趙廣旭

摘 要：防冰系統(tǒng)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的安全有著至關(guān)重要的作用，一個(gè)好的防冰系統(tǒng)能夠在保證發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行的同時(shí)，不消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，文章介紹了一些發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰的相關(guān)知識(shí)以及發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)的組成與工作等相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；防冰；設(shè)計(jì)；組成

1 結(jié)冰的原理介紹

1.1 結(jié)冰的條件

在0℃以下大氣中存在液態(tài)水滴的條件下飛行器會(huì)發(fā)生結(jié)冰。水滴可以在負(fù)溫度下以液態(tài)形式存在似乎很奇怪。但是從熱力學(xué)的觀(guān)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，看上去“反自然”的這種狀態(tài)是完全可能的，它被稱(chēng)作過(guò)冷狀態(tài)。水滴能夠在過(guò)冷狀態(tài)存在，是因?yàn)樗螐囊簯B(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)，除了要克服通常的能障之外，還要克服與表面張力所作功相關(guān)的能障。

下面我們就來(lái)看一下水滴的凍結(jié)過(guò)程。由于只有在高過(guò)飽和水蒸氣中和在非常低的溫度下（低于-60℃），才能直接由水蒸氣自然形成冰核，所以在含水滴的兩相過(guò)冷氣流中，冰粒只有在下列情況下才能形成：過(guò)冷水中有冰核均質(zhì)核化，即在水滴中自然生成冰核，之后隨著冰核周?chē)脑鲩L(zhǎng)水滴凍結(jié)；含有被激活的外來(lái)冰核的水滴從某種過(guò)冷狀態(tài)開(kāi)始凍結(jié)（異相核化）。

1.2 結(jié)冰的氣象條件

在多數(shù)情況下，飛行器在有降水的云層中飛行時(shí)會(huì)結(jié)冰。從結(jié)冰的角度看，所有的云都可分為層云和積云兩大類(lèi)。

結(jié)冰發(fā)生的概率可通過(guò)一系列表征大氣條件的參數(shù)來(lái)計(jì)算，這些參數(shù)為：液態(tài)水含量或單位體積空氣含水滴水分的質(zhì)量，g/m3（這里需要將液態(tài)水含量的概念與溫度或單位體積空氣含水蒸汽的質(zhì)量（g/m3）的概念區(qū)分開(kāi)）；溫度；水滴尺寸和水滴尺寸的分布；云層的水平范圍和垂直范圍。

上述參數(shù)的變化范圍很大，在一定的參數(shù)組合下會(huì)有最大的結(jié)冰概率。這些結(jié)冰條件在標(biāo)準(zhǔn)中有專(zhuān)門(mén)的研究和歸納，這些標(biāo)準(zhǔn)文件有三種用途：結(jié)冰條件的預(yù)測(cè)和記錄；防冰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)；結(jié)冰條件的模擬（一般用于試驗(yàn)）。

1.3 結(jié)冰的物理過(guò)程

過(guò)冷水滴碰到飛機(jī)表面后就開(kāi)始凍結(jié)，此時(shí)水滴的軌跡由水滴和氣流的相互作用決定。水滴碰撞后馬上就會(huì)部分或全部?jī)鼋Y(jié)。除溫度外，云層中的液態(tài)水含量對(duì)計(jì)算水的凍結(jié)部分大小和冰瘤的形狀起著重要作用。隨著云層中液態(tài)水含量的增大，水的凍結(jié)部分會(huì)減小。

1.4 結(jié)冰對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的危害

發(fā)動(dòng)機(jī)在高空飛行，或者在寒冷地帶飛行的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)的入口便容易結(jié)冰，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣入口結(jié)冰，便會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣條件，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的入口持續(xù)結(jié)冰，入口處的冰塊很有可能會(huì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道，而在飛機(jī)高速飛行的時(shí)候，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的冰塊便會(huì)打傷發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的折斷，這就會(huì)給發(fā)動(dòng)機(jī)的高空飛行帶來(lái)致命的損傷，從而導(dǎo)致空難的發(fā)生，所以，發(fā)動(dòng)機(jī)的防冰系統(tǒng)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作是十分重要的。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)的附件

2.1 結(jié)冰信號(hào)器

結(jié)冰信號(hào)器用于探測(cè)氣體的結(jié)冰信號(hào)，并將信號(hào)傳給發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)的起動(dòng)電磁活門(mén)、機(jī)載數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)和座艙內(nèi)的熒光屏監(jiān)測(cè)和告警系統(tǒng)。結(jié)冰信號(hào)器由結(jié)冰信號(hào)傳感器、電子換流器和安裝框架組成。結(jié)冰信號(hào)傳感器安裝在飛機(jī)的左進(jìn)氣道內(nèi)。結(jié)冰信號(hào)器的原理圖見(jiàn)圖1。當(dāng)接通結(jié)冰信號(hào)器的電源時(shí)，電子換流器通過(guò)交流放大器和結(jié)冰信號(hào)傳感器上的電磁激勵(lì)系統(tǒng)，使結(jié)冰信號(hào)傳感器上的彈性殼體發(fā)生振動(dòng)。當(dāng)結(jié)冰信號(hào)傳感器殼體上的冰層增厚時(shí)，彈性殼體剛度增大，導(dǎo)致振動(dòng)頻率增加。當(dāng)振動(dòng)頻率達(dá)到鑒頻器上的閾值時(shí)，電子換流器以27伏直流電壓的形式，輸向座艙監(jiān)控告警系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)的起動(dòng)電磁活門(mén)和機(jī)載數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。同時(shí)，加溫結(jié)冰信號(hào)傳感器振動(dòng)器殼體以及其支架，以去除冰層，并在電子換流器的前面板上顯示“加溫”和“結(jié)冰”信號(hào)。

