飛機除/防冰新技術及應用

摘 要：本文介紹了飛機結冰的原理、危害和防除/防冰方法。重點介紹了“紅外技術”（Infratek） 除/防冰系統(tǒng)的工作過程和應用情況，總結了該系統(tǒng)相對于其他除/防冰技術的三大優(yōu)勢。

關鍵詞：飛機結冰；防冰；除/防冰；新技術

飛機結冰是影響冬季飛行安全的重要因素。防冰、除/防冰工作是保障航空運輸和航空安全的關鍵。目前中國民航常用防冰、除/防冰方法主要有機械除/防冰、電熱除/防冰、液體防冰等，除/防冰效果影響到飛機氣動性能，直接關系到飛行安全。歐洲Radiant Aviation Services Europe（RASE）公司“紅外技術”（Infratek） 除/防冰系統(tǒng)采用紅外線熱能除去飛機上的冰，代替化學除/防冰劑，這樣除/防冰既快速，又經濟，不污染環(huán)境。

1 飛機結冰過程及危害

飛機在含有過冷水滴的云層中飛行時，有可能發(fā)生結冰現(xiàn)象。過冷水滴是指溫度低于0°C卻仍然保持液態(tài)的水滴，極不穩(wěn)定，在受到擾動后就有可能轉化成冰。當飛機在結冰氣象條件下飛行時，大氣中的過冷水滴撞擊在飛行器表面，易在固定（旋）翼、尾槳、進氣道、風擋玻璃、天線罩、儀表傳感器等部件表面發(fā)生結冰現(xiàn)象[1-2]。易發(fā)生飛機結冰的環(huán)境溫度范圍一般為-30°C～0°C。

飛機結冰后不僅增加了重量，而且破壞了飛行器的氣動外形，影響其空氣動力特征，造成飛行器最大升力下降、飛行阻力上升、操作性下降、穩(wěn)定性減弱，對飛行安全形成很大威脅，嚴重結冰會直接導致墜機[3]。

2 常用除/防冰技術[4-5]

2.1 機械除/防冰

機械除/防冰系統(tǒng)的原理是通過機械的方法使冰層破碎，然后由氣流吹除，或者是利用離心力，振動把冰除去。機械除/防冰主要可分為氣動除/防冰和電脈動除/防冰。目前在飛機上應用的最多的機械除/防冰系統(tǒng)是氣動除/防冰系統(tǒng)，也可稱為膨脹管除/防冰系統(tǒng)。

2.2 電熱防冰

將電能轉變?yōu)闊崮埽訜岵考砻娴臒崃Ψ辣夹g。該技術系統(tǒng)一般由電源、選擇開關、過熱保護裝置，及電加熱元件等組成。電加熱元件將電源所提供的電能轉變?yōu)闊崮埽瑢Σ考砻婕訜帷⒊?防冰。過熱保護裝置用來防止表面蒙皮過熱而變形。

2.3 液體除/防冰

向部件待防護表面噴涂除/防冰液，與撞擊在表面上的過冷水滴混合，液體凝固點低于表面溫度而不結冰的飛機除防/冰技術。該技術系統(tǒng)一般由貯液箱、泵、過濾器、控制裝置、輸液管及液體分配器等組成。常用乙烯乙二醇，異丙醇、乙醇、甲醇等低凝固點液體除/防冰液。

3 “紅外技術”除/防冰系統(tǒng)及應用[6]

3.1 除/防冰系統(tǒng)介紹

歐洲RASE公司的“紅外技術”（Infratek） 除/防冰系統(tǒng)是飛機除/防的另一種技術，通過美國聯(lián)邦航空局（FAA）認證。“紅外技術”采用紅外線加熱技術除/防冰，不使用乙二醇等液體。除/防冰系統(tǒng)的能量是由天然氣或者丙烷轉化而來。紅外線加熱面板安裝在三角形架構的機庫頂部。加熱面板可分為固定和移動兩種方式。

使用時，首先要打開設備開關，使紅外線面板首先預熱，對頂棚進行加熱，外線面板產生大量的能量（相當于900萬瓦特的熱量）從頂棚反彈到要處理的飛機上，使機身的冰雪融化。加熱后的頂棚也能夠幫助蒸發(fā)，并能夠使凝結的水滴從機身滴落下來。當機身完全干燥時，地面上只有殘留水滴時，此過程才認為真正完成。紅外線不會對飛機表面進行加熱，其光線也不能穿透到飛機內部。試驗表明，當處理結束后，飛機的表面溫度比夏天停放在外面的飛機的溫度還要低。如果氣候條件惡劣，飛機需要涂上一層化學物質，以阻止起飛時冰雪的形成。

