对飞机翼面结冰对飞行特性影响的探讨

工作研究
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对飞机翼面结冰对飞行特性影响的探讨
谢春立
（陕西飞机工业有限责任公司设计研究院，陕西 汉中 723000）
引言：由于大气层复杂多变，在飞机飞行过程中极易出现飞机翼面结冰现象，这对飞机飞行性能以及安全性具有极大影响。

因此，应明确飞机翼面结冰对飞行特性造成的具体影响，从而使用合理防冰除冰措施保证飞机稳定、安全飞行。

1 飞机飞行特性在翼面结冰情况下所受影响分析
1.1 机翼积冰影响 1.1.1 起飞爬飞性能 飞机升力主要来源于机翼，不仅如此，飞机上升以及飞行的平稳度更是取决于机翼状态，若是机翼翼面存在积冰现象，机翼整体形态会被改变，进而导致飞行仰角出现变化，影响飞机飞行安全性。

其中，最先受到影响的就是飞机起飞和爬升性能，当机翼出现积冰问题时，会降低飞机升力，进而导致飞机无法顺利起飞。

同时，飞机升力的提高取决于飞行仰角，当仰角越大时，飞行升力就越高，但仰角过大会致使飞机尾部擦地，所以，还需要提高速度，从而使飞机能够顺利爬升。

但是在飞机机翼存在积冰的状况下，会增大飞机起飞滑跑阻力，进而降低其加速度，导致难以在规定路程内顺利起飞。

另外，当飞机在爬升过程中，由于整体阻力变大，进而影响飞机爬升速度和角度，对越障能力造成影响。

而且，并不是只有大冰块会对飞机起飞爬升性能造成影响，机翼表面每平方厘米存在两毫米左右的冰粒就会对飞机起飞造成影响。

例如，安大略航空公司一起飞机事故的发生原因就是没有发现机翼上的薄冰，进而导致其起飞一分钟后坠毁，造成四十余人受伤，二十余人死亡。

1.1.2 着陆性能 若是机翼存在积冰现象，会降低飞机升力，进而导致飞机重力过大，当飞机在着陆时，其冲击力也会增大，进而对飞机和跑道产生不同程度的损害。

若是想要在该情况下提高飞机升力，降低冲击，需要增加着陆速度，但这会影响飞机着陆后的滑跑距离，进而导致飞机滑出跑道等情况。

1.1.3 副翼操纵 相较于机翼翼根这类大面积部件，飞机机翼的平尾和翼尖这种小而薄的部件更为容易结冰，出现积冰现象。

当飞机机翼的翼尖存在积冰问题时，会导致翼尖先失速，这对翼尖附近的副翼造成影响，降低其操纵效率。

同时，翼尖失速还会对飞机机翼升力作用点造成影响，致使该点前移，而这导致机翼根部受力增大，机头上仰，最终导致飞机仰角变大，增加飞机失速危险，影响飞机的平稳飞行。

另外，在飞机实际飞行过程中，机翼积冰现象不可能是完全一样的，机翼作为决定飞机飞行平稳度的重要部件，当左机翼和右机翼状态不同时，飞机会向积冰更为严重的一侧倾斜，加大飞机操作困难程度。

而且，若是某一侧机翼先发生失速状况，那么该侧机翼升力会突然降低，进而导致飞机在空中出现剧烈滚转现象，引发安全事故。

1.1.4 巡航性能 在飞机飞行过程中，机翼积冰现象会增大飞机飞行阻力，降低飞机升力，为保证平稳的飞行状态、飞行速度，将飞机仰角保持在合理区间内，那么需要增大飞机发动机推动力，在该过程中会消耗比正常情况下更多的燃料，还会导致飞机时间缩短，增加运行成本。

但若是选择不增加发动机推送力，飞机整体飞行速度会受到影响，在将其保持在合理高度时，需要加大飞机仰角，而这极易导致机翼仰角过大进而失速，引发安全事故[1]。

1.2 平尾翼弦结冰影响 一般情况下，平尾往往是负仰角安装，进而能够产生向下的升力，配平飞机抬头力矩，使飞机能够正常起飞和飞行。

但是，相较于飞机机翼翼面，由于平尾翼弦这一部件更为小和薄，导致其结冰情况会更加严重。

当其出现结冰现象后，同样会增大飞机上升阻力，降低飞机升力，虽然该部位结冰面积整体较小，但由于该位置位于飞机整体尾部，会对飞机仰俯力矩造成影响，致使飞机仰俯失稳，影响其飞行稳定性和安全性。

