从全美航空405号班机空难看飞机除冰防冰适航性

从全美航空405号班机空难
看飞机除冰防冰适航性
摘要：
飞机结冰一直是导致飞机安全事故的一个重要因素。据统计由于结冰引起的飞行事故占飞机重大安全事故的9%。随着航空工业的不断发展，飞机的除冰和防冰技术受到越来越多的重视，有关飞机除冰防冰的适航性要求也越来越严格。本文从全美航空405号航班空难出发，对空难事故原因进行相应的分析，阐述了本次空难引发的相关适航条例的改变和飞机除冰、防冰技术的发展。之后再对如今飞机除冰、防冰技术（包括地面除冰和飞行过程中的除冰）进行了详细的探讨。最后，文章介绍了现阶段对飞机除冰、防冰技术的适航性要求，并对飞机除冰防冰适航性进行了展望。
这次空难的肇事飞机为福克F28-4000系列。这事发当天，航班准备从纽约州拉瓜地亚机场飞往俄亥俄州克里夫兰霍普金斯国际机场。
拉瓜地亚机场的天气报告表明，这夜，天气状况恶劣，所有滑行道上都覆盖了薄薄的一层雪。
起飞前地勤人员于是使用I型除冰液对飞机进行除冰，在此期间天气并未有所好转。除冰完成后，两辆除冰车之一出现机械故障，接近二十分钟无法移动，飞机因此受到延误。
图4是翼型前缘放大图及三种冰型，分别是尖头体A冰型、钝头体B冰型和双角体C冰型。
图4A、B、C三种冰型图
图5和图6分别给出了 ，Re=6 时的升力系数和阻力系数曲线图，分别是干净翼型与三种结冰翼型的计算结果对比，可以看出钝头体B冰型和双角体C冰型对升阻系数的影响较大，而尖头体A冰型的影响相对要小。
图5不同冰型对升力系数的影响
在空管员放行后，机组人员开始准备起飞。从起飞一直到抬升机头时一切如常。忽然，飞机就像失去升力一样。机长尝试使机翼保持水平，机组尝试使用右舵来操控飞机使其返回地面。就在起落架离开地面五秒钟之后，飞机的左机翼与沥青跑道产生长达110英尺的摩擦，并触发了振杆器（提示航速过低），在飞机先向左倾、后右倾，最后再左倾后，机组人员收到六次失速警报，此时距离地面仅有数米。飞机撞击了两个目视进场斜率指示杆后以着陆姿势再度航行了约100英尺。不及机师再次爬升，飞机撞击了仪器着陆系统（ILS）的信号塔和一个水泵房。
至于事发时飞机撞击的障碍物，NTSB则要求拉瓜地亚机场修改或者更换“所有临近第13跑道的水泵房，以使其不会对飞机造成障碍”，并且要求对于“为拉瓜地亚机场建立易碎的仪表着陆系统天线阵列的可行性”进行研究。
之后，美国联邦航空局开始研究改进机场的除冰措施以减少由于积冰造成的事故。在1992年5月28日，专家被邀请到弗吉尼亚州莱斯顿参加国际地面除冰会议。在会议上，长、短期除冰方式都经过了讨论，并最终达成了共识。联邦航空局的报告说：
图2红外除冰技术
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飞机除冰车辆也在事故后得以升级。现时除冰车辆通常拥有一个罐车，罐内包含除冰液，以及稀释除冰液的水。通常车辆还有一个车载式吊车，方便操作人员更加全面地清理飞机表面的积冰。通常情况下，一辆新型除冰车辆完全清理一架波音737系列客机需要不到十分钟。
图3除冰车除冰
五、
从上文可知，飞机在飞行前需要有严格的除冰措施。同样，飞机在飞行过程中的除冰和防冰措施也是不容忽视的。1994年10月31日，西蒙斯航空公司4184航班从印地安纳波里斯到芝加哥，飞机在有利于积冰的气象条件下等待了30分钟，突然翻滚并从大约10000英尺的高度坠下，猛冲入豆子地里，机上68人顷刻死去。同样的事故还有美国大陆航空3407号航班，美鹰航空4184号班机，等等。
