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空军失事飞机疑云:飞机积冰引发飞行安全问题?

归档日期:06-20       文本归类:飞机积冰      文章编辑:爱尚语录

  1月29日下午,空军一架飞机在贵州境内飞行训练中失事,一位不愿具名的军事专家告诉记者,“目前搜救正在进行中,具体事故原因、飞机型号以及人员伤亡情况要等官方披露后才能得知。”

  而关于飞机型号和事故原因网络上也是众说纷纭。特别是各种不良突发天气导致的气象因素则是飞机的梦魇,比如遭到雷击、空中结冰等。此次空军的飞机失事,很多网友猜测是因飞机积冰导致。

  飞机作为现代化的高效率的运输工具,给人们出行带来了极大方便。保证飞行安全是各国航空公司最关心的头等大事,也是每个乘机旅客最大的愿望。尽管飞机性能不断提高,地面保障设备不断改善,但天气原因仍是影响飞行安全的重要因素之一。对于冬季飞行来讲,影响飞行安全的重要“天敌”就是飞机积冰。

  1)1989年3月10曰,安大略航空公司一架福克28飞机,在雪暴中等待起飞30分钟后未除冰,翼面结冰造成飞机坠毁。

  2)1990年2月17曰,瑞安国际航空公司一架DC-9-10飞机,在雪暴天气中装载邮件35分钟后未除冰,导致飞机失事。

  3)1991年12月27曰,北欧航空公司一架麦道-81飞机,在结冰天气条件下停放了一夜,机翼表面靠近机身处的薄冰破碎后被吸入发动机。

  4)1992年3月22曰,合众国航空公司一架福克28飞机在雪暴中起飞失事,联邦航空局认为是结冰造成的。

  5)1993年3月5曰,马其顿航空公司一架福克100飞机,起飞后爬升失速坠地。经过调查,当时温度低、湿度大、下着中雪,飞机起飞前未除冰。

  6)1994年10月31曰,美利坚鹰航空公司一架ATR72飞机,在结冰气象条件下等待批准下降高度37分钟。向机场进近时,机翼除冰设备后面形成冰脊造成飞机急速滚转坠毁。

  7)1995年12月13曰,巴纳特航空公司一架安-24飞机,起飞后爬升到大约500英尺时,失去高度并坠毁。当时机场下着雪并有强风,专家们分析,有可能是机翼结冰造成的。

  在第一起事故中,航空公司的驾驶员很显然认为飞机外部6-13毫米厚的积雪在飞机起飞时会被吹掉,而福克28飞机的低温适应油箱造成机翼上的湿雪结冰。

  在第二起事故中,机组人员没有认识到干燥的高吹雪是一种威胁,DC-9飞机飞行中机翼防冰系统产生的热,融化了机翼上的雪,装载邮件的35分钟后,机翼冷却,融化的积雪又重新结成了冰。

  在第三起事故中,麦道-81飞机在机场停放一夜,虽然进行了除冰,但是没有注意到低温造成内翼油箱上结成透明的冰。飞机起飞前抬前轮时,透明的冰马上破裂并被吸入尾部发动机。

  第四起事故中,福克28飞机起飞前曾在拉瓜迪亚机场两次除冰。在第二次除冰后,又在雪暴中排队等候30分钟才起飞,使用的除冰液有效时间没有这么长。

  从以上几起事故中可以看出,飞机外部结冰,特别是机翼表面结冰严重影响飞行安全。即使冰或雪或霜造成轻微污染也能损害翼面,相当于中粒砂纸的冰粗糙度可导致操纵品质降低到危险程度和失速范围。根据风洞试验数据,直径1~2毫米、食盐大小的细小霜粒或冰粒,按每平方厘米一个的密度稀疏分布在机翼上表面,造成机翼上表面粗糙,会使最大升力系数在地面效应和自由空气两种条件下分别损失22%和33%。其造成的升力损失之大,足以使具有高性能的超临界翼型机翼的飞机无法起飞。

