積冰與飛行安全
當飛機空氣動力表面出現積冰時，不僅對空氣動力影響是很大，而且也會造成飛機失事。
圖：空警-200在安徽某地執行試飛實驗時墜毀，5名試飛員和35名電子專家全部遇難。
圖：事后調查，新華社宣布認定為積冰影響導致的飛機失速直至墜毀
追蹤結冰引起和飛機失事事件
1990年2月17日，瑞安國際航空公司一架DC-9-10飛機失事。據知是在雪暴天氣中裝載郵件35分鐘后未除冰，飛行中機翼防冰系統產生的熱，融化了機翼上的雪，裝載郵件的35分鐘后，機翼冷卻，融化的積雪又重新結成了冰。
1992年3月22日，合眾國航空公司一架福克28飛機在雪暴中起飛失事，聯邦航空局認為是結冰造成的。分析：福克28飛機起飛前曾在拉瓜迪亞機場兩次除冰。在第二次除冰后，又在雪暴中排隊等候30分鐘才起飛，使用的除冰液有效時間沒有這么長。
1993年3月5日，馬其頓航空公司一架福克100飛機，起飛后爬升失速墜地。經過調查，當時溫度低、濕度大、下著中雪，飛機起飛前未除冰。
1995年12月13曰，巴納特航空公司一架安-24飛機，起飛后爬升到大約500英尺時，失去高度并墜毀。當時機場下著雪并有強風，專家們分析，有可能是機翼結冰造成的。
……
圖：攝影師拍攝的如寶塔一樣的云覆蓋在富士山上
探究主題：自然積冰與飛機積冰
外人認知的航空飛行員形象著厚實皮衣和皮帽的北方來客，常識告知我們，飛機飛得越高也越冷。
據知，地球最高峰珠穆朗瑪峰海拔8848.86米，最低氣溫常年在零下三四十攝氏度，積雪不化、冰坡、冰塔林到處可見。而航空器飛升高度也從低空向更高處遞增，甚至達到30千米以上，還繼續向100千米卡門線外的太空探索空天器（并不包括航天的飛行器部分）。那么天空像嚴冬一樣寒冷，每上升1000米高度溫度下降6.5攝氏度，航空器在天空飛行，是怎么面對寒冷的侵擾呢，尤其是航空器積冰會帶來怎樣的危害？又怎樣避免克服戰勝它呢？
自然與積冰
我們看到的大自然云是積冰的主要天氣現象，那開始對云的探究。
云是懸浮在空中的水滴或冰晶。1929年，國際氣象組織以英國科學家路克·何華特（Luke Howard）于1803年制定的分類法為基礎，按云的形狀、組成、形成原因等把云分為十大云屬，即卷云、卷層云、卷積云、高層云、高積云、層積云、層云、雨層云、積云、積雨云。 三種形態
一大團的積云、一大片的層云和纖維
圖為地震云是預示近處要發生地震的短期或中期前兆
三個云族
高云族、中云族、低云族。
高云形成于六千米以上高空，對流層較冷的部份。
高云族有：卷云、卷層云、卷積云。
卷云有：毛卷云、密卷云、偽卷云、鉤卷云。
卷層云有：毛卷層云、薄幕卷層云。
中云于二千五百米至六千米的高空形成。
中云族有：高層云、高積云。
高層云有：透光高層云、蔽光高層云。
高積云有：透光高積云、蔽光高積云、莢狀高積云、積云性高積云、絮狀高積云、堡狀高積云。
低云是在二千五百米以下的大氣中形成。
低云族有：層積云、層云、雨層云、積云、積雨云。
層積云有：透光層積云、蔽光層積云、積云性層積云、堡狀層積云。
層云有：層云、碎層云。
雨層云有：雨層云、碎雨云。
積云有：淡積云、碎積云、濃積云。
積雨云有：禿積雨云、鬃積雨云。
圖為高積云，與卷積云類似，大體的區別就是范圍更大，云朵更厚，而且看起來白色云中有暗，高積云比較穩定，通常預示著好天氣。
據專家認證，低云對飛行的影響較大，他們是淡積云、濃積云、積雨云、碎積云、層積云、層云、碎層云、雨層云、碎雨云。
高層云有中度積冰現象，低云中相對容易積冰的是積雨云、雨層云。
而真正容易積冰的是過冷云。
還有一種自然現象
過冷水滴（凍雨）-過冷云
當溫度低于凝固點仍不凍結的水滴稱為過冷水滴。由過冷水滴組成的云稱為過冷云。
過冷水滴是極不穩定的，也稱為“凍雨”，稍受振動即凍結成冰。在航空例行天氣報告中，凍雨現象的代碼是“FZRA”。
圖為冰天雪地時的機場
飛機積冰
飛機積冰是飛行因素、飛機結構因素和氣象因素綜合影響的結果。
只要飛機表面溫度略低于0℃，云中存在的過冷卻水滴或云下過冷卻雨滴與飛機撞擊后，即有在機身上產生霜外，會出現不同程序的飛機積冰現象。
專家研究分析
影響飛機積冰強度三種：
云中過冷水含量和水滴的大小
飛行速度
機體積冰部位的曲率半徑
航空器積冰現象四種：
1飛機迎風的暴露面上的毛冰(或稱不透明冰，Rimeice):
