薛長(zhǎng)寶 張占龍

（西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，陜西 西安710089）

飛機(jī)結(jié)冰會(huì)引起升力下降，阻力和失速速度增加。機(jī)翼舵面等外部活動(dòng)面上有積冰，將影響飛機(jī)的控制。進(jìn)氣道結(jié)冰會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量不足，造成發(fā)動(dòng)機(jī)推力下降，甚至出現(xiàn)喘振。風(fēng)擋玻璃結(jié)冰將使飛行員喪失前部視野?？账贉y(cè)量系統(tǒng)結(jié)冰將引起空速測(cè)量失真，使飛行員無(wú)法正確判讀飛行狀態(tài)[1]。總之，飛機(jī)結(jié)冰將給飛機(jī)帶來(lái)危險(xiǎn)。因此，飛機(jī)的結(jié)冰防護(hù)是保證在結(jié)冰條件下安全飛行的重要保障手段。

一般情況下，飛機(jī)結(jié)冰防護(hù)有兩種手段，一種是防止結(jié)冰，一種是結(jié)冰后在危險(xiǎn)可控的前提下進(jìn)行除冰。對(duì)于除冰方式的防護(hù)，必須考慮冰脫落對(duì)飛機(jī)機(jī)體和發(fā)動(dòng)機(jī)的影響。本文主要針對(duì)某型飛機(jī)氣動(dòng)布局特點(diǎn)、飛行速度特性，從防止結(jié)冰角度進(jìn)行安全性分析，通過(guò)結(jié)冰探測(cè)、結(jié)冰防護(hù)說(shuō)明結(jié)冰防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與解決方法。

1 防護(hù)區(qū)域設(shè)計(jì)

飛機(jī)在空中保持安全飛行必須保持良好的氣動(dòng)特性，在相應(yīng)飛行速度下，保持足夠的升力，并且具有良好的穩(wěn)定性和操縱性；需保持飛機(jī)具有適應(yīng)的動(dòng)力特性；需保持飛機(jī)具備外部觀察能力。因此飛機(jī)結(jié)冰的防護(hù)應(yīng)以飛機(jī)升力產(chǎn)生部件、穩(wěn)定性和操縱性保持部件、保障發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的進(jìn)氣部件、駕駛艙觀察窗和空速測(cè)量系統(tǒng)的傳感器等為重點(diǎn)。

當(dāng)大氣云層中含有低于冰點(diǎn)溫度的液態(tài)水滴，形成了過(guò)冷云層條件時(shí)，飛機(jī)在飛行過(guò)程中遭遇這種云層時(shí)，就有可能發(fā)生表面結(jié)冰現(xiàn)象。一般情況下，結(jié)冰起始點(diǎn)發(fā)生在氣流駐點(diǎn)附近，逐漸生長(zhǎng)，當(dāng)結(jié)冰達(dá)到一定程度后，將破壞飛機(jī)的氣動(dòng)特性和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣特性，對(duì)飛行安全影響極大，因此防冰區(qū)域應(yīng)從重要部件的氣流駐點(diǎn)開(kāi)始，并沿順氣流方向進(jìn)行一定量的延伸，從而確保在機(jī)體表面不產(chǎn)生結(jié)冰。因此，需對(duì)飛機(jī)機(jī)翼前緣、尾翼前緣、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道前緣、風(fēng)擋玻璃、空速測(cè)量系統(tǒng)的傳感器等重要區(qū)域進(jìn)行結(jié)冰防護(hù)，確保飛行安全。

飛機(jī)防冰系統(tǒng)主要由機(jī)翼前緣除冰系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道前緣防冰系統(tǒng)、尾翼前緣防冰系統(tǒng)、風(fēng)擋玻璃加溫系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)儀表防冰系統(tǒng)、結(jié)冰探測(cè)系統(tǒng)等組成，同時(shí)系統(tǒng)需具備相應(yīng)顯示及告警功能，使飛行員能夠及時(shí)準(zhǔn)確的掌握飛機(jī)結(jié)冰情況及防除冰效果(表1)。

表1 結(jié)冰防護(hù)功能定義

2 結(jié)冰防護(hù)系統(tǒng)工作原理

當(dāng)結(jié)冰信號(hào)器發(fā)出對(duì)應(yīng)結(jié)冰告警信號(hào)，表明飛機(jī)機(jī)翼前緣、尾翼前緣、進(jìn)氣道等對(duì)應(yīng)部位已結(jié)冰。

2.1 結(jié)冰與防護(hù)系統(tǒng)故障告警工作原理

當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入結(jié)冰區(qū)域時(shí)，結(jié)冰探測(cè)器發(fā)出告警信息，飛行員前方儀表板兩側(cè)的主告警燈亮，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)/告警顯示器右上方出現(xiàn)閃爍的紅色“結(jié)冰”字樣；告警顯示器上顯示畫面中供氣壓力，飛行員根據(jù)發(fā)出的結(jié)冰信號(hào)或通過(guò)觀察風(fēng)擋玻璃、雨刷等有結(jié)冰跡象判斷飛機(jī)已經(jīng)進(jìn)入結(jié)冰區(qū)域，將防冰加溫控制板上防冰開(kāi)關(guān)接通，相應(yīng)的指示燈燃亮，以示系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。

2.2 機(jī)翼前緣除冰系統(tǒng)工作原理

機(jī)翼前緣除防冰系統(tǒng)采用的“微引射”式供氣加熱方式減少了40%的發(fā)動(dòng)機(jī)引氣量，并有效解決了沿翼展方向機(jī)翼前緣蒙皮加熱溫度逐漸降低的問(wèn)題，保持機(jī)翼前緣蒙皮加熱溫度的一致性，除防冰效果更優(yōu)。