  波音公司的试验表明,砂纸般粗糙度的机翼表面使板条机翼的最大升力降低32%,而且在振杆器发出失速报警前失速。平直机翼螺旋桨飞机和有前缘增升装置的后掠翼喷气机都受薄冰的不利影响。试验表明,翼面升力对翼弦最初20%的平滑绕流很敏感,哪怕很薄的一层冰也会妨害附面层,造成阻力增加并导致早期气流分离。(如下图正常翼面气流图与结冰时的气流分离图):

  飞机结冰是指飞机机体表面某些部位聚集冰层的现象。它主要由云中过冷水滴或降水中的过冷雨碰到飞机机体后结冰形成的,也可由水汽直接在机体表面凝华而成。飞机在云中飞行时间过长易导致积冰。在寒冷季节,地面露天停放的飞机也会形成积冰。

  (a)冻雨毛毛雨:外界温度在0°C以下时,过冷状态的雨滴一旦与地面物体接触便容易结冰;

  (b)冻结的降水,如雪、雨夹雪或冰雹。雪的种类(湿雪/干雪)与温度、露点有关。湿雪、温度和露点相互之差通常在1°C以内,外界温度大约在-4°C至1°C之间。干雪出现于、露点相差5°C以上,两者的外界温度在-8°C以下;

  (c)过冷的地面雾的冷低云:在寒冷天气条件下,带有过冷水滴的云会在物体表面结冰;

  (d)温度在冰点或以下,相对湿度很高的情况下,飞机表面会形成霜。飞机停场过夜时以及飞机从巡航高度下降着陆后,飞机表面、燃油温度仍保持在冰点以下时,霜的积聚是很常见的。

  (1)明冰:通常是温度0~-10°C含有大的过冷水滴的云中或过冷却雨区中飞行时形成的。呈透明玻璃状,平滑而坚固,主要出现在机翼水平安定面的前缘,飞机机头整流罩和发动机的进气口。

  (2)毛冰:这种冰通常是在温度为-6~-10°C的大量过冷水滴、冰晶和雪花组成的混合云中飞行时产生的,其表面粗糙而不透明,色泽如白瓷,冻结得坚固而不透明,是最危险和最严重的一种积冰。

  (3)白冰:其温度在-10°C以下有比较均匀的小水滴组成的云中飞行时产生的,呈白色,比较疏松,附在飞机表面,不太牢固。如果飞行时间长,以及冰层厚度增大,也能造成严重威胁。

  (二)雾凇:温度通常低于-10°C的云中飞行时形成的一种白色大颗粒冰晶层,表面粗糙不平,附在飞机表面不牢固,容易被气流吹走。

  (三)霜:这是由于水气凝结产生的白色小冰晶层,振动时容易从飞机表面脱落。霜对机翼空气动力性能有显著影响,当出现在座舱风挡玻璃上时,影响视野,使飞机操纵发生困难。

  积冰的形状主要取决于冰的种类,飞行速度和气流绕过飞行器的不同部位的情况。积冰的形状一般分为槽状冰、楔形冰和混合冰。根据空勤人员获得的喷气式飞机积冰统计数据:槽状冰约占30%、楔形冰约占15%,而混合冰约占55%左右。

  (1)轻度结冰:如果在这种环境下长时间飞行的线小时),可能会影响飞行。如果间断使用除冰/防冰设备除掉/防止冰的积聚,则不会影响飞行;

  (2)中度结冰:积聚率很快,甚至短时间内就会构成危险,因此需要使用除冰/防冰设备或改航;

  (3)严重结冰:积聚率非常快,除冰/防冰设备也不能减少或控制危险,必须立即改航。这种情况需要向ATC报告。

  积云是由从近地面层向上抬升的垂直气流形成的,上行前的气温和湿度比较高,由于垂直运动的绝热变化,使未达到饱和的空气达到饱和,形成云,云中水气和水滴都比较大,会发生强烈积冰,同时,由于云中各部位的含水量和水滴大小的分布不同,中、上部是最强的积冰区域。在夏季,由于0°C等温线较高,在积云中飞行时,一般不会发生积冰,只有在积雨云(CB)和浓积云(CU+)的中、上部才有积冰,在纬度比较低的地区,0°C等温线的高度更高,在厚度较小的浓积云也不会积冰。在春秋季节,北方的积状云中,通常在云的下部也可能积冰,而在南方,开始积冰的高度通常在云的中部。冬季,由于积云和积雨云出现的机会较少,所以由它们引起的积冰机会也不多。

