寒冬季節(jié)話飛行安全

王冉

隨著寒冬季節(jié)的到來，北方大多數機場開始出現(xiàn)寒冷天氣，降雪、結冰、凍霧、凍雨隨之開始影響民航安全。做好除防冰的工作一直是寒冷天氣的重中之重。雖然在此之前，美國發(fā)生過因為除冰工作沒做好而造成飛機墜毀的事故，但2004年11月21日包頭空難發(fā)生后，無污染起飛的概念才徹底深入人心。本文著重從理論上對結冰的原理、以及結冰對飛行的危害加以介紹。

飛機結冰的危害

對飛機來說，結冰是一個正常的現(xiàn)象，如果在飛機的某個或某些部位結冰并逐漸積累形成一定的面積或厚度就叫做積冰。但在飛行中如果飛機積冰，那么這絕對是個壞消息，因為積冰或多或少都會影響飛行狀態(tài)，危及飛行安全，嚴重積冰還可能引發(fā)飛行事故甚至空難。

飛機結冰時，冰層會破壞空氣流經機翼表面時的正常氣流，降低翼形產生升力的能力。冰層的實際重量與積冰所產生的翼形表面的亂流相比，前者對飛機帶來的影響幾乎可以忽略不計。飛機結冰時，動力裝置會自動增加推力來補償由于結冰帶來的額外阻力，迎角也會增大來維持升力，這樣就更容易在機翼和機身的下表面積冰。飛機的任何迎風面都有可能積冰，不光是機翼、螺旋槳、風擋，而且還有天線、通風口、進氣道等沒有防冰保護的表面都可能會積冰。有時結冰對天線引起的振動足以將天線折斷。在中度到嚴重結冰條件，輕型飛機會積冰嚴重到不能繼續(xù)飛行的地步，如有時飛機會在比正常大的速度失速，有時會出現(xiàn)非正常的橫向滾轉和俯仰姿態(tài)等。

結構積冰就是粘在飛機外表面的冰，有霜冰（毛冰）、明冰和混合冰之分。霜冰（并不是霜）有粗糙、乳白色的外表，沿飛機的表面輪廓形成，霜冰形成后很容易通過飛機的除冰和防冰裝置除去。明冰（有時也叫光滑冰）通常明亮而平滑，但它經常包含一些空氣蜂窩，變成半透明的形態(tài)。明冰形成的越快，形狀就越不規(guī)則，經常在機翼的上表面或下表面以“號角”的形狀出現(xiàn)。明冰密度大，堅固，通常很難擊碎。混合冰就是霜冰和明冰兩者兼有的一種積冰狀態(tài)。

通常機翼積冰會破壞流經其表面的空氣流，降低機翼的最大升力，減小機翼產生最大升力時的迎角，逆向影響飛機的操縱性能，顯著增加飛機的阻力。風洞試驗和飛行測試證實，霜、雪及薄冰（在前緣裝置和機翼上表面）即使在厚度和粗糙度上都小于一層普通砂紙的情況下也能降低飛機30%的升力，增加40%的阻力。更大程度上的積冰能降低8%的升力，同時增加80%的阻力。

雖然許可飛入結冰條件的航空器都把關鍵部位（發(fā)動機整流罩、大翼前緣）當成防冰保護區(qū)，但是非防冰保護區(qū)在積冰時產生的阻力也是不能忽略的，美國國家航空航天局（NASA）的研究證明，即使防冰保護區(qū)的積冰全部清除的話，仍然有近30%的阻力是來自非防冰保護區(qū)的積冰產生的。這些非保護區(qū)包括：各種天線、襟翼鉸鏈、機身前部、風擋雨刷、機翼下吊架、操縱舵面輔助裝置等。

在飛機表面溫度降到0度或以下，并且存在可見水汽時就會有冰形成，再好的飛行計劃也存在變數。雖然目前的技術手段能夠不同程度地預測出空中結冰區(qū)的大體位置及可能會隱藏的危險，然而想得到結冰區(qū)的準確位置和具體高度范圍卻不是那么容易的，山脈、水體、風、溫度、水汽含量、大氣壓力等都在天氣現(xiàn)象的形成及變化中扮演著重要的角色。鋒面和低氣壓區(qū)都是結冰的高危區(qū)，但有足夠水汽含量的孤立的云體也足以讓飛機產生嚴重積冰。

