飞机防冰排雨系统的分析与研究

飞机防冰排雨系统的分析与研究
发布时间：2022-08-21T01:25:44.912Z 来源：《科技新时代》2022年1月第1期作者：胡文祺[导读] 如今飞机已经是人们出行的重要交通工具
胡文祺
空军工程大学陕西省西安市摘要：如今飞机已经是人们出行的重要交通工具，飞行因为阻力小、省油等原因飞机的巡航高度在八千到一万两千米之间，而每上升一千米的高度空气温度下降6摄氏度，所以飞机航行所在高空温度极易产生结冰现象。

在没有防护措施的情况，飞行在结冰的气象条件下，飞机迎风的一面会出现一定的结冰现象。

在飞机飞行结冰的情况下这样不仅仅会破坏飞机整体的气动布局，而且还会增加飞机的整体重量
和增加很多的阻力，飞机的操纵性能会降低，飞机也会因为传感器的结冰而指示失常和失真。

所以说飞机的排雨防冰系统是飞机上必不能缺少的系统。

关键词：防冰排雨系统，工作原理，组成与应用 1.飞机结冰的影响 1.1机翼结冰
飞机外表面结冰，尤其是机翼的外表面结冰，严重影响了飞机飞行的安全性。

即使是来自冰、雪或霜冻的轻微污染也会损坏机翼表面，另一方面，冰的粗糙度相当于中等程度的砂纸，可以将控制质量降低到危险水平和失速范围。

机翼表面粗糙，在地面效应和自由空气两种条件下损失最大升力系数。

由此产生的升力损失很大，以至于拥有高性能超临界翼型机翼的飞机无法起飞。

实验表明，由于纸张导致机翼表面粗糙，在摇杆振动仪发出失速警报之前，平板机翼的最大升力被降低了。

飞机的大部分升力是由机翼和尾翼产生的。

机翼和尾翼结冰后，主要在机翼前缘积冰，机翼阻力升高，升力下降，恶化飞机操纵性能，降低飞机稳定性。

1.2发动机进气部件结冰
飞机在结冰天气下飞行时，飞机发动机的压缩机的前缘卡环、涡轮风扇发动机的进气道的前缘、第一压缩机的前导流翼都会发生结冰现象。

飞机发动机压缩机前缘整流：气动形状破坏，吸气速度分布不均，空气局部分离，造成发动机叶片振动。

若冰层随着气流进入到了发动机压气机的内部，就会使压气机受到机械损伤。

涡喷发动机进气道前缘：减少了进入发动机内的空气流量，导致发动机功的率下降，增加燃料流量：涡轮前的气体温度上升，严重的情况下会烧毁叶片，导致引擎停止运行。

第一压缩机前导叶：动叶上的冰会脱落，造成吸入转子不平衡，导致发动机剧烈振动，甚至损坏或熄火。

1.3螺旋桨结冰
螺旋桨的结冰时的情况和机翼类似。

结冰时，气动外形被破坏、翼型阻力增加、降低效率。

引起螺旋桨的震动，导致冰层脱落危机飞机部件和蒙皮。

1.4风挡玻璃结冰
风挡玻璃结冰时会导致玻璃能见度下降，影响飞机的起飞和降落。

1.5测温和测压探头结冰
压力探头：由于结冰，进气口面积变小，进气口动压变小，导致空速指示失真。

测温探头：温度的数值下降，在数据传输的过程中使输入参数产生误差，导致仪表示数的失真。

2.飞机防冰与除冰的方法 2.1机械除冰系统
利用气动力破除冰块，借助高速气流出落冰块。

常见的机械除冰方法主要有膨胀管除冰的装置和发动机压气机引气的气动除冰系统这两种。

2.1.1膨胀管除冰装置
飞机防冰表面采用了许多可膨胀的橡胶管，胶管膨胀的时候能够把冰块撑破，使冰块被气流吹走，除冰后恢复原装。

膨胀管除冰系统气流消耗较低，结构简单，但由于翼型发生了变化和阻力增大而应用于低速飞机。

2.1.2发动机压气机引气的气动除冰系统
发动机压缩机的空气去除系统由分配阀、调压截止阀、除冰带、吸入压力减压阀、压力减压阀和弹射器构成。

系统工作分为三个阶段：
①充气阶段：除冰开始后，压力通过分配阀进入除冰带，除冰带膨胀，开始除冰。