為了便于檢查結(jié)冰信號(hào)器的良好性，當(dāng)按壓電子換流器前面板上的“模擬”按鈕并松開(kāi)，則信號(hào)燈“加溫”和“模擬”燃亮，并且按按鈕后，經(jīng)41±11秒向座艙發(fā)出“良好”的27伏直流電壓信號(hào)，經(jīng)77±22秒后該信號(hào)消除，則表明結(jié)冰信號(hào)器正常，否則說(shuō)明結(jié)冰信號(hào)器有故障。

2.2 控制附件

控制附件的功用是向發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)輸送經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的高壓壓氣機(jī)第七級(jí)空氣；根據(jù)飛機(jī)系統(tǒng)的指令，接通或關(guān)斷防冰系統(tǒng)；向熒屏監(jiān)測(cè)告警系統(tǒng)輸送“結(jié)冰”信號(hào)。

控制附件主要由節(jié)氣門(mén)、襯筒、微動(dòng)電門(mén)、活塞、柱塞、雙金屬?gòu)椈?、活門(mén)等組成。當(dāng)氣動(dòng)電磁活門(mén)工作時(shí)，從空氣熱交換器來(lái)的高壓壓氣機(jī)第九級(jí)熱空氣直接作用在活塞的右面，推動(dòng)活塞左移，使節(jié)氣門(mén)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，打開(kāi)由高壓壓氣機(jī)第七級(jí)通往防冰系統(tǒng)用氣部件的通路。當(dāng)控制附件后的第七級(jí)熱空氣流量過(guò)大，使控制附件后管路的壓力增大，控制附件柱塞左邊的B腔壓力增大，推動(dòng)柱塞右移，柱塞上的活門(mén)打開(kāi)了活塞右邊通往大氣的通路，使活塞右移，節(jié)氣門(mén)調(diào)小空氣流量。當(dāng)高壓壓氣機(jī)第七級(jí)熱空氣溫度較高時(shí)，由雙金屬片控制的彈性間隙流量調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，調(diào)小進(jìn)氣截面，減小熱空氣流量。當(dāng)從高壓壓氣機(jī)第七級(jí)來(lái)的熱空氣溫度≤120℃時(shí)，彈性間隙流量調(diào)節(jié)器處于全開(kāi)狀態(tài)；當(dāng)熱空氣溫度≥480℃時(shí)，彈性間隙流量調(diào)節(jié)器處于最小流量狀態(tài)。

2.3 起動(dòng)電磁活門(mén)

起動(dòng)電磁活門(mén)用來(lái)根據(jù)結(jié)冰信號(hào)器的指令或人工指令，接通或斷開(kāi)控制附件。起動(dòng)電磁活門(mén)由電磁鐵、電磁線(xiàn)圈、彈簧、頂桿等組成。起動(dòng)電磁活門(mén)通電時(shí)，從空氣-空氣熱交換器來(lái)的熱空氣，經(jīng)過(guò)頂桿活門(mén)輸往控制附件。起動(dòng)電磁活門(mén)的工作電壓是27伏直流電壓，裝在低壓壓氣機(jī)機(jī)匣上。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)的工作

當(dāng)裝在進(jìn)氣道中的結(jié)冰信號(hào)器探測(cè)到氣體結(jié)冰時(shí)，立即向發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)發(fā)出指令，氣動(dòng)電磁活門(mén)通電，打開(kāi)空氣-空氣熱交換器通往控制附件活塞右邊的氣路，活塞左移，節(jié)氣門(mén)打開(kāi)。于是從高壓壓氣機(jī)第七級(jí)來(lái)的熱空氣，經(jīng)彈性間隙流量調(diào)節(jié)器、節(jié)氣門(mén)輸往發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)流器和整流罩。熱空氣從整流罩前部流出，在整流罩表面形成氣膜，避免了結(jié)冰的發(fā)生；同樣，熱空氣從進(jìn)口導(dǎo)流葉片的長(zhǎng)方形窗口流出，防止結(jié)冰發(fā)生。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到左極限時(shí)，斷開(kāi)微動(dòng)電門(mén)，微動(dòng)電門(mén)向機(jī)載數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)和熒屏監(jiān)測(cè)告警系統(tǒng)發(fā)出“結(jié)冰”信號(hào)，以示發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)開(kāi)始工作。

當(dāng)防冰系統(tǒng)使用的高壓壓氣機(jī)第七級(jí)空氣溫度升高時(shí)，控制附件內(nèi)的彈性間隙流量調(diào)節(jié)器調(diào)小氣體流量，反之，增加氣體流量。當(dāng)防冰系統(tǒng)使用的熱空氣壓力過(guò)大時(shí)，通過(guò)控制附件上的排泄活門(mén)，把壓力調(diào)到規(guī)定范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章從發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰入手，介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰的原理以及過(guò)程，以及結(jié)冰對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的危害，并詳細(xì)的介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)的組成以及工作過(guò)程，為了解發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰及如何防止結(jié)冰提供了一定的幫助。