王冉

隨著寒冬季節(jié)的到來，北方大多數(shù)機場開始出現(xiàn)寒冷天氣，降雪、結(jié)冰、凍霧、凍雨隨之開始影響民航安全。做好除防冰的工作一直是寒冷天氣的重中之重。雖然在此之前，美國發(fā)生過因為除冰工作沒做好而造成飛機墜毀的事故，但2004年11月21日包頭空難發(fā)生后，無污染起飛的概念才徹底深入人心。本文著重從理論上對結(jié)冰的原理、以及結(jié)冰對飛行的危害加以介紹。

飛機結(jié)冰的危害

對飛機來說，結(jié)冰是一個正常的現(xiàn)象，如果在飛機的某個或某些部位結(jié)冰并逐漸積累形成一定的面積或厚度就叫做積冰。但在飛行中如果飛機積冰，那么這絕對是個壞消息，因為積冰或多或少都會影響飛行狀態(tài)，危及飛行安全，嚴(yán)重積冰還可能引發(fā)飛行事故甚至空難。

飛機結(jié)冰時，冰層會破壞空氣流經(jīng)機翼表面時的正常氣流，降低翼形產(chǎn)生升力的能力。冰層的實際重量與積冰所產(chǎn)生的翼形表面的亂流相比，前者對飛機帶來的影響幾乎可以忽略不計。飛機結(jié)冰時，動力裝置會自動增加推力來補償由于結(jié)冰帶來的額外阻力，迎角也會增大來維持升力，這樣就更容易在機翼和機身的下表面積冰。飛機的任何迎風(fēng)面都有可能積冰，不光是機翼、螺旋槳、風(fēng)擋，而且還有天線、通風(fēng)口、進(jìn)氣道等沒有防冰保護(hù)的表面都可能會積冰。有時結(jié)冰對天線引起的振動足以將天線折斷。在中度到嚴(yán)重結(jié)冰條件，輕型飛機會積冰嚴(yán)重到不能繼續(xù)飛行的地步，如有時飛機會在比正常大的速度失速，有時會出現(xiàn)非正常的橫向滾轉(zhuǎn)和俯仰姿態(tài)等。

結(jié)構(gòu)積冰就是粘在飛機外表面的冰，有霜冰（毛冰）、明冰和混合冰之分。霜冰（并不是霜）有粗糙、乳白色的外表，沿飛機的表面輪廓形成，霜冰形成后很容易通過飛機的除冰和防冰裝置除去。明冰（有時也叫光滑冰）通常明亮而平滑，但它經(jīng)常包含一些空氣蜂窩，變成半透明的形態(tài)。明冰形成的越快，形狀就越不規(guī)則，經(jīng)常在機翼的上表面或下表面以“號角”的形狀出現(xiàn)。明冰密度大，堅固，通常很難擊碎。混合冰就是霜冰和明冰兩者兼有的一種積冰狀態(tài)。

通常機翼積冰會破壞流經(jīng)其表面的空氣流，降低機翼的最大升力，減小機翼產(chǎn)生最大升力時的迎角，逆向影響飛機的操縱性能，顯著增加飛機的阻力。風(fēng)洞試驗和飛行測試證實，霜、雪及薄冰（在前緣裝置和機翼上表面）即使在厚度和粗糙度上都小于一層普通砂紙的情況下也能降低飛機30%的升力，增加40%的阻力。更大程度上的積冰能降低8%的升力，同時增加80%的阻力。

雖然許可飛入結(jié)冰條件的航空器都把關(guān)鍵部位（發(fā)動機整流罩、大翼前緣）當(dāng)成防冰保護(hù)區(qū)，但是非防冰保護(hù)區(qū)在積冰時產(chǎn)生的阻力也是不能忽略的，美國國家航空航天局（NASA）的研究證明，即使防冰保護(hù)區(qū)的積冰全部清除的話，仍然有近30%的阻力是來自非防冰保護(hù)區(qū)的積冰產(chǎn)生的。這些非保護(hù)區(qū)包括：各種天線、襟翼鉸鏈、機身前部、風(fēng)擋雨刷、機翼下吊架、操縱舵面輔助裝置等。

在飛機表面溫度降到0度或以下，并且存在可見水汽時就會有冰形成，再好的飛行計劃也存在變數(shù)。雖然目前的技術(shù)手段能夠不同程度地預(yù)測出空中結(jié)冰區(qū)的大體位置及可能會隱藏的危險，然而想得到結(jié)冰區(qū)的準(zhǔn)確位置和具體高度范圍卻不是那么容易的，山脈、水體、風(fēng)、溫度、水汽含量、大氣壓力等都在天氣現(xiàn)象的形成及變化中扮演著重要的角色。鋒面和低氣壓區(qū)都是結(jié)冰的高危區(qū)，但有足夠水汽含量的孤立的云體也足以讓飛機產(chǎn)生嚴(yán)重積冰。

