机翼结冰事件

解放军最惨重空难：预警机坠毁，35名专家全数牺牲
2006年6月3日，中国一架俗称“平衡木”的空警200预警机在试飞中因为遭遇严重结冰而坠毁；全机5名机组人员、35名电子专家全部遇难无一生还。

这是自建军以来，解放军损失最为惨重的一次空难事故。

一、飞机为什么会结冰？结冰有什么影响？
在贴近地面的大气对流层（低纬度地区高度可达18000米，中维度地区可达12000米），气温基本上按照每升高1000米6.5度的趋势下降。

因此在中高空的云层中，也因此存在大量的温度处于0度以下、但仍然是液态的过冷水滴。

这些处于不稳定状态的过冷水，一旦被飞机撞上，立刻就会附着在飞机的表面凝固起来，形成飞机结冰的现象。

图1：机翼产生升力原理
而飞机之所以能飞起来，并且维持平衡、完成各种动作（比如爬升、俯冲、转弯）；都是依靠气流高速流过各种气动面（比如机翼、尾翼），产生足够的升力、并且根据需要调整它们的大小，协调配合才能完成。

图2：机翼结冰
而在结冰以后，机翼、平尾、垂尾这些关键部位的形状全都变了，原有的气动外形设计被大幅度破坏。

造成的结果就是它的阻力远比原来要高，产生的升力远比原来要低，机翼失速远比原来要早；而一些控制功能，比如方向舵的偏转等等，甚至会完全失效。

图3：萨博340双发螺旋桨飞机
特别是对于运八来说，螺旋桨本身同样存在结冰的问题；结冰带来的增重、破坏外形，会极大的损失飞机的动力。

比如欧美在saab 340飞机的试飞测试中证明，仅仅是轻度和中度结冰，发动机效率就损失了20%。

而遭遇重度结冰以后，飞机就会遭遇这样极为不利的局面：阻力急剧上增，升力急剧下降，动力急剧下降；而飞行员试图拉大迎角获得更高升力的时候，飞机就极易陷入毁灭性的、无法改出的失控，并以螺旋形的轨迹下坠。

二：飞机怎么防止结冰带来的坠毁？
要阻止飞机陷入这种灭顶之灾，需要三个方面的设计制造保障。

首先是飞机在设计过程中，一定要有非常精确的针对性设计，知道这架飞机结冰起来是什么样子，哪里结冰最快、最严重，在结冰以后会对飞机产生具体什么样的影响。

这样才能设计出最合理的防结冰、除冰方案。

图4：风洞测试中的测试结果
其次是飞机本身要有能够精确侦测飞机结冰情况的技术手段。

比如早年的波音747结冰传感器，就是采用磁致伸缩探测原理，在传感器的振管表面结冰以后，电路的谐振频率会产生偏移，通过这个偏移量就能计算出结冰状态。

而在现在，微波传感器等更先进精确的探测技术已经大量验证成功、乃至于投入使用。

图5：热气流加温防、除冰
而在最后，飞机本身的防结冰、除冰能力必须足够强；目前在中大型飞机上最成熟的依旧是从发动机中引出热空气加热、采用电发热来进行防冰和除冰。

这些方法的实际水平好坏，取决于飞机的发动机功率、管路设计制造能力、发配电
系统制造水平等等。

三：运八抗结冰能力为什么差？
对于飞机结冰的研究，兴起于上世纪20年代的欧美，特别是美国。

比如硬件设施上，美国从1942年开始兴建IRT结冰风洞；基础理论上，40年代美国开始建立起针对结冰的数值计算理论，开始定量的分析过冷水滴在飞机上的运动轨迹、飞机积冰的热力学模型；在实验手段上，美国50年代率先发明了染色剂示踪技术详细分析结冰过程，80年代率先采用激光反射光谱方法。

而在飞机结冰领域，苏联飞机一直就做的非常差。

特别是作为运八原型机的安-12，设计于上世纪50年代。

当时苏联连冰风洞都没有一座，不仅没有详细深入的试验数据，也没有高水平的设计分析理论；因此苏联虽然重视飞机的抗结冰设计，但是能力就那样，造出来的大中型飞机——尤其是螺旋桨飞机，因为结冰而引发的空难坠毁比例远远高于欧美同时代水平。

图6：中国气动中心小型冰风洞
图7：美国麦金利气候试验室直流式冰风洞
而国内在抗结冰领域的发展起步更晚。

直到歼10研制项目启动时，国内才出于避免歼10因为空速管等关键传感器结冰导致坠毁的考虑；由某航空仪器制造企业，在考察俄罗斯冰风洞以后，于1999年建成了一个非常小的只能供飞机传感器使用的冰风洞；大小只有18x28厘米，最大风速仅200米/秒，最低温度-35℃。

而在6·3空难之前，国内除了该仪器厂以外，只有中国气动中心在2004年建成了一座30x20厘米、最大风速60米/秒，最低温度025℃的小型冰风洞。

换句话说，当时国内根本没有能力改善运八的抗结冰设计缺陷。

直到6.3空难以后，国内才真正推动了较大的结冰风洞的建设，并在2007年5月10日正式开工，于2013年成功交付使用。

四：全国产化的C919是避免6·3空难再现的最好药方。

图8：C919是国内性能最好、设计、试验最完善的特种飞机平台在目前来说，国内抗结冰设计最好的机型是商飞的ARJ-21和C919，一方面是这两种飞机采用的是西方最新设计标准，另一方面也是它们的抗结冰设计、试验广泛与西方合作——比如ARJ-21结冰设计历时4年，并在加拿大（拥有世界一流水平的结冰风洞，研究积累非常深厚）完成试验。

在C919实现全国产化、能够不受外来限制装备军队的前提下，用它改装预警机、电子战飞机的特种平台，是彻底避免6·3空难再现的最好办法。

图：安-10客机，安-12运输机就是用它拆除座椅、加装尾舱门改出来的。