红外线是肉眼不可见的，并且以直线从热源到受热点直线传播，而周围的空气温度不会升高过多，这样减少了热量的散失。当红外线射中了目标物体，能量以热能的形式释放，释放出的热能或是被物体表面吸收，或是被反射。能量不断在“热”和“冷”的区域传播，直到这些区域的温度相同为止。目标表面越冷，红外线越能有效传播热量。热量传导的机制实质上比传统的除冰机制要快。
当除冰车修理完成，机长再次请求进行除冰。第二次除冰完成后，拉瓜地亚机场地面控制人员允许班机滑行至第13跑道。机组人员在滑行时完成了飞行前检查表。
起飞前，机长和副机长都没有在机翼和专门为了方便目视除冰情况的黑色带上发现残冰，于是放弃了进行第三次除冰操作的打算。
全美航空405号班机已经延误了几个小时，然而在滑行至跑道的过程中遇到机场流量控制。恶劣的天气给拉瓜地亚机场带来了巨大的压力，在跑道头等待起飞指令的飞机排起了长队。
目前采用红外线加热技术对飞机进行除冰主要有两种方式：红外线加热器是固定的，它安装在红外除冰飞机棚内；红外线加热器是可移动的，它安装在带支臂的除冰车上。
采用固定的红外加热器为飞机除冰的方法，其设备包括一个主表面；一个用于提高上述主表面温度的加热器或燃烧器；一个围绕上述主表面，与其隔开距离并由主表面的红外辐射线加热，再向目的物发射第二波长红外辐射线的辅助表面；以及一个改变主表面与辅助表面之间距离的致动器。各加热器以一种波长向飞机发射红外线，这种波长正好与要除掉的物质能够最大限度地吸收的波长吻合。同时，为了保证飞机能安全飞行，还必须在飞机上的雪和冰已经融化之后，在飞机各部分涂覆一种防止结冰的化学物质。目前主要是美国和挪威等国的部分机场，比如美国新泽西州的Newark机场，威斯康星州的Rhinelander-Oneida机场和挪威的Oslo机场采用了该红外线加热技术对飞机进行除冰。
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结冰会产生很多不利的影响：破坏了飞机周围空气流动的流线性，导致飞机气动力特性恶化，升力减小，阻力增大，最大升力迎角减小；发动机功率减小，甚至停车；传感器失真，仪表指示失常；影响飞行员视野导致误操作；危及飞行安全，导致灾难性事故。据统计，由于结冰而引起的飞行事故占飞机重大安全事故的9%。
飞机在不同的飞行气象条件下所结冰型是不一样的。下面是三种不同冰型对某翼型升阻特性的影响。
在机身撞击到法拉盛湾的岸边之前，左翼从机身脱落，最后倒置坠落于法拉盛湾。部分机身和驾驶舱浸没在水中。一些旅客只受到撞击带来的皮外伤或者不致命的伤害，但是迷失方向和无法解开安全带最终导致了他们的溺毙。图1是展示的事故现场。
图1事故现场图
二、空难
经过调查，得出的结论是冰层堆积在机翼上，这是事故发生的主要原因。
对于红外加热器是可移动的，它是把红外加热器安装在除冰车的支臂上，这样可以调节红外线加热面板到飞机表面的距离，方便的对机翼，尾翼和机身各部分进行除冰。红外线加热该面板上装有红外传感器，它能监测从被辐射区散发的热量，然后将热量数据传递给温度控制器。温度控制器然后将所得数据与所需数据进行比较，以此通过控制气阀来调节原料气体流量从而达到调节温度的目的。
会后，美国联邦航空局修订了规章制度，要求所有的航空公司都必须在存在冰、雪及雾的情况下使用航空局批准的地面除冰液或者地面防冰液；要求航空公司按进度每年提交除冰和防冰方案。提交的除冰和防冰方案应包括：防/除冰液的使用和飞机起飞前5分钟的飞机关键工作面上的结冰检查。
