飞行理论图解 · 飞机系统

飞机除防冰图解

结冰危害 · 除冰防冰 · 地面除冰

一点冰就毁掉翼型,一厘米冰就毁掉升力
绝不允许结的地方防,允许结的地方除

Anti-ice 防冰 · De-ice 除冰 · 地面除冰 DOC 9640

结冰气象下所有迎风面都可能结冰:冰增加重量、破坏气动外形,机翼结冰升力下降、临界迎角减小,发动机进气道脱冰还会打坏发动机;所以关键部位持续防冰,允许结冰的部位按探测器提示除冰;地面上还要在起飞前把雪、冰、霜清干净。本页 6 个 stage 覆盖考纲「除/防冰系统」「防冰保护的必要性」「结冰探测系统」「地面除冰」四节。

01 防冰 vs 除冰

Anti-ice 持续防 · De-ice 按提示除

防冰 Anti-ice 绝不允许结冰的部位 · 持续加温 机翼前缘持续加温 电热或热空气装置 · 任何气象条件都不结冰 · 飞行任何时刻都不结冰 · 关键部位:翼面、风挡、传感器、发动机 除冰 De-ice 允许结一定程度的冰 · 按提示除去 ① 结冰 ② 气囊胀破冰 ③ 气流吹掉 · 加热、除冰气囊等装置除冰 · 飞行人员按结冰探测器提示开启 · 也包括起飞前地面除冰 · 允许部分部位在一定时间内结一定程度的冰 冰层被破碎后由高速气流吹离表面 除冰系统允许飞机迎风表面结一定程度的冰,再设法把冰除去 防冰系统则持续对迎风表面加温,防止这些地方结冰
防冰 Anti-ice
对绝不允许结冰的部位设电热或热空气装置,保证任何气象条件、飞行任何时刻都不结冰
除冰 De-ice
允许某些部位在一定时间内结一定程度的冰,飞行人员按结冰探测器提示开启加热、除冰气囊等装置除冰,也包括起飞前地面除冰
除冰系统
允许飞机迎风表面结一定程度的冰,再设法把冰除去
防冰系统
持续对迎风表面加温,防止这些地方结冰

02 结冰的危害

五个迎风面 · 五种后果

① 机翼 / 尾翼结冰 冰层主要聚在前缘 翼型阻力增加 · 升力下降 临界迎角(失速迎角)减小 操纵性和稳定性恶化 冰增加重量、破坏气动外形 阻力增大、操纵性能下降 升力下降、临界迎角减小 ② 发动机进气道结冰 破坏气动外形 减小进气道面积和 压气机叶片间通道 进气量减小 · 功率下降 脱冰被吸入可能损坏发动机 发动机应防冰而非除冰 脱冰打坏压气机叶片的风险不可接受 ③ 螺旋桨结冰 增加翼型阻力 · 降低效率 不对称结冰引起振动 脱冰可能危及飞机和发动机 甚至击穿蒙皮、气密舱 ④ 风挡结冰或起雾 降低透明度 目视飞行困难 影响起降 ⑤ 测温 / 测压探头结冰 测压口结冰:进气孔变小 动压减小 · 空速失真 测温探头结冰:示值下降 因冰蒸发使示值下降 误差可达 10% 以上 大型飞机送计算机:输入误差→仪表显示有误
总危害
结冰气象下无防冰措施时,所有迎风面都可能结冰;结冰增加重量、破坏气动外形,阻力增大、操纵性能下降,传感器结冰还会信号失真、指示失常
机翼尾翼
冰层主要聚在前缘,使翼型阻力增加、升力下降、临界迎角(失速迎角)减小,操纵性和稳定性恶化
发动机进气道
破坏气动外形、减小进气道面积和压气机叶片间通道,进气量减小、功率下降,脱冰被吸入可能损坏发动机,因此发动机应防冰而非除冰
螺旋桨
破坏气动外形、增加翼型阻力、降低效率,结冰不对称会引起振动,脱冰可能危及飞机和发动机,甚至击穿蒙皮、气密舱
风挡与探头
风挡结冰或起雾降低透明度,目视飞行困难、影响起降;测压口结冰使进气孔变小、动压减小、空速失真;测温探头结冰因冰蒸发使示值下降,误差可达 10% 以上,大型飞机这些信号送计算机,输入误差会使仪表显示有误