②电脉冲系统由电子设备、感应器、软件等组成，首先，冰被分解成小块的热冰镐，生成器发出电脉冲，影响传感器，在蒙皮上产生短脉冲，在高频上产生小波动来切断它。

程序控制组件连接的顺序和时间。

压差排气阶段：膨胀结束时，冰条压力阀被切断，冰条内的空气由通风口流出。

③吸力排气阶段：
除冰带内的压力达到一定值时排气口关闭，吸入器的低压口连接到除冰带。

去除残留空气，吸入阀自动开始维持系统吸力。

2.2电脉冲除冰系统
脉冲系统由电子设备、感应器、软件等组成，首先，冰被分解成小块的热冰镐，生成器发出电脉冲，影响传感器，在蒙皮上产生短脉冲，在高频上产生小波动来切断它。

程序控制组件连接的顺序和时间。

2.3液体防冰系统
液体防冻系统中使用的液体具有与水混合好、凝固温度低、与防冻表面亲和力强、无腐蚀现象、无毒性等特点。

目前使用的液体是乙醇、甲醇等。

液体防冰主要用于活塞发动机的螺旋桨、风挡等
2.4热空气防冰系统
热空气防冰主要分为三种类型：
①发动机压气机引气
广泛应用于现代民用飞机的发动机整流罩和水平尾翼前缘的热防冰
②发动机排热交换器
利用发动机排出的费燃气交换外界冷气，经过加热后当作加温热空气进入防冰系统。

③燃烧加温器
燃烧加热器在燃料燃烧时加热外部空气，迫使其进入防结冰系统。

热风防冻系统具有热源充足、能量释放大的特点，适用于机翼、尾翼等大面积防冻区域。

2.5电热防冰
通过对加温元件通电产生热量来防止结冰。

主要用途是小面积，防止静压口、总温探头、总压管等小部件的排冰。

2.6机翼防冰系统
因为机翼的面积很大，所以为了防止结冰，经常使用热空气防冰，起源是来自发动机的压缩机的引气。

由于机翼防冰系统在地面上工作时会因为不存在冲压空气而使系统超温进而导致飞机结构损坏。

机翼防冰系统存在三个开关位置即：打开（ON）、自动（AUTO）、关断（OFF）位置。

当控制开关,没有抑制信号,机翼防冰阀打开时,热空气进入机翼防冰补给线,通过扩张管喷射线,并通过射流孔在飞机前面行进入前缘襟翼的内部腔加热,最后从下表面的通风口出来。

控制开关在AUTO位置时，在没有抑制信号的情况下，根据飞机上的冰探测器发出的冰信号，机翼防冰系统可以自动操作。

控制开关处于关闭位置所以系统不运作。

2.7大气探测数据防冰
2.7.1总压管和静压口
用总压管检测大气总压力，用静压口检测大气静压，为了防止结冰冻结探头内部安装电阻式的电加温器。

根据空地传感器信号系统自动控制静态端口和总压力管。

在地面上，当发动机转速达到某一值时，加热器进入低热功率工作。

飞机在空中或以超过50kn的速度飞行，加温器进入低加温功率工作。

飞机在空中或空速达到50kn以上时，加温器全功率工作。

2.7.2迎角探测器
在探测飞机迎角时，根据飞机迎角的变化，探测器的机翼会发生偏向，从而得到飞机的信号。

内阻型电加热器，是用于防止因冻结而对探测的大气数据产生影响。

2.7.3大气总温探测器
用于探测飞机所处高度大气的总温。

内部也采用了电阻式的电加温器，保证探测数据时不会因为结冰而影响数据。

处于地面上时不能进行工作，离开地面使空-地传感器根据信号自动进行工作，进行通电加温。

2.8驾驶舱风挡的防冰和除雾
风挡采用电加温的形式进行防冰除雾。

前挡风玻璃上的电加热元件主要有电阻丝和导电膜式两种样式。

电阻丝式：在风挡材料的里面均匀地放置细的小电阻丝。

结构简单、制作方便、加温不均匀且加热时会影响光线。

导电膜式：在风挡材料外层的内表面均匀地镀上加温导电膜，结构复杂不易制作、玻璃透明度好，加温均匀。

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