四
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为防止此类事故的发生，最有效的办
但是，飞机除冰、防冰液含大量有机物，在使用过程中直接排放到机场地面，对机场周边的生态环境可能产生不良影响。另外，除冰液附着于机翼上，会对飞机的空气动力性能产生一定的影响。
由于除冰液的使用有其不利的一面，于是，研究人员对更多的飞机除冰技术进行了相应的研究。
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红外线加热技术是将天然气或丙烷点燃并转化为红外热能，利用红外线加热原理产生热能对飞机表面除冰。红外线加热飞机外壳时，不会穿透机身或玻璃窗，也无任何对人体有害的紫外线辐射。
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飞机积冰是指飞行中过冷水滴在飞机表面迎风部位的冻结现象。过冷水滴是指在冻结温度以下仍处于液态状态的普通水滴，它存在于T 的云中，温度可从 之间变化。通常，过冷水滴越小，其冻结的温度越低，其冻结过程主要由机械性的扰动而触发，在云中飞行的飞机就具备这种条件。由于过冷水滴是处于一种极不稳定的液态状态，当飞行中飞机机体表面温度低于零度时，碰撞就会使过冷水滴立即冻结起来。由于飞机上较小的物体有较高的聚集效率，过冷水滴首先在小的、薄的物体上聚集成冰，然后在较大的、较厚的表面上聚集成冰。一旦冻结过程被触发，冰能迅速地形成，尤其在机体表面的迎风部位。飞机表面的结冰量、结冰区域以及所结冰层的形状，主要取决于气象因素和空气动力因素。
六、飞机除冰防冰适航性的现状与展望12
1、CCAR对除冰防冰适航性要求12
2、除冰防冰适航性展望12
图目录
图1事故现场图2
图2红外除冰技术7
图3除冰车除冰7
图4 A、B、C三种冰型图9
图5不同冰型对升力系数的影响9
图6不同冰型对阻力系数的影响10
一、全美航空
1992年3月22日，发生了一起“特别”的空难——全美航空405号班机空难。事故造成全机毁坏，机载的51人有27人不幸遇难。这次空难之所以“特别”是因为它导致了飞机除冰程序的多项改进。
飞机除冰、防冰液主要用于寒冷气候下，清除和防止停泊的飞机表面凝结的冰、雪、霜等沉积物，以保证飞机在冬季能够安全起降。
目前，国际航空普遍采用的飞机除冰液是以乙二醇、丙二醇等多元醇等为主要原料，这些醇可使冰点下降摄氏几十度，起到溶解冰雪和防止结冰的效果，而除冰液中还有表面活性剂、缓蚀剂等成分，以满足提高飞机表面疏水性、增稠、提高除冰效率、抑制金属腐蚀等要求。
“更好的了解飞机在地面除冰和防冰程序是履行安全改进的重要先决条件。为了达到这个目标，本局赞助了一个能使国际航空业者交换想法、提供多个问题的安全建议的会议。有超过750名与会者一同探讨了关于飞机除冰的多个问题，并逐一检验了可行方案。”
据报道，会议探讨了多种种类的除冰液，以及多种除冰的技术设施。专家们还发现机长有绝对的权利可以要求起飞，但所有的操作员都必须受训以能够给机长提供准确的信息以供其参考。
关键字：
空难、适航性、除冰、防冰、飞行安全
目录
一、全美航空405号班机空难现场回顾1
二、空难原因分析3
三、空难产生的后续影响4
四、飞机除冰防冰相关技术5
1、除冰液技术5
2、红外线加热技术5
3、除冰车技术7
五、飞机在飞行过程中除冰8
1、飞机空中结冰的原理8