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《飞机构造学》主讲教师:ZHANG第7章防冰排雨系统7.1飞机结冰对飞行性能的影响7.2飞机防冰、除冰的方法7.3飞机防冰排雨系统7.1飞机结冰对飞行性能的影响飞机在运行的过程中，会碰到各种各样的复杂的天气现象，主要有雨雪雾冰等等，据我国民航组织统计的数字显示天气原因引起的飞行事故占百分之三十一，而航空技术发达的美国，与天气有关的重大飞行事故比例也高达百分之三十三，其中对飞行安全危害最严重的就是飞机的机体结冰，从40年代起共有126起因飞机积冰造成的飞行事故。相关实例•1994年10月31日，当地时间约下午4点，西蒙斯航空公司4184航班，从印地安纳波里斯到芝加哥，飞机在有利于积冰的气象条件下等待了30分钟，突然翻滚并从大约10000英尺的高度坠下，猛冲入ROSELAWN附近的豆子地里，机上68人顷刻死去。•1986年12月15日，西安管理局An-24-3413号机执行兰州—西安—成都往返航班任务。9时03分从中川机场起飞，9时05分飞机高度2700M，入云，有轻度积冰，9时11分上升到3470M，速度300KM/H，9时15分速度减到195KM/H，9时29分机组要求返航。飞机保持2600米高度飞回中川机场，当时结冰相当严重。9时53分，飞机仍在云中飞行，据气象台报告，云高600M，10时05分飞机降落时，由于下滑高度不正常而复飞，飞机保持约10-20米的高度在跑道上平飞。飞出跑道后，发现前面有一排树，左座又拉了一杆，飞机便带着25-30度的右坡度撞断了15棵树和1根电线杆之后触地。机上旅客37人，死亡6人。雾凇飞机上的雾凇发动机积冰1、机翼及尾翼结冰的影响：使飞机升力面积减小调查和分析显示，飞机在空中飞行时，飞机积冰在机翼和尾翼前缘最多，一旦积冰，使飞机的空气动力特性和飞行特性显著变坏，机翼形状变形，破坏空气绕过翼面的平滑流动，使飞机升力减小，阻力增大，流线形部位的形状发生变化后，导致摩擦阻力和压差阻力都增大。根据有关方面的飞行试验，机翼、尾翼积冰时，总阻力增加约70%～80%；巡航时还会影响飞机的升限和最大飞行速度，使失速空速增大，燃料消耗增加。机翼积冰若在大迎角下飞行时，使机动性能和着陆性能变的更差。如果操纵面的主要区域有冰、雪、霜，操纵面会冻结在原有位置或动力受阻，比如水平尾翼上积冰，会使飞机的重心位置改变从而飞机重心前移，影响飞机的航向和飞机的安定性，在起飞和着陆时还可产生下俯力矩，导致机头下俯。根据有关飞行试验，在机翼上有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%。飞机积冰的种类明冰光滑透明、结构坚实。在0～-10℃的过冷雨中或大水滴组成的云中形成；雾凇不透明，表面粗糙。多形成在温度为-20℃左右的云中；毛冰表面粗糙不平，冻结得比较坚固，像白瓷，形成在温度为-5～-15℃的云中；霜飞机由低于0℃的区域进入较暖的区域时，水汽在飞机表面上凝华而成。霜未饱和空气与温度低于0℃的飞机接触时，如果机身温度低于露点，水汽在机体表面直接凝华而成注：霜是在晴空中飞行时出现的一种积冰霜例：2003年11月24日，某公司CRJ-200飞机，在兰州机场起飞（在兰州过夜后执行早班，前日晚上兰州为霜冻天气），因没有落实地面除冰霜，致使飞机带霜起飞，离地后飞机发生非指令性滚转，最大坡度达45度。某公司BAE-146，飞机从武汉飞呼和浩特，高度7800米，先是飞机积冰，然后掉转速，最后发展成不可控制的飞机掉高度。事后经过英国宇航局分析，是由于飞机积冰严重，出现不可控制的海豚摆。2004年11月21日，东航云南分公司Mu5210在包头起飞后，由于飞机带冰、霜起飞，无法控制引起坠机空难。2、发动机进气道口和动力装置积冰。积冰出现在进气道口，阻滞气流，使气流发生局部分离，积冰还可在道口产生大的冰圈，改变空气的动力特性，当冰屑脱离，进人发动机的叶片，从而造成叶片的机械损伤，使发动机的功率降低，影响发动机正常工作，危及飞行安全，严重时，造成发动机损坏或熄火。