  层状云的水气含量一般都较少,有时在较厚云层云顶附近多一些。因此,积冰强度为轻度或中度,层云和层积云是我国冬季常见的降雨云系,飞行中遇到的机会较多,积冰的机会也随之增多,如果整个云层有过冷却的降水,则云中都可能有中度以上的结冰。

  这两种云只会形成轻度的积冰,但雨层中和高层云多在锋线上形成,范围广、厚度大,沿锋面伸展可达1000多公里,垂直锋面伸展也可达200~400公里,其厚度可有1.5公里以上,因此,飞机穿过它们所需时间较长,有积厚冰层的危险。由于这两种云的含水量和水滴的分布是随高度的增加而减少的,因而积冰强度也随高度增高而逐渐减弱,在夏、秋季节云中的积冰均在上部,而冬、春季云的各个部位都可能有积冰出现。

  飞机积冰的概率取决于很多因素,主要是:天气条件,飞行高度上云的概率、云的含水量、气温、云中水滴和冰晶的大小及它们在单位时间内落在单位面积上的数量、水滴的冰结速度、气流绕过飞机各部位的特点(飞机的空气动力特性)以及飞行速度。过冷水滴组成的浓密云中积冰概率最大。

  飞行实践表明,在锋面云中,当飞行高度上温度适宜时,积冰频率比较大。而锋面中度积冰的频率比均匀气团中高一倍,而强烈积冰则高八倍。

  云层温度是影响飞机积冰的主要参数之一,据有关报道,飞行在0~-40°C甚至更低的云温条件下,都有积冰可能。不过综合英、美、日及前苏联的有关积冰发生率统计报告,可以得出下述结论:飞机积冰一般发生在0~-20°C的温度范围内,尤其在-2~-10°C温度范围内遭遇积冰的次数最多,而强烈的积冰主要发生在-2~-8°C的温度范围内。

  飞行高度不同,飞机积冰频率也不同。根据有关记载分析:冬季在3000米以下(合3000米)各高度上飞行时,积冰几乎占56%,在6000米以上高度上飞行时,积冰占21%,而在夏季3000米以下高度上,积冰现象减少,几乎没有。在6000米以上,积冰占62%。

  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,流线形部位的形状发生变化,翼型失真(变型),导致摩擦阻力和压差阻力都增大。积冰使翼状变形,破坏空气绕过翼面的平滑流动,使升力明显地减少,失速加快,失速速度增大,临界迎角减小;同时会使飞机的重量增加,阻力增加,耗油率增加。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,升力中心位移,操纵品质变差。当机翼前缘有1.3厘米的积冰时,飞机升力就会减小50%,阻力增加50%。由此可见,积冰对飞行安全的影响严重。

  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。因为机翼和尾翼前部的动力增温,比喷气式发动机进气口处要大得多,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。

  进气道结冰将导致内表面气动特性的恶化,使进气速度场分布不均匀和使气流发生局部分离,引起压气机叶片的振动,冰屑脱离,进人压气机,而造成压气机的机械损伤,从而使发动机的推力降低,严重时,造成发动机损坏或熄火。

  空速管和静压孔积冰,会使空速表、气压高度表、迎角指示器、M数指示器、升降速度表等一些重要驾驶仪表指示度失真,甚至完全失效,导致自动系统会提供错误信息,使飞行员失去判断飞行状态的依据。

  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。

  风挡积冰会大大降低其透明度,使目视条件大大恶化,严重影响飞行员视线。特别是在起飞、着陆阶段,由于影响目视,会使起飞着陆发生困难,导致判断着陆高度不准确,进而影响着陆安全,严重时会出现危险。