是由較小的過冷水滴快速凍結而成的，表面粗糙，沒有一定的規則形狀，呈乳白色、半透明，為有顆粒狀的聚集物。
毛冰的形成溫度在0℃以下，通常為層云或有霧的情況下形成。飛機遇到的大多數結構冰是屬于尾冰。
2水滴與飛機結構表面接觸形成的透明冰(Clearice):
是由較大的水滴在結冰速度相對較慢的情況下形成的，通常呈結構表面的形狀。
透明冰的形成溫度范圍一般在-10℃至5℃。透明冰比毛冰更密、更硬，通常在更密的云(積云)中形成。
3毛冰和透明冰混合的混合冰(Mixedice):
形成這種冰的溫度和水滴大小介于毛冰和透明冰之間，還可能存在著濕雪和冰晶體。
混合冰最經常在混合云的情況下遇到，如層積云和積雨云。混合冰同時兼有毛冰和透明冰的一些不利特性。
4通常在下降過程中，或停在地面時產生的霜(Frost):
是由水蒸氣遇到低于結冰溫度時，潮濕空氣所形成的，非常薄。
圖：積冰原因造成的失事現場
飛機積冰會產生的后果
據實際經驗分析，飛機的升力是依靠上下翼面的壓力差產生，當積冰時，機翼的設計構型被破壞，升力迅速減少。積冰還會影響飛機的續航能力、氣動數據、爬升性能以及操縱穩定性等，提高飛行員的操縱難度。
航空器最最易積冰處為機翼、尾翼、螺旋槳、管道、汽化器等部位，所以結合飛機容易積冰的部位分析，可以更好地了解不同位置積冰對飛機飛行的影響。
機翼結冰升力受損
飛機外部結冰，特別是機翼表面結冰嚴重影響飛行安全。
根據風洞試驗數據，直徑1~2毫米、食鹽大小的細小霜粒或冰粒，按每平方厘米一個的密度稀疏分布在機翼上表面，造成機翼上表面粗糙，會使最大升力系數在地面效應和自由空氣兩種條件下分別損失22%和33%。其造成的升力損失之大，足以使具有高性能的超臨界翼型機翼的飛機無法起飛。
下圖正常翼面氣流圖與結冰時的氣流分離圖:
圖：飛機機翼氣體流動圖
風洞試驗表明，當機翼前緣有半英寸厚的積冰時，會減少50%的升力和增加60%的阻力。
駕駛經驗：機翼失速時應用全動力和向前推桿的方法來改進。
尾翼積冰負力失速
當尾翼前緣出現積冰時，有可能導致尾翼失速。
在襟翼全部伸出時，作用在平尾上的氣動力載荷會達到最大，而前緣積冰會對氣流進行干擾，影響平尾，引起失速，平尾上負升力突然消失，機頭急劇下俯。
無論什么時候，當發現飛機有積冰時要注意著陸時的襟翼情況，特別是在預計到平尾有積冰時，更應該特別注意著陸襟翼問題。
駕駛經驗：從尾翼失速中改出的正確方法是將動力減小到慢車狀態，同時向后拉桿。
螺旋槳積冰減力降速失平衡
螺旋槳積冰會減小動力和降低空速，同時增加燃油消耗。螺旋槳積冰還會破壞螺旋槳平衡。造成嚴重的振動。
管道積冰儀表失靈誤判
管道積冰的部位包括空速管、噴氣飛機的N1壓力傳感器、雷達天線和燃油系統通氣管，管道積冰會給飛行帶來其他問題。
空速管積冰空速管積冰
當空速管因積冰受堵，儀表中空速指示，是根據空氣的動壓和靜壓給出的，也俗稱為“高度計”，如空速增加，高度指示會隨之增加，這就會給飛行員以錯誤的指示。
1974年在美國紐約發生的波音727墜毀事故就與空速管積冰有關。飛機在爬升時遇到積冰條件，機組沒有打開空速管除冰設備，得到了錯誤的儀表讀數。當飛機爬升到22000英尺時出現失速，最后落地墜毀。
N1壓力傳感器積冰
N1壓力傳感器積冰會造成傳感器堵塞，引起錯誤的大功率指示，導致機組在起飛時使用比實際需要小的推力。
1982年在華盛頓國家機場，一架波音737因N1壓力傳感器堵塞及沒有使用空速管除冰設備，導致機組用過小的推力起飛，最后飛機掉到了Potomac河里。
天線積冰
天線積冰可能引起天線折斷，嚴重干擾雷達通信。
燃油系統通氣管堵塞
燃油系統通氣管堵塞，會影響燃油的流動，導致發動機功率的下降。
汽化器積冰發動機故障
汽化器積冰通常是在潮濕空氣環境下，當功率設定較低或功率迅速減小時形成，而飛行員卻發現不到它，隨著積冰的增加，汽化器喉部將被堵塞，發動機將運轉不平穩。
根據經驗：當遇到汽化器冰時，定距螺旋槳飛機會轉速下降；對恒速螺旋槳飛機來說進氣壓力下降。
圖：雪天里停機坪上的客機
經過以上研究與分析，可知積冰對飛行會產生危害，故從中注意相關的防范是非常重要的一項工作。
作者：胡鑫川
完成于20221212
公眾號：山川留言
與你一起縱橫航空史話、航空器、航空科技的世界
與你一起縱橫航空史話、航空器、航空科技的世界