不仅如此，其产生的具体影响主要有三，一是降低飞机平尾升力，减小飞机仰俯力矩，进而造成飞机飞行失稳；二是在飞机平尾翼弦结冰后，会造成气流分离，进而对飞机升降舵造成影响，降低其操作力和操纵力矩，而这会加大升降舵操纵难度，导致其操纵效率降低，若是
在较为严重的情况下，甚至会导致飞机丧失仰俯操纵能力，引发严重飞行事故；三是平尾出现失速状况。

一般情况下，当飞机准备着陆时，为增加自身升力和阻力，往往会对襟翼进行大角度偏转，增大机翼上下压差，使得翼尖漩涡强度加大，从而稳定着陆。

在该过程中，下洗气流速度也会增大，导致平尾相对气流下偏，增大平尾负迎角，若是飞机平尾存在结冰现象，则会对平尾失速迎角绝对值造成影响，使其在小迎角作用下提前失速。

在该情况下，飞机平尾下翼面气流会呈现完全分离的状态，导致负升力无法对飞机低头力矩进行有效平衡，造成飞机机头突然性下俯，影响飞机着陆安全性。

同时，飞机升降舵的操纵性能也会受到影响，处于着陆状态的飞机整体飞行高度较低，在多重因素共同作用下，会导致难以对飞机着陆状态进行有效控制的情况，进而引发安全事故。

另外，若是飞机翼面的操纵面存在结冰现象，会直接影响操纵效能，若是缝隙结冰，在影响效能的基础上会极易出现卡死现象，无法有效转动操纵面，引发严重飞机安全事故[2]。

2 飞机翼面防冰除冰措施 虽然飞机翼面结冰是很普通的自然现象，但会对飞机从起飞到落地这一整个过程的飞行状态造成影响，为此，针对该情况，应落实翼面防冰、除冰措施，为飞机平稳飞行提供保障。

具体如下：
2.1 机械式除冰系统 所谓机械式除冰系统，主要利用机械方法脱落飞机翼面冰层，从目前现状来看，应用较为广泛的机械除冰方法是利用可膨胀气动带，一般是橡胶管带，通过将其紧贴飞机机翼，一旦出现结冰现象，利用电脉冲技术进行充放压作业，能够有效破碎翼面冰层，并被气流吹走。

2.2 加热式防除冰系统 加热式防除冰系统主要是指气热防冰和电热防冰，前者是将热气源进行导入，通过将其导入到飞机机翼以及尾翼等前沿部位，将其表面温度保证在零摄氏度以上，从而避免其结冰；后者是将具有加热功能的带状或薄膜状元件嵌入到飞机机翼和尾翼部位的内部结构中，通过通电、加热，即可有效预防翼面结冰，并除掉已经产生的薄冰[3]。

2.3 化学溶液除冰 所谓化学溶液除冰，主要是利用防冻液避免飞机翼面结冰，并融化现有冰层。

具体而言，防冻液的冰点较低，通过在飞机翼面等部位进行喷洒，能够有效降低水的冰点，进而起到预防作用的同时，融化已形成的冰层。

一般情况下，可以使用除冰车对飞机进行喷洒。

值得注意的是，对于已经形成的冰层，需要对其进
行连续、周期性的喷洒作业，通过气流将雪泥吹掉，保证积冰去除的有效性。

结束语：综上所述，飞机翼面结冰对飞机飞行状态以及安全状况具有直接影响。

因此，应不断探究翼面结冰对飞机飞行性能造成的影响，以此为基础使用合理的防冰、除冰方法，从而保证飞机稳定、安全飞行，降低安全事故发生几率。

参考文献：
[1]李颖晖，桂业伟，左仁伟，等.基于微分流形理论的结冰条件下
飞机鲁棒动力学边界研究[J].空军工程大学学报(自然科学版)，2020，21(05)：2-8. 动力学特性研究[J].空军工程大学学报(自然科学版)，2020，21(05)：9-16+22. [2]薛长宝，张占龙.某型飞机结冰与防护安全性研究[J].科学技术创新，2020(23)：23-24. [3]陆林杰.飞机结冰影响与除防冰技术综述[J].科技创新与应用，2020(16)：136-138.。