例：1985年2月15日，某航空公司一架DC9客机，起飞后，两台发动机因吸入冰块发生喘振而坠毁。3、飞机风挡积冰会严重影响飞行员目视飞行，大大降低其透明度，使目视条件大大恶化，难以判断周围视野，给起飞、着陆造成困难，特别是在着陆时，由于判断着陆高度不准确，可能影响着陆安全，严重时会出现危险，特别是飞机起飞和着陆阶段。例：某航空公司B747-200货机在安克雷奇落地瞬间，由于左座风挡突然积冰，不得不交与右座操纵，落地后拖车拖飞机。4、起落架装置上的结冰，会在收和放轮时损坏起落架装置或设备，积聚在起落架上的冰雪脱落，也会损坏地面设施和砸伤地面人员。例：日本东京机场，就严格规定在飞机进入陆地前将起落架放下，也是这个目的。升力、推力下降，阻力、重力增加；临界迎角减小，升阻比降低；操纵性、稳定性恶化，机械抖动、卡阻；螺旋桨飞机桨叶效率下降及振动，压气机、风扇叶片损坏，转子不对称，振动增大，发动机进气减小，功率减小；发动机停车；无线电接收受到阻碍；风档结冰变脆，影响机组视线，鸟击易碎，对起飞着陆不利；传感器结冰将造成误差、温度下降、动压减小，可能失真、错误和丢失信号。飞机结冰的影响和危害飞行事故机毁人亡飞行性能下降飞机结冰的危害结冰部位危害机翼前缘尾翼前缘翼型阻力增加，导致升力下降，临界迎角下降；飞机操纵性降低。发动机进气道进气效率下降；发动机功率降低；发动机结构损坏。风档玻璃防碍机组人员视线仪表探头导致仪表系统失灵飞机天线天线折断；系统失效给排水口系统功能丧失7.2飞机防冰、除冰的方法机械除冰系统液体防冰系统热空气防冰系统电热防冰系统电脉冲除冰系统机械除冰系统气动膨胀管除冰系统利用气动力使冰破碎后借助气流将冰吹掉。膨胀管除冰系统的优点：结构简单，消耗空气流量小缺点：改变了翼型，增大阻力，早期低速飞机用。电脉冲除冰系统–系统组成：脉冲发生器、程序器和感应器。–除冰原理：脉冲发生器产生电脉冲，它作用在感应器上，使蒙皮产生作用时间很短的脉冲力，并产生小振幅高频振动，很快将冰除去。脉冲发生器程序器•液体防冰系统–防冰原理：借助某种液体减小冰与飞机表面的附着力或降低水在飞机防冰表面的冻结温度。–液体防冰系统可以连续地或周期地向防冰表面喷射工作液体。–防冰液特点：•凝结温度低；•混合性能好•附着力强•无腐蚀作用•无毒•防火性能好–常用防冰液•甲醇•乙醇（酒精）•乙烯乙二醇等。•热空气防冰系统–气源：发动机压气机引气；–空/地电门：地面不允许使用热空气防冰，防止系统过热；–机舱过热传感器：热空气管道接头漏气可引起高温、火灾，加装过热传感器可在管道漏气时发出警告；–恒温控制器：周期性控制防冰活门通断，控制防冰温度。热源充足、能量大，热惯性大，多采用连续加热形式，多用于尾翼和机翼的大面积防冰。电热防冰系统周期加热，不完全蒸发防冰，形成冰瘤（未蒸发完的水又结成冰），故周期加热，加热时间和功率要严格控制。电源组件结冰信号器控制和保护装置加温元件信号显示设备系统组成金属箔金属丝导电金属膜•电热防冰系统–仪表探头–给排水口空/地电门电源A1、垂尾、平尾前缘和飞行操纵面：气动法、气热法。2、风挡、窗和雷达罩：电热法和液体防冰。3、加热器和发动机进气道：电热法和气热法。4、失速警告、皮托管（空速管）、探头和盥洗室排水管：电热法。5、螺旋桨桨叶前缘：电热法、液体除冰。6、汽化器：气热法、液体除冰。结冰部位和相应的除冰方法风挡防冰/排雨系统•玻璃内外表面上的冰、霜、雾、雨会使它的清晰度或能见度降低，严重影响飞行员的视线。•现代飞机设有风挡防冰/防雾系统及排雨装置：–防冰/防雾系统：•电热防冰；•气热防冰；•液体防冰。–排雨装置：•风挡雨刷系统•风挡排雨剂系统•加温元件：–电阻丝式–导电膜式•系统组成：风挡电热防冰系统电源自耦变压器温度控器硅控管温控电桥风挡气热防冰系统•原理：利用热空气对风挡防冰/防雾•结构形式：–双层壁板式热空气防冰系统–外表面喷射热气流式防冰系统风挡雨刷系统•风挡雨刷系统用以保持在下雨和下雪的情况下使前风挡清晰；•系统组成：电源风挡排雨剂系统•防雨液喷射到风挡玻璃上，使玻璃上的雨水形成较大的水珠，吹掉风挡上的水，使整个玻璃表面清晰；•系统组成：电源延时器