凍雨或過冷毛毛雨是“結(jié)冰”這類危險氣象條件的“終極殺手”，飛入這類氣象條件會讓飛機大翼上下表面很快結(jié)冰并逐漸積累，迅速使大翼氣流分離，只需幾分鐘的時間就會讓飛行形勢變得極度危險。凍雨和凍毛毛雨，包括云上過冷水汽有時會在鋒面附近出現(xiàn)，如果你的飛行路徑要穿過鋒面，那么飛行員一定要了解這個鋒面存不存在凍雨、凍毛毛雨或其他危險天氣條件（如隱藏的雷暴）等。如果必須飛越鋒面，那么選擇最短穿越鋒面的路徑，盡量不要長時間呆在鋒面內(nèi)。

飛機的除防冰設(shè)備

（以波音737飛機為例）

所謂防冰就是當(dāng)航空器在進(jìn)入結(jié)冰條件之前，即飛機還未結(jié)冰之前采取措施防止飛機結(jié)冰，像空速管加溫、風(fēng)擋加溫、發(fā)動機防冰等。除冰是指在航空器已經(jīng)結(jié)冰，即積冰已經(jīng)到一定程度時，為了不影響飛行，把已經(jīng)形成的冰除掉，如大翼除冰（波音737飛機上無此設(shè)備）。

當(dāng)存在結(jié)冰條件或預(yù)計會有結(jié)冰條件時，發(fā)動機防冰一定要接通，除非在爬升和巡航過程中靜氣溫在-40攝氏度或以下。注意35000英尺以上使用機翼防冰可能會造成引氣跳開或座艙釋壓。

大翼防冰（Wing Anti Ice）：大翼防冰的效率非常高，在空中經(jīng)常用來進(jìn)行除冰，接通1分鐘的時間就足以除掉翼上所有的冰。在地面上持續(xù)結(jié)冰條件下要保持大翼防冰接通。

大翼防冰的工作邏輯很有趣，在地面上，當(dāng)油門桿前推到能觸動起飛形態(tài)警告范圍內(nèi)時，向大翼防冰的供氣會自動終止；收回油門桿，會重新開始供氣進(jìn)行防冰。這樣就可以在飛機起飛時無需檢查大翼防冰是否打開。大翼防冰電門像自動油門一樣是由電磁線圈力保持的，當(dāng)飛機離地后會自動跳開，以避免爬升過程中影響發(fā)動機推力。

和發(fā)動機防冰不同，大翼防冰使用的是引氣混合總管，這樣可以保證在一發(fā)失效時另一側(cè)的機翼仍然可以防冰，并且只有前緣縫翼有防冰，前緣襟翼并沒有防冰功能。2005年6月，波音公司宣布737系列的飛機大翼防冰范圍從翼根一直外延到翼尖，這樣飛機可以在低高度結(jié)冰條件下長時間飛行而不受結(jié)冰困擾，而之前生產(chǎn)的波音737NG飛機大翼外側(cè)是沒有防冰的。對于波音737NG飛機，空中接通大翼防冰超過5秒后，失速管理機構(gòu)會認(rèn)為機身已結(jié)冰，從而相應(yīng)調(diào)整抖桿速度和速度帶顯示。

發(fā)動機防冰（Engine Anti Ice）：發(fā)動機整流罩是迎風(fēng)面，很容易結(jié)冰并積累，形成大塊冰后一旦碎裂，就會進(jìn)入發(fā)動機損傷飛速旋轉(zhuǎn)的葉片，所以發(fā)動機罩一定要防冰。波音737-3/4/500的發(fā)動機葉片中央轉(zhuǎn)子是曲面圓錐形狀，這樣雖然可以把冰甩離葉片中央?yún)^(qū)，可這種形狀很難避免冰的形成，波音737NG飛機就做了很好的改進(jìn)，它把中央轉(zhuǎn)子做成也是錐形但有個鋒利的錐尖，這樣就在很大程度上避免了冰的形成，又可以把一旦形成的冰甩離。

發(fā)動機防冰使用各自相應(yīng)的引氣，在空中和地面存在結(jié)冰條件時一定要打開。當(dāng)防冰引氣管道溫度超過440攝氏度或壓力達(dá)到65PSI時，琥珀色的COWL ANTI-ICE燈就會亮，這時應(yīng)該減小相關(guān)發(fā)動機的推力直到該燈熄滅。打開大翼防冰和發(fā)動機防冰時，藍(lán)色的VALVE OPEN燈會先明亮再暗亮，但有時打開大翼防冰后VALVE OPEN燈保持明亮，這是因為大翼防冰活門是靠氣動力操縱的，只有當(dāng)發(fā)動機推力達(dá)到一定的范圍才能將其打開。