  如果操纵面的主要区域有冰、霜、雪,会导致操纵面冻结在原有位置或运动受阻。

  起落架装置上的结冰,会在收轮时损坏起落架装置或设备,积聚在起落架上的冰雪在起飞时脱落,会损坏飞机。

  飞机在地面停放和滑行时,也能积冰。地面积冰时,冰的聚积是不对称的,首先在迎风的一面开始冻结,使飞机表面上冰层的厚度不一样,对安全性和正常性有很不利的影响,根据有关飞行试验,在机翼上只有0.1英寸(2~3毫米)一层霜,会使失速速度增加约35%,起飞滑跑距离增长一倍。当积冰的飞机起飞时,气流会从机翼上过早地和明显地分离。所以积冰的飞机离地升力系数比正常飞机小15%~20%,相当危险。

  虽然积冰对飞行的危害是如此之大,但只要我们按照规章做好每一阶段的工作,完全可以避免或者把其影响减到最低。

  (1)除非飞机设备符合MEL的要求,否则不应在已知的或预报的结冰条件下放行飞机;

  (3)无论是机长还是签派员,当预计到的结冰条件可能影响到飞行安全时,不应放行飞机、不应继续在航路上飞行或着陆;

  要充分了解自己所飞航线区域的天气情况(特别是冬季飞行),收集积冰预报资料,确定可能积冰条件,制定出预防措施和应急措施(如脱离结冰区的办法、返航、备降等)。

  冰雪天气对飞机的外部检查要格外仔细,空速管和静压孔附近要无冰、雪、霜,所有的前缘装置、操纵面、调整片表面、机翼上表面以及平衡面板夹缝必须无雪或冰。检查起落架时,要注意有无外漏现象,在寒冷天气,因热胀冷缩,管道连接处有可能发生渗漏油现象。

  由于燃油温度低,在机翼下表面形成一层l/8寸厚的薄霜是可以起飞的。如果所有的通风口和静压口清洁,那么在机身上表面有一层薄薄的灰白色的霜是可以的。薄的灰白色霜是一种白色的晶状沉积物,通常在寒冷无云的夜晚会在物体表面上形成。它很薄以致于不妨碍观察其下面的表面特征,如漆线、标志或字母。

  (2)了解天气情况的各种信息,重点天气现象和未来发展变化趋势。通过卫星云图详细了解所飞航线的天气现象及积冰区域的范围和高度(0°C等温线)仔细研究天气结冰条件

  a.飞行计划:要考虑到进行地面除冰/防冰的处理时间和可能造成的延误,增加额外燃油。

  如果存在冰、雪、霜,要认真执行飞机除冰程序,严禁带冰、雪、霜起飞。除冰完成后,至少要慢慢循环操纵杆全前向全后向三次,即可从升降舵平衡舱抽干剩余液压油。 另外,要掌握不同型号除冰液的作用时间,与管制部门协调好以保证在除冰液有效时段内起飞。如果由于延误造成超出除冰液的作用时间,一定要重新进行除冰。

  (1)地面机务人员除冰时,不能将除冰液直接喷到发动机的进气道、探头孔、反喷和排气口和PAU的进、排气孔部位。

  (1)在下列条件下限制完成正常发动机起动:如果飞机在外界温度-40°C以下停放了3小时以上,不要起动或冷转发动机,维护人员应根据恶劣气候起动发动机的维护要求完成相应的程序。如果外界温度低于-35℃(-31°F),在改变推力手柄位置之前要让发动机在慢车位工作两分钟。可用3分半钟使滑油压力到达最低使用压力。在这期间,LOW OILPRESSURE灯可能保持亮,压力会超出正常范围,并且FILTER BYPASS灯也可能会亮,但在滑油温度和压力恢复正常后会自动消失。在滑油压力回到正常范围之前使发动机在慢车推力工作。在正常情况下,起飞时滑油最低温度没有规定。