3.2 除/防冰系統(tǒng)的應用

1999/2000年的冬天，紐約紐華克（Newark）國際機場引入了“紅外技術”（Infratek）除/防冰系統(tǒng)。RASE公司稱，西方的主要客機及支線飛機的制造商都已同意將紅外線除/防冰系統(tǒng)應9用到各自的飛機上，包括漢莎航空在內的美國四大航空公司也都同意使用“紅外技術”系統(tǒng)。在機場方面肯尼迪（JFK）國際機場安裝用于波音747機型的“紅外技術”除/防冰系統(tǒng)，此外新澤西州紐瓦克自由國際機場、威斯康星州萊恩蘭德Rhinelander-Oneida機場都使用了該除/防冰系統(tǒng)。

2006年1月，挪威加勒穆恩奧斯陸（Oslo）國際機場引入了“紅外技術”（Infratek） 除/防冰系統(tǒng)，并在500架飛機上進行了測試，成為歐洲第一家使用該系統(tǒng)的機場。奧斯陸機場使用了該系統(tǒng)后，北歐航空及其子集團下的航空公司也陸續(xù)加入到使用隊伍中。

3.3 除/防冰系統(tǒng)的優(yōu)勢

挪威奧斯陸（Oslo）機場為每架737飛機除/防冰要消耗掉160加侖（600升）乙二醇。在除/防冰的過程中只有其中25-40加侖（100-150升）純乙二醇能夠被使用。當氣溫較低并且遇到了糟糕的氣候條件時，除/防冰時的乙二醇消耗量平均會增加7-8加侖（25-30升）。冬季，奧斯陸機場要進行約8，000次的除/防冰工作，需要配備15臺除/防冰車，消耗約1280，000加侖（480萬升）的乙二醇。安裝“紅外技術”除/防冰系統(tǒng)使乙二醇的使用率降低50-70%。

前挪威交通部長Liv Signe Navarsete 強調了此項目對于國家的重要性。“這是奧斯陸機場在保護和改善環(huán)境的悠久歷史中的又一個里程碑，機場的模范帶頭作用對挪威至關重要，我祝賀奧斯陸成為歐洲第一個使用該系統(tǒng)的機場。”

“紅外技術”（Infratek）除/防冰系統(tǒng)主要有三個優(yōu)勢： 首先，保障飛行安全的同時，降低了除/防冰成本；其次提高了除/防冰的效率，降低飛機延誤的可能性；第三，大幅度減少了乙二醇的使用，積極保護環(huán)境，提高了機場環(huán)保方面的聲譽。

當除/防冰機庫空閑時，也可以用于其他用途，譬如可以停放多余飛機和地面處理設備，也可以作為小型的維修站使用。

4 結語

飛機結冰的解決辦法是預防和消除結冰，避免飛機在結冰條件下飛行。提高結冰的警覺性，保障飛行安全，防冰、除/防冰技術依然是飛機系統(tǒng)設計中的重要環(huán)節(jié)。本文重點介紹了“紅外技術”（Infratek） 除/防冰系統(tǒng)的工作過程和應用情況，總結了該系統(tǒng)相對于其他除/防冰技術的三大優(yōu)勢，目的在于使讀者對這種除/防冰新技術有一個較為全面的理解。

參考文獻

[1]Lynch F T，Khodadoust A. Effects of ice accretions on aircraft aerody-namics[J].Progress in Aerospace Science，2001，37（8）：669-767.

[2]裘燮綱，韓鳳華. 飛機防冰系統(tǒng)[M].北京：航空專業(yè)教材編審組，1985.

[3]黃禮平. 飛機積冰對飛機的影響及應對措施[J].科技資訊，2010，No.15：229.

[4]李斌. 飛機除/防冰/防冰液及除/防冰技術[J].清洗世界，2012，28（1）：26-31.

[5]楊勝華. 飛機電熱防除/防冰計算概述[J].科技信息，2011，21（9）：447-449.

[6]肖春華，桂業(yè)偉，林貴平. 飛機電熱除/防冰的研究進展與展望[J].科技導報，2011，29（18）：69-73.