飞机尾翼结冰特性及防除冰技术研究

　　摘 要：本文首先阐述了飞机尾翼结冰的机理，然后总结了尾翼结冰对于飞机性能的影响，说明了它对飞行安全的危害和飞机尾翼防除冰的重要性，最后对现有的飞机尾翼的防除冰技术进行综述，对实际的尾翼防除冰操作方法有一定的参考意义。 　　关键词：尾翼结冰；防冰；除冰 　　中图分类号：V321.229 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 02-0000-01 　　在结冰气象条件下飞行的飞机，若无防冰措施，在飞机的所有迎风面都可能结冰，或者飞机结冰后，没有进行及时的除冰措施，不但飞机的重量会有所增加，而且飞机的气动外形遭到破坏，这就增加了阻力而使得其升级性能、操纵性能、稳定性能等下降。本文主要针对飞机尾翼部分结冰开展研究论述。 　　一、飞机尾翼结冰特性 　　（一）尾翼结冰机理 　　飞机尾翼结冰是指飞机尾翼部分（垂直尾翼或水平尾翼），由于水滴冻结或者水汽凝华而聚集冰层的现象。一般来说，尾翼结冰的类型和结冰程度是决定尾翼结冰对飞机影响程度大小的重要因素，不同的情况会造成对飞行安全不同程度的危害。飞机尾翼的结冰情况一般决定于飞机尾翼的形状、飞行状态和飞行气象条件。在不同的物理条件下，尾翼部分会粘连不同的冰，可分为霜状冰、明冰和混合冰。霜状冰具有乳白色的粗糙外表，它在大多数情况下可以被除冰系统去除或被防冰系统阻止。明冰呈透明状，紧贴于尾翼外表面，其堆积后易形成冰脊，通常难以去除。混合冰是由前两者混合而成的。结冰强度通常用于量度结冰对飞行安全的危害程度，通常用结冰速率或结冰程度来表示。 　　（二）尾翼结冰对飞机性能的影响 　　尾翼结冰将将会显著破坏飞机的空气动力特性和飞行特征，危害飞行安全。具体来说，对飞机的升降性能、操纵性能和温定性能各自的影响如下所述：1.翼型阻力增加，升阻比降低。机翼和尾翼都是飞机产生升力的主要附件。尾翼结冰后，表面不再平滑，原来的流线型遭到破坏，气流发生局部分离，原来的层流附面层变为紊流附面层，与此相应的翼型阻力就会增大。同时，阻力系数增加的比升力系数多，使得升阻比降低，尾翼的空气动力品质恶化。2.临界攻角减小，操纵性能恶化。当尾翼结冰后，气流的流线型分层遭到破坏，会使临界攻角下降。这会使飞机在低速飞行，特别是在着陆时有失速的危险。3.稳定性能下降，引发机械抖动。当尾翼结冰严重时，会引起飞机机械抖动，操纵机构的缝隙结冰可能引起卡阻现象。 　　二、飞机尾翼除冰技术 　　飞机尾翼除冰技术是针对飞机尾翼某些部分允许在一定时间范围内发生一定严重程度的结冰。飞机尾翼均采用机械除冰技术。机械除冰技术的原理是利用气动力来使冰破碎后利用高速气流将其吹走。机械除冰技术分为气动带除冰技术和电脉冲除冰技术。 　　气动带除冰技术是利用飞机尾翼外表面的冰层通过部件前缘表面上膨胀管的膨胀作用而使得结冰破碎脱落的技术，常用于低速飞机的尾翼前缘处。 　　电脉冲除冰技术是利用电热冰刀首先将冰分成若干小冰块，脉冲发生器产生电脉冲使蒙皮产生高频率小振幅的振动，从而使冰脱落的技术。这样很快可将冰除去。电脉冲除冰技术工作温度适应范围大，并且相较于气动带除冰技术来说高效而节能的优点，应当普及应用。 　　三、飞机尾翼防冰技术 　　（一）液体防冰技术 　　液体防冰技术是一种物理防冰技术，它的基本原理是利用防冰液体来使得冰与飞机尾翼表面的附着力减小，或者与水混合后而使得水在飞机防冰表面的冻结温度降低，类似于汽车使用的防冻液。应用液体防冰技术的时候，可以连续地或周期性地向防冰表面喷射工作液体。该技术多用于尾翼前缘外表面。当飞机尾翼表面结冰时，使气流吹掉其与积冰形成的雪泥。 　　对于防冻液体的要求一般为凝结温度低，与水易于混合，与飞机表面附着力强，对尾翼表面无化学腐蚀作用，无毒性，防火性能好等。目前飞机防冰液多用甲醇、乙醇、乙烯乙二醇。从凝结温度来看，乙烯乙二醇凝结点最高，乙醇次之，甲醇的最低。而乙烯乙二醇化学稳定性好，安全廉价。所以要根据飞机尾翼的具体情况和要求，选择最为合适的防冻液。 　　（二）热空气防冰技术 　　热空气防冰技术的原理是利用热空气来加热飞机尾翼的防冰表面。一般来说，使用热空气防冰的热源充足且能量大，针对尾翼的大面积和要求较高的防冰表面比较适合。热空气防冰技术的热源主要有以下几种类型：1.发动机压气机引气：现代民航客机的引气多来源于发动机压气机，它可以直接用于水平安定面前缘的热防冰。2.发动机排气热交换器：它的原理是使大气流经过热交换器，气流被加热后送入防冰系统而成为加温热空气。热交换器使用发动机的废燃气作为热气流，使用外界大气作为冷气流。3.燃烧加温器：它是使用专门的燃烧加温器提供热空气来进行防冰，一般在早期有些飞机上使用较多。燃油在尾翼燃烧加温器内燃烧，当外界空气流过尾翼燃烧加温器后被加热，然后输送到飞机尾翼来进行防冰。 　　（三）电热防冰技术 　　电热防冰技术的原理是加温元件通电后而产生热量进行加温。电热防冰主要用于小部件、小面积、小功耗部位的防冰，一般在飞机尾翼部分应用较少。 　　（四）蒸发防冰与流湿防冰技术 　　蒸发防冰技术与流湿防冰技术是依据热力防冰系统对尾翼表面连续加热时，使得飞机尾翼表面收集的水分是否全部蒸发来区分。 　　（五）多孔表面液体滑移技术 　　多孔表面液体滑移技术的原理是基于分子游离技术而使得液滴在金属表面自动滑落。具体方法是通过在尾翼金属表面涂盖膜状材料，将润滑剂附着在金属表面，从而使得水滴的附着力显著降低。是在高压、低温、高湿环境下，这种技术可以保证尾翼金属表面不出现积冰。 　　在实际操作中，飞机尾翼防除冰技术种类的选择要基于防冰重要程度、尾翼表面面积、尾翼种类、动力装置和电源功率等因素。 　　四、结束语 　　飞机尾翼结冰是飞行中不可忽视的问题。只有了解尾翼结冰特性，掌握飞机尾翼防冰技术的原理并加以合理应用，才能避免飞机不会因为尾翼结冰而发生事故，达到保障飞机的安全飞行的目的。 　　参考文献： 　　[1]周莉，徐浩军，龚胜科等.飞机结冰特性及防除冰技术研究[J].中国安全科学学报，2010（06）. 　　[2]宋静波.飞机构造基础（第二版）[M].北京：航空工业出版社，2011.