道理就是曲率半径越小越"招冰"。

04 积冰的影响与处置

四大危害 · 汽化器红线 · 四步处置

积冰对飞行性能的影响 ① 破坏空气动力性能 增重 · 重心改变 · 气动外形破坏 升力系数下降 · 阻力系数增加 · 抖动 ② 降低动力装置效率 桨叶积冰 → 推力减小 · 脱落冰块打坏发动机 燃油积冰(约 -30℃)→ 阻塞滤油器、油泵 ③ 影响仪表和通讯 全静压系统积冰 → 空速表、高度表失灵 天线积冰 → 无线电收发受影响甚至中断 ④ 风挡积冰影响目视 汽化器积冰红线 大气温度 +10 ~ +15℃ 并伴有降水 汽化器最容易积冰 · 严重积冰 → 功率降低甚至停车 积冰条件下飞行 · 四步处置 1 保持警觉:发动机抖动、转速减小、操纵困难也是积冰征兆 除观察积冰信号器和可目视部位外 2 正确使用防冰 / 除冰设备 3 改变航向和高度,尽快脱离强积冰区 4 避免剧烈操纵 · 保持合理速度和安全高度 着陆时不要把油门收尽 → 有失速危险
四大影响
破坏空气动力性能(增重、重心改变、升力降阻力增);降低动力装置效率(桨叶积冰推力减小、冰块打坏发动机、燃油积冰阻塞系统);全静压系统和天线积冰影响仪表与通讯;风挡积冰影响目视
汽化器红线
大气温度 +10~+15℃ 并伴有降水时汽化器最容易积冰,无论发动机何种工作状态都可能严重积冰
四步处置
保持警觉 → 正确使用防/除冰设备 → 改变航向高度脱离强积冰区 → 避免剧烈操纵、保持合理速度和安全高度;着陆时不要把油门收尽

注 · 汽化器积冰最反直觉:暖天气(+10~+15℃)比严寒天更容易积冰,因为湿空气里过冷水多。加热进气到 20℃ 可把汽化器温度保持在冰点以上。

05 颠簸的强度与影响因素

三级 · 乱流 · 速度 · 翼载荷

颠簸强度三级(按飞机状态和操纵感受) 弱颠簸 飞机轻微地和有间歇地上下抛掷 空速表指示有改变 中度颠簸 飞机抖动 · 频繁地上下抛掷 左右摇晃 · 操纵费力 强颠簸 强烈地抖动 · 频繁地和剧烈地 上下抛掷不止 · 操纵有困难 影响颠簸强度的三因素 ① 乱流强度 取决于垂直阵风区风速和空气密度 垂直阵风风速越大 → 升力变化越大 → 颠簸越强 空气密度越大 → 颠簸越强 冬季低空冷空气密度大,颠簸感受更明显 ② 飞行速度 低速(600 km/h 以下):速度越大 → 振幅、频率越大 速度继续增大 → 振动周期缩短 → 振幅反而减小 ③ 翼载荷 翼载荷大 → 单位机翼面积承重大 → 冲击加速度小 → 颠簸弱 | 翼载荷小 → 颠簸强
弱颠簸
轻微地和有间歇地上下抛掷,空速表指示有改变
中度颠簸
抖动、频繁上下抛掷、左右摇晃、操纵费力
强颠簸
强烈抖动、频繁剧烈上下抛掷不止、操纵有困难
三因素
乱流强度(垂直阵风风速越大、空气密度越大越强);飞行速度(600 km/h 以下速度越大越强,继续增大反而减小);翼载荷(翼载荷大颠簸弱,小则强)

注 · 分级关键词抓状态词:弱=空速表有改变;中=操纵费力;强=操纵有困难。翼载荷是反直觉项:越重的飞机(单位面积承重大)越稳。

06 颠簸的天气与处置

五系统 · 四地区 · 四步处置

产生颠簸的天气系统和地区 天气系统(五类) a) 锋面 b) 空中槽线和切变线 c) 高空低涡 d) 高空急流区 e) 对流层顶 高空槽颠簸:偏于槽前一侧 · 云中颠簸:波状云中机会最多 层积云、高积云:弱到中度 | 与急流区相伴:强烈 地区(四类) a) 地表热力性质不同的地区 b) 山区及地表粗糙区 c) 积状云区 d) 低层风切变区 颠簸的影响与处置 颠簸的影响 ① 操纵困难,甚至失去操纵 ② 损害飞机结构、减小发动机功率 ③ 飞行人员和乘客紧张疲劳,甚至危及安全 处置方法(四步) 1 操纵动作要柔和,不要有大的机动动作 2 不必严格保持平飞 3 采用适当的飞行速度 4 改变高度或航线,脱离颠簸区 锋面颠簸:冷暖空气交汇区 · 温度场风场差异显著 + 气流辐合变形 山地波:动力因子 + 热力因子共同作用 → 山地湍流
天气系统
锋面、空中槽线和切变线、高空低涡、高空急流区、对流层顶
地区
地表热力性质不同的地区、山区及地表粗糙区、积状云区、低层风切变区
云中颠簸
波状云中机会最多;层积云、高积云一般为弱到中度;高积云、卷云与急流区相伴可出现强烈颠簸
高空槽颠簸
穿越高空槽且偏于槽前一侧时颠簸较强(明显的风切变和温度切变在槽前附近)
处置
操纵柔和不做大机动;不必严格保持平飞;采用适当飞行速度;改变高度或航线脱离颠簸区

注 · 颠簸处置和积冰处置分开记:颠簸是"柔和、放松、调速度、换高度",积冰是"警觉、防除冰、脱离强积冰区、防失速"。都有一条"改变高度/航线脱离"。