  (1)寒冷天气操作时,滑行期间前轮转弯需向两个方向转动。这将使转弯作动筒中的液压油循环加热,从而减小因低温造成转弯迟缓的现象。

  (1)起飞前应根据跑到存在冰雪情况下的起飞侧风限制数据和刹车效应进行起飞决断。

  (2)当存在结冰条件并且跑道是湿滑时,应采取静止起飞,并预先加大发动机推力观察发动机工作状态,特别要检查N1以确保达到所需要的推力。当调整好双发N1后,检查N1一致,发动机工作稳定,再按压起飞/复飞电门使双发N1同步上升,直至最大马力调定后再松刹车起飞。

  (3)水雪或积水会对飞机造成损伤。推荐的跑道上水雪、积水或湿雪的最大深度是0.5英寸(12.7毫米)。干雪的最大深度是4英寸(102毫米)。在小冻雨和小毛毛雨天气条件下起飞是允许的,但在中到严重的冻雨和毛毛雨是不允许起飞的。冷天在积雪跑道起飞前建议将APU打开,并将APU的左右汇流条供电开关接通以作为备份电源。

  (4)滑跑方向应严格控制在中心线。在起飞滑跑的起始部分(速度低于80节),前推操纵杆以增加前轮转弯的效应。用方向舵踏板转弯和方向舵将飞机保持在中心线节时开始生效。如果在开始起飞滑跑时或方向舵生效前飞机偏离中心线无法控制,生效前飞机偏离中心线无法控制,应立即中断起飞。对模糊不清的跑道边界线(灯)和中心线(灯)要保持高度的警觉。

  - 中断起飞时跑道很滑,应使用最大反推和最大刹车,同时检查并拉出减速板,50海里前主要用方向舵控制方向。如果在侧风情况下发生打滑,应减小反推到慢车反推。尽可能使用方向舵控制方向,必要时还可以使用前轮转弯,方向舵以及差异刹车控制方向,如果飞机减速过程中方向打滑、飞机侧偏,应考虑减小刹车力。

  (1)发动机防冰的使用——空中出现或预计出现结冰情况时,在所有的飞行操作过程中都必须接通发动机防冰,但是当温度低于-40°C SAT时,爬升和巡航期间不要使用发动机防冰。下降之前及下降过程中在所有结冰条件下,包括温度低于-40℃SAT时都必须接通发动机防冰。

  (4)机翼防冰的使用--空中机翼防冰系统可用作除冰器或防冰器,但用作除冰只能在空中使用。使用该系统的主要方法是接通机翼防冰之前,先让冰形成,然后用其除冰。此程序可使机翼表面最光洁,重新结冰的可能性最小,推力和燃油的损耗最小。第二种方法是在结冰之前使用机翼防冰。将机翼防冰系统用作防冰器仅在遇到中度至重度结冰条件而进行延伸操作时才能使用,如:等待。

  (1)在结冰条件下等待时,无论何时都要尽可能保持襟翼在收上位,因大翼防冰仅在襟翼、缝翼收上位时才有效。

  (1)着陆时,要考虑到侧风限制和刹车效应对在湿滑跑道上的影响,当预报刹车效应差时,除非有必须着陆的紧急情况,在湿滑和积雪跑道上着陆是不适当的。

  a.着陆后在侧风情况下使用反喷时,要注意反喷的推力会增加侧风影响使飞机偏出跑道;

  (1)在结冰条件下完成进近或在雪或雪水覆盖跑道上着陆后为减小襟翼受损的可能,不要将襟翼收至15°C以下(如波音飞机收到襟翼25),直到维护人员检查襟翼机构和临近区域的积雪、雪、泥浆积附情况,防止收襟翼过程造成损坏。

  (3)如果在寒冷机场过夜,挡好轮挡后松开停留刹车以防止刹车片结冰冻死。所有水箱和储水器的水应放尽,所有厕所的污水全部放完,请地面机务人员将发动机进气道、皮托管等套好,关闭好排气活门。如果电瓶暴露在-18℃(0°F)以下,应将电瓶取下,放在高于-18t(0°F)但低于40℃(104°F)的地方。

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