機體目測結(jié)冰參考（Airframe Visual Icing Cues）：這里機體包括發(fā)動機、機翼等各個組成部分。結(jié)冰探測裝置是波音737飛機的可選項目，機組可以根據(jù)駕駛艙顯示明確知道飛機是否結(jié)冰，但目前大多數(shù)航空公司都沒有選裝這種設(shè)備。要特別注意，當(dāng)存在可見水汽和在特定溫度范圍時，發(fā)動機防冰要立即打開，不要等見到結(jié)冰形成后再采取行動，避免發(fā)動機結(jié)冰后才開防冰。

1、雨刷條下有冰，輕度結(jié)冰。

雨刷下是冰形成的第一個地方，微小冰體撞擊在風(fēng)擋上積累在雨刷下，因為此處冰量受沖擊氣流和風(fēng)擋加溫影響，所以這并不能給積冰量大小提供依據(jù)。

2、雨刷螺母上有冰，中度積冰。

如果見到此處結(jié)冰，可以斷定機體其他地方也已經(jīng)積冰。如果預(yù)計航線的任何階段有結(jié)冰條件并且落地機場的溫度在8攝氏度或以下，那么在起飛機場一定要對最大起飛爬升重量重新進(jìn)行修正，具體參見各飛機性能手冊。

3、風(fēng)擋中央支柱兩側(cè)有冰，嚴(yán)重積冰。

如果冰能在光滑而且加熱的風(fēng)擋玻璃上形成，這表明積冰情況已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重了，甚至都能想象得到冰沿機體的外形結(jié)成厚厚的一層，更何況像安定面、各種伸出部位都沒有加熱裝置。FAA的建議是：碰到這種情況，馬上離開該區(qū)域。

結(jié)冰天氣飛行技巧

1、航前準(zhǔn)備

在冬季，機組進(jìn)入直接準(zhǔn)備時，應(yīng)認(rèn)真檢查飛機。如果發(fā)現(xiàn)飛機上有冰雪霜，應(yīng)及時通知維修人員進(jìn)行清除。在推飛機開車前應(yīng)再次對飛機全面檢查，防止重新出現(xiàn)的冰層。著重檢查機翼表面、前緣縫翼、水平安定面、垂直安定面和方向舵、機身、空速管、溫度探測器和迎角傳感器、靜壓孔、各進(jìn)氣口和泄放口、發(fā)動機進(jìn)氣道、風(fēng)扇葉片、起落架和起落架傳感器。檢查時應(yīng)特別注意當(dāng)有明冰時，應(yīng)仔細(xì)辨別。檢查起落架時，要注意有無外漏現(xiàn)象，在寒冷天氣，因熱脹冷縮，管道連接處有可能發(fā)生滲漏油現(xiàn)象。

2、開車滑行

在低于-30℃的低溫下起動發(fā)動機，開車后要保持發(fā)動機慢車狀態(tài)，以便讓滑油溫度上升，讓發(fā)動機得到良好的潤滑。另外起動一個全冷的發(fā)動機，滑油壓力上升緩慢，有滑油壓力指示屬正?，F(xiàn)象，但超過3分鐘滑油壓力仍達(dá)不到正常范圍，應(yīng)關(guān)車叫維修人員檢查。對防冰系統(tǒng)的檢查是重要的項目，該系統(tǒng)不正常在冬季是不能放行的。

飛機在有冰雪霜覆蓋的道面滑行時，飛機開始滑行首先要檢查剎車系統(tǒng)是否正常，如發(fā)現(xiàn)不正常應(yīng)立即停止滑行?；兄幸３峙c前機的距離，以免前機吹起的冰雪塊吸入發(fā)動機，打壞飛機或防止雨、雪吹到機身，機翼表面凍結(jié)。發(fā)動機防冰應(yīng)在接通位，一直到起飛后脫離結(jié)冰區(qū)。APU可保持在開位對飛機增壓，關(guān)掉發(fā)動機引氣，以便增加發(fā)動機有效推力，使飛機盡快達(dá)到安全高度和脫離結(jié)冰區(qū)。滑行中應(yīng)認(rèn)真檢查操縱面和襟縫翼，對于NG飛機更方便檢查下DU操縱系統(tǒng)頁面顯示：方向舵、副翼和升降舵指示是否正常，有無卡阻現(xiàn)象，襟縫翼是否到位。發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象應(yīng)及時滑回機坪處理。