03 四种能量形式

机械 · 液体 · 热空气 · 电热

① 机械除冰 利用气动力使冰破碎 再借高速气流把冰吹掉 气动力破冰 + 气流吹除 ② 液体防冰 物理方法 减小冰与飞机表面的附着力 或降低水的冻结温度 不加热 · 靠液体改变物性 ③ 热空气防冰 用发动机压气机引气 排气热交换器或燃烧加温器的热气 常用于机翼和尾翼大面积防冰 大面积 · 热空气循环加温 ④ 电热防冰 给加温元件通电产热 主要用于小部件 小面积防冰 空速管、迎角探测器、总温探头、风挡 机械除冰和液体防冰已逐步淘汰
分四类
按能量形式分为:机械除冰、液体防冰、热空气防冰、电热防冰
机械除冰
利用气动力使冰破碎,再借高速气流把冰吹掉
液体防冰
物理方法,借液体减小冰与飞机表面的附着力或降低水的冻结温度
热空气防冰
用发动机压气机引气、排气热交换器或燃烧加温器的热气,常用于机翼和尾翼大面积防冰
电热防冰
给加温元件通电产热,主要用于小部件、小面积防冰

注 · 机械除冰和液体防冰已逐步淘汰,考纲只要求了解概念与淘汰结论,不必展开。

04 各区域怎么防

翼面 / 发动机 → 气热 · 风挡 / 传感器 / 螺旋桨 → 电热

主要防冰区域 风挡玻璃 · 电热 测温 / 测压探头 · 电热 螺旋桨 · 电热 机翼 · 气热 尾翼 · 气热 发动机进气道 · 气热 翼面和发动机 → 气热防冰 风挡、传感器、螺旋桨 → 电热防冰 风挡电加温 玻璃夹层中电阻丝 或透明金属薄膜 通电发热 风挡液体防冰 乙醇混合液 降低冰点 机翼气动除冰 + 机翼气热加温 气动除冰:可膨胀除冰带破碎冰层、由气流吹掉 气热加温:发动机热空气流经机(尾)翼前缘夹层通道 给前缘蒙皮加温防冰,预计有结冰条件时预先打开 翼面防冰活门
风挡
通常采用电加温除/防冰,少数飞机用液体除/防冰
机翼
常采用气热加温防冰或气动除冰两种方式
风挡电加温
用嵌在玻璃夹层中的电阻丝或透明金属薄膜通电发热
风挡液体防冰
用乙醇混合液降低冰点
机翼气动除冰
用可膨胀除冰带破碎冰层、由气流吹掉
气热加温
引发动机热空气流经机(尾)翼前缘夹层通道,给前缘蒙皮加温防冰,预计有结冰条件时预先打开翼面防冰活门
分区方法
翼面和发动机主要用气热防冰,风挡、传感器、螺旋桨主要用电热防冰,机械除冰和液体防冰已逐步淘汰
电热部位
现代飞机的空速管、迎角探测器、总温探头、水管、驾驶舱风挡多采用电热防冰

05 结冰探测系统

直观式 · 自动式

直观式 · 探冰棒 装在机头前方、风挡玻璃框架附近等易看处 做成小尺寸翼型截面,轻微结冰就会结冰 旁边有聚光灯供夜间照明 直观式 · 探冰灯 专用聚光灯,一般装在机身中部机翼前方左右两侧 接通电门后灯光集中照向机翼前缘 便于飞行中检查机翼和发动机结冰 自动式 · 振荡式 传感元件结冰后振荡频率变化探测 中心部件:超声波轴向振荡探头 结冰 → 频率变化 → 发结冰信号 自动式 · 压差式(冲压空气式) 测量迎面气流全压 与静压的差值 冲压空气式 · 全压 − 静压 自动式 · 导电式 双翼型传感头 两传感头间有空气间隙 未结冰时不导通;结冰后冰把间隙导通,接通结冰警告灯 自动式达到结冰灵敏度时:既向驾驶员发结冰信号,又能自动接通除冰系统
两大类
结冰探测装置分直观式和自动式两大类
探冰棒
最简单的直观式探测器,装在机头前方、风挡玻璃框架附近等易看处,做成小尺寸翼型截面,轻微结冰就会结冰,旁边有聚光灯供夜间照明
探冰灯
专用聚光灯,一般装在机身中部机翼前方的左右两侧,便于飞行中检查机翼和发动机结冰,接通电门后灯光集中照向机翼前缘
自动式
通常分振荡式和压差式:达到结冰灵敏度时,既向驾驶员发结冰信号,又能自动接通除冰系统
振荡式
利用传感元件结冰后振荡频率变化探测,中心部件是超声波轴向振荡探头
压差式
冲压空气式:测量迎面气流全压与静压的差值
导电式
采用双翼型传感头,两传感头间有空气间隙,未结冰时不导通,结冰后冰把间隙导通,接通结冰警告灯

