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怎样阻止飞机结冰

飞行结冰会给飞机飞行带来很多问题甚至灾难,那么有什么方法可以阻止飞机结冰呢?

飞行结冰会给飞机飞行带来很多问题甚至灾难,那么有什么方法可以阻止飞机结冰呢?

自从出现因为飞行结冰而导致航空事故以来,人类就开始了对飞行防冰及除冰的研究。顾名思义,防冰的意思是防止飞行结冰,即在飞行过程中不允许产生结冰现象;除冰的意思是除掉飞行过程中所结的冰,即在飞行过程中允许产生一定程度的、不会严重影响飞行安全的结冰。那么什么时候进行防冰,什么时候进行除冰呢?防冰一般是针对一些结冰会严重影响飞行安全的部位,当飞行过程中探测到结冰环境条件时,即开启防冰系统对部件进行防冰工作,防止部件表面产生结冰现象。除冰一般是针对一些允许有少量结冰不会影响飞行安全的部位设置的,这些部位可以允许有适量的积冰,当结冰量达到除冰标准时,即开启除冰系统进行除冰工作,除掉外表面的结冰,然后再关闭除冰系统。

飞机的防冰和除冰方式常用的有机械式除冰系统和加热式防/除冰系统。机械式除冰系统是依靠机械力的作用去除表面结冰的除冰装置,包括气动带除冰与电脉冲除冰两类。气动带除冰系统是通过向膨胀管内充入压缩空气使其膨胀,从而令表面冰层破碎脱落以达到除冰的目的;电脉冲除冰系统是利用高能量的电脉冲作用在除冰部位的蒙皮上,使蒙皮产生一种振幅很小但频率很高的振动,从而达到除冰目的。加热式防/除冰系统是目前使用最为普遍的防/除冰系统。按照加热的热源可将其分为热气防冰系统、电热防/除冰系统及采用其它热源的加热式防冰系统。热气防冰系统是目前应用最为广泛的防冰系统,热气来自于发动机的压气机引气。当开启防冰系统时,引气阀门打开,热空气通过相应管路流到需要防冰的部件内侧对部件进行加热,从而达到防冰的目的。电热防冰系统也是通过对部件进行加热来达到防/除冰目的的,只不过其热量来源是通过电能进行转化的。电热防/除冰系统不需要像热气防冰系统那样布置复杂的引气管路,也不需要考虑加热时的流道设计,因此在系统布置方面较为简单,并且易于实现加热功率的有效控制,可根据实际情况设定防/除冰工作模式。此外有些航空发动机的部件由于尺寸较小,也有采用热滑油来为其防冰提供防冰热量的,通常此类系统会将发动机的高温回油引入需防冰的部件内流道,在防冰的同时也降低了滑油的温度,可谓一举两得。

上面介绍的防冰/除冰方法已经比较成熟,但也都存在各自的缺点。目前科研人员仍然一直在努力寻找新型的防冰/除冰系统,如超疏水表面涂层防冰技术、微波防冰技术以及超声波防冰技术等。

对于影响飞机及发动机结冰的气象条件、飞行参数、部件结构等目前已有了一定认识,但由于结冰受非常多的因素影响,飞机及发动机结冰是一个非常复杂的问题。近年来有关飞机结冰问题又有许多新的热点需要解决,如大过冷水滴引起的结冰问题,不完全蒸发系统溢流水结冰问题,冰晶气候条件下所引起的发动机内涵部件的结冰问题等。大过冷水滴撞击飞机表面后会形成水滴的破裂、飞溅、再附等复杂的撞击行为,使得飞机的结冰机理和结冰冰型更加复杂,从而对飞机防冰系统的设计带来困难。云层中存在的冰晶撞击到机翼不会产生结冰现象,但是这些冰晶被发动机吸入内涵道后由于压缩后高温气流的加热作用,这些冰晶会部分融化后在风扇后内涵的转子和静子部件上粘附结冰,从而引起非常严重的发动机失速、喘振等故障。近年来科研人员对于飞机大水滴的结冰和冰晶在发动机内涵结冰的机理也都开展了大量的研究工作。

飞机结冰是过冷水滴撞击在飞机表面并发生相变的一种复杂现象。围绕飞机结冰所面临的问题,近年来我国的科研人员在飞机结冰形成机理、冰的形成规律与特征、结冰导致的异常空气动力学和飞行力学特性及其对飞行安全的影响,以及结冰防护理论和方法、地面模拟实验和飞行试验验证等方面开展了大量的研究工作,取得了许多可喜的成果。随着对飞机结冰形成的机理、结冰后的空气动力学与飞行力学的耦合作用及其危害飞行安全的机理、防除冰过程的复杂物理机理等方面的科学问题更加深入的研究,科研人员将会提出更加先进的防冰和除冰的理论与方法,更加确保飞机在结冰环境下的飞行安全。

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