圖1 微引射式氣熱防/除冰結(jié)構(gòu)示意圖

飛行員根據(jù)結(jié)冰探測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的結(jié)冰信號(hào)或觀察風(fēng)擋玻璃等的結(jié)冰情況，或根據(jù)氣象雷達(dá)探測(cè)或天氣預(yù)報(bào)，綜合判斷飛機(jī)是否已經(jīng)結(jié)冰或即將進(jìn)入結(jié)冰氣象。飛行員將防冰加溫控制板上“機(jī)翼除冰”字樣下“左翼”、“右翼”字樣開(kāi)關(guān)接通，左、右機(jī)翼除冰活門打開(kāi)，除冰活門打開(kāi)后，除冰熱氣經(jīng)過(guò)絕對(duì)壓力調(diào)節(jié)器，將引氣壓力調(diào)節(jié)到適合于除冰需要的恒定壓力，壓力調(diào)節(jié)后的熱空氣流經(jīng)限流文氏管、波紋補(bǔ)償器和單向活門，進(jìn)入機(jī)翼前緣內(nèi)的微引射管，熱空氣以臨界速度從微引射管上的引射孔噴射出來(lái)，引射前緣腔內(nèi)的空氣，兩股氣流混合后，沿著前緣波紋板的導(dǎo)流槽流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱空氣與前緣蒙皮的熱交換，即對(duì)前緣蒙皮進(jìn)行加熱除冰或防冰。由導(dǎo)流槽流入前緣腔內(nèi)的廢氣，一部分被重新引射，而另一部分通過(guò)機(jī)翼翼尖處的通風(fēng)百葉窗排入大氣。

2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道前緣防冰系統(tǒng)工作原理

進(jìn)氣道前緣防冰系統(tǒng)分為進(jìn)氣道前緣防冰與分流隔板前緣防冰兩個(gè)部分；左、右發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道前緣防冰系統(tǒng)各自有一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰信號(hào)器發(fā)出結(jié)冰信號(hào)時(shí)，根據(jù)發(fā)出的結(jié)冰信號(hào)或通過(guò)觀察風(fēng)擋玻璃等有結(jié)冰跡象判斷飛機(jī)已經(jīng)進(jìn)入結(jié)冰區(qū)域，打開(kāi)防冰加溫控制板上“發(fā)動(dòng)機(jī)防冰”開(kāi)關(guān)接通，將防冰活門打開(kāi)，引氣對(duì)進(jìn)氣道前緣、發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)流葉片和整流錐進(jìn)行加熱防冰。部分發(fā)動(dòng)機(jī)引氣供給發(fā)動(dòng)機(jī)整流錐和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣導(dǎo)流葉片，加熱發(fā)動(dòng)機(jī)整流錐和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣導(dǎo)流葉片，防止發(fā)動(dòng)機(jī)整流錐和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣導(dǎo)流葉片結(jié)冰；部分發(fā)動(dòng)機(jī)引氣經(jīng)過(guò)波紋補(bǔ)償器、余壓調(diào)節(jié)器和文氏管后進(jìn)入進(jìn)氣道前緣環(huán)形防冰腔，通過(guò)前緣防冰通道上的射流孔，向進(jìn)氣道前緣蒙皮內(nèi)表面射流熱氣對(duì)進(jìn)氣道前緣蒙皮進(jìn)行加溫防冰，經(jīng)過(guò)換熱的廢氣經(jīng)過(guò)前緣下部的橢圓形排氣孔排入大氣。

2.4 尾翼前緣防冰系統(tǒng)工作原理

尾翼前緣防冰系統(tǒng)采用電加熱方式，當(dāng)飛行機(jī)組判明飛機(jī)進(jìn)入結(jié)冰區(qū)，接通防冰加溫控制板上的尾翼除冰開(kāi)關(guān)，尾翼防冰控制盒通電，在其內(nèi)部機(jī)構(gòu)的控制下，在120s 周期內(nèi)，以40s為間隔依次接通平尾除冰系統(tǒng)的內(nèi)組、外組和垂尾加溫元件控制電路，以此往復(fù)循環(huán)。

2.5 風(fēng)擋玻璃結(jié)冰防護(hù)工作原理

駕駛員風(fēng)擋玻璃加溫采用電加熱方式，是為了除去風(fēng)擋玻璃上冰霜、水霧等沉淀，保證飛機(jī)在冬季及復(fù)雜氣象條件下的能見(jiàn)度，保證飛行安全。

2.6 空速測(cè)力系統(tǒng)的傳感器結(jié)冰防護(hù)工作原理

全壓受感器電加熱方式，防止飛機(jī)在結(jié)冰區(qū)飛行時(shí)全壓受感器結(jié)冰。應(yīng)急靜壓受感器采用氣熱方式，在飛機(jī)駕駛艙右側(cè)暖風(fēng)主管道上引出一根暖風(fēng)管接向靜壓孔的加溫罩向應(yīng)急靜壓受感器吹熱風(fēng)，防止外界水分進(jìn)入靜壓孔產(chǎn)生結(jié)冰，保證應(yīng)急靜壓受感器正常工作。

3 結(jié)論

飛機(jī)結(jié)冰與防護(hù)系統(tǒng)為飛機(jī)結(jié)冰區(qū)域飛行時(shí)提供了保護(hù)飛機(jī)氣動(dòng)外形、保障發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣、保護(hù)飛行速度探測(cè)傳感器及飛行員視野，為飛行員提供了必要的結(jié)冰告警及除防冰效果提示與觀測(cè)，以確保飛機(jī)在結(jié)冰區(qū)域的飛行安全。