06 地面除冰

三种方法 · 一步法与二步法 · 起飞前禁令

三种地面除冰方法 ① 使用除冰液 ② 利用热空气加热机体 ③ 人工手动除冰 参见运行手册和 ICAO DOC 9640 《航空器地面除冰/防冰手册》 一步法 vs 二步法 一步法 加热的除/防冰液水溶液 既除冰又防冰 防冰能力有限 除冰 + 防冰一步完成 二步法 第一步:先用加热溶液除冰 第二步:再用冷溶液防冰 防冰能力最大 起飞前禁令 ✕ 大翼、螺旋桨、操纵面、发动机 进气口及其他关键表面粘有雪、 冰或霜时禁止起飞 ✕ 滑行时看到雪或雪泥溅到重要 区域(如大翼前缘)禁止起飞 ✕ 没有明显证据表明飞机清洁 禁止起飞 ✕ 未确认积冰沉积物清除前,禁止 起动发动机或转动桨叶 ✕ 除冰防冰过程中关闭所有客舱 空气入口 · 防止甩出的冰粒损坏飞机 或伤及地面人员 · 把乘客和机组与防冰液蒸汽隔离 · 尽量在滑行到起飞位置前尽可能 短的时间执行除/防冰 运行时加强地面结冰检查,注意地面除冰后防冰保持时间 防冰液保持时间受多种因素影响,只能预估
防冰 vs 除冰对照
项目防冰 Anti-ice除冰 De-ice
英文Anti-icingDe-icing
对象绝不允许结冰的部位允许在一定时间内结一定程度的冰的部位
方式设电热或热空气装置持续加温按结冰探测器提示开启加热、除冰气囊等装置除冰
时机任何气象条件、飞行任何时刻结冰探测器提示时;含起飞前地面除冰
例子机翼前缘、风挡、传感器、发动机进气道(应防冰)机翼气动除冰带、地面除冰
三种方法
使用除冰液;利用热空气加热机体;人工手动除冰。相关内容可查运行手册和 ICAO DOC 9640《航空器地面除冰/防冰手册》
一步法
用加热的除/防冰液水溶液既除冰又防冰,防冰能力有限
二步法
先用加热溶液除冰、再用冷溶液防冰,防冰能力最大
地面检查
运行时加强地面结冰检查,注意地面除冰后防冰保持时间
放行要求
局方要求飞行前去除飞机表面冰,放行前确保机翼、操纵面和其他关键表面无霜、冰、雪;运营人须建立地面除冰防冰操作程序和外部检查程序
禁止起飞
大翼、螺旋桨、操纵面、发动机进气口及其他关键表面粘有雪、冰或霜时禁止起飞;滑行时若看到雪或雪泥溅到重要区域(如大翼前缘)禁止起飞;没有明显证据表明飞机清洁禁止起飞
除防冰时机
尽量在滑行到起飞位置前尽可能短的时间执行除/防冰
发动机与桨叶
未确认积冰沉积物清除前,禁止起动发动机或转动桨叶,防止甩出的冰粒损坏飞机或伤及地面人员
客舱隔离
除冰防冰过程中关闭所有客舱空气入口,把乘客和机组与防冰液蒸汽隔离
保持时间
防冰液保持时间受多种因素影响,只能预估

注 · 地面除冰不是「喷完就完」:除冰后还要计算防冰保持时间,并在保持时间内起飞;否则要重新除/防冰。