3、起飛階段

起飛階段是飛行事故的多發(fā)階段，尤其在結(jié)冰、雨雪天氣、低能見度或道面被污染的情況下，做好起飛每個動作，掌握起飛要領(lǐng)顯得更重要。首先應(yīng)明確跑道的污染情況符合飛行規(guī)則要求和機型手冊的規(guī)定。道面摩擦系數(shù)不低于0.3，禁止在滑水的污染跑道和結(jié)冰跑道上起飛。飛機的防冰設(shè)備應(yīng)良好，并應(yīng)注意以下方面：

·起飛時應(yīng)用全推力起飛，用全跑道起飛?？照{(diào)可用APU供氣，增大發(fā)動機推力。如果V1時一臺發(fā)動機故障，機長選擇中斷，飛機能盡快在安全道內(nèi)停下；如果選擇繼續(xù)起飛，飛機在跑道頭上空達(dá)到30英尺的高度，并達(dá)到V2速度。結(jié)論：結(jié)冰條件下起飛選用全馬力起飛是機組的最佳選擇。

·在TAT全溫-10℃～+10℃的可見水汽、云霧、雨、雪、冰晶等條件時，應(yīng)打開發(fā)動機的防冰系統(tǒng)，空速管、迎角探測器、靜壓管、風(fēng)擋加溫在飛行前必須是良好，并在整個飛行過程中必須打開。在結(jié)冰條件下，開完車后發(fā)動機防冰就應(yīng)放在接通位。

4、巡航階段

在巡航階段，防冰設(shè)備要有預(yù)見性地提前打開，千萬不要等到結(jié)冰以后再打開。防冰著重在“防”，但機翼防冰要間斷性使用，等到機翼已結(jié)冰了，打開0～60秒，等到冰已從機翼上脫落后再關(guān)掉。機翼防冰在起飛和著陸過程中建議不使用，以保證發(fā)動機有足夠的推力。但應(yīng)注意，波音飛機在35000英尺以上打開機翼防冰可能會造成座艙釋壓。起飛后應(yīng)盡可能快速穿過結(jié)冰嚴(yán)重云層或繞過嚴(yán)重結(jié)冰區(qū)，在爬升和巡航階段，也應(yīng)盡可能避開結(jié)冰區(qū)。

一般冬季飛行中低空容易遇到結(jié)冰層，夏季在高空濃積云和積雨云中多伴有輕度或中度結(jié)冰，這種情況下機組應(yīng)請示ATC改變高度或繞航。在被迫穿越這些云時，應(yīng)檢查空速管、風(fēng)擋、迎角探測器加溫是否正常，入云前必須打開發(fā)動機防冰。飛行規(guī)則關(guān)于結(jié)冰條件下飛行中規(guī)定：“為脫離結(jié)冰區(qū)，機長必須考慮航空器的結(jié)冰狀況，航線天氣預(yù)報，其他航空器的天氣報告，地形和季節(jié)性天氣的特點。當(dāng)云頂或者-15℃等溫線高度較低，并且航空器具有相應(yīng)的上升性能時，通常應(yīng)當(dāng)向上脫離結(jié)冰區(qū)。只有確知航線安全高度以上有正溫區(qū)或者能夠出云時，方可向下脫離。改變高度層，可以允許的最大垂直速度進(jìn)行。如果在改變高度過程中遇有云層時，允許可以不按高度層配備在該云層間飛行?！鄙鲜隹偟脑瓌t，就是當(dāng)遇有嚴(yán)重結(jié)冰時，應(yīng)想盡一切辦法脫離結(jié)冰區(qū)。

5、進(jìn)近著陸

雨雪天通常是在冷空氣過境與暖濕氣流交界地區(qū)，容易產(chǎn)生大面積的雨夾雪、凍雨、中度以上結(jié)冰，對飛行影響極為嚴(yán)重，特別是飛機進(jìn)入進(jìn)近著陸階段，給飛行機組操縱飛機帶來難度和進(jìn)近著陸的復(fù)雜性。所以，機長在下降前的進(jìn)近簡令中，應(yīng)做好機組的分工配合，擬定復(fù)飛后的備降程序和航線備降機場，檢查油量準(zhǔn)備資料，了解備降場天氣情況。嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)，不能著陸就備降。

下降進(jìn)近過程中，發(fā)動機防冰應(yīng)始終在開位，直到著陸后，在最后進(jìn)近點前完成機翼除冰工作，隨后應(yīng)關(guān)閉除冰設(shè)備。由于結(jié)冰條件下的進(jìn)近失速速度比正常大，操縱性變差，建議進(jìn)近速度比正常大5～10海里/小時。進(jìn)近速度的增大，著陸速度也會隨之增大，拉平動作要柔和，避免拉高，拉飄使著陸點前移，丟失跑道太多。著陸姿態(tài)不宜過大，不宜輕柔著陸，有一定過載和扎實的著陸，有利于盡快地減速和方向的保持，增加機輪和道面的摩擦阻力，這對結(jié)冰條件下的著陸顯得十分重要。