凍雨或過冷毛毛雨是“結冰”這類危險氣象條件的“終極殺手”，飛入這類氣象條件會讓飛機大翼上下表面很快結冰并逐漸積累，迅速使大翼氣流分離，只需幾分鐘的時間就會讓飛行形勢變得極度危險。凍雨和凍毛毛雨，包括云上過冷水汽有時會在鋒面附近出現(xiàn)，如果你的飛行路徑要穿過鋒面，那么飛行員一定要了解這個鋒面存不存在凍雨、凍毛毛雨或其他危險天氣條件（如隱藏的雷暴）等。如果必須飛越鋒面，那么選擇最短穿越鋒面的路徑，盡量不要長時間呆在鋒面內。

飛機的除防冰設備

（以波音737飛機為例）

所謂防冰就是當航空器在進入結冰條件之前，即飛機還未結冰之前采取措施防止飛機結冰，像空速管加溫、風擋加溫、發(fā)動機防冰等。除冰是指在航空器已經結冰，即積冰已經到一定程度時，為了不影響飛行，把已經形成的冰除掉，如大翼除冰（波音737飛機上無此設備）。

當存在結冰條件或預計會有結冰條件時，發(fā)動機防冰一定要接通，除非在爬升和巡航過程中靜氣溫在-40攝氏度或以下。注意35000英尺以上使用機翼防冰可能會造成引氣跳開或座艙釋壓。

大翼防冰（Wing Anti Ice）：大翼防冰的效率非常高，在空中經常用來進行除冰，接通1分鐘的時間就足以除掉翼上所有的冰。在地面上持續(xù)結冰條件下要保持大翼防冰接通。

大翼防冰的工作邏輯很有趣，在地面上，當油門桿前推到能觸動起飛形態(tài)警告范圍內時，向大翼防冰的供氣會自動終止；收回油門桿，會重新開始供氣進行防冰。這樣就可以在飛機起飛時無需檢查大翼防冰是否打開。大翼防冰電門像自動油門一樣是由電磁線圈力保持的，當飛機離地后會自動跳開，以避免爬升過程中影響發(fā)動機推力。

和發(fā)動機防冰不同，大翼防冰使用的是引氣混合總管，這樣可以保證在一發(fā)失效時另一側的機翼仍然可以防冰，并且只有前緣縫翼有防冰，前緣襟翼并沒有防冰功能。2005年6月，波音公司宣布737系列的飛機大翼防冰范圍從翼根一直外延到翼尖，這樣飛機可以在低高度結冰條件下長時間飛行而不受結冰困擾，而之前生產的波音737NG飛機大翼外側是沒有防冰的。對于波音737NG飛機，空中接通大翼防冰超過5秒后，失速管理機構會認為機身已結冰，從而相應調整抖桿速度和速度帶顯示。

發(fā)動機防冰（Engine Anti Ice）：發(fā)動機整流罩是迎風面，很容易結冰并積累，形成大塊冰后一旦碎裂，就會進入發(fā)動機損傷飛速旋轉的葉片，所以發(fā)動機罩一定要防冰。波音737-3/4/500的發(fā)動機葉片中央轉子是曲面圓錐形狀，這樣雖然可以把冰甩離葉片中央區(qū)，可這種形狀很難避免冰的形成，波音737NG飛機就做了很好的改進，它把中央轉子做成也是錐形但有個鋒利的錐尖，這樣就在很大程度上避免了冰的形成，又可以把一旦形成的冰甩離。

發(fā)動機防冰使用各自相應的引氣，在空中和地面存在結冰條件時一定要打開。當防冰引氣管道溫度超過440攝氏度或壓力達到65PSI時，琥珀色的COWL ANTI-ICE燈就會亮，這時應該減小相關發(fā)動機的推力直到該燈熄滅。打開大翼防冰和發(fā)動機防冰時，藍色的VALVE OPEN燈會先明亮再暗亮，但有時打開大翼防冰后VALVE OPEN燈保持明亮，這是因為大翼防冰活門是靠氣動力操縱的，只有當發(fā)動機推力達到一定的范圍才能將其打開。

機體目測結冰參考（Airframe Visual Icing Cues）：這里機體包括發(fā)動機、機翼等各個組成部分。結冰探測裝置是波音737飛機的可選項目，機組可以根據駕駛艙顯示明確知道飛機是否結冰，但目前大多數航空公司都沒有選裝這種設備。要特別注意，當存在可見水汽和在特定溫度范圍時，發(fā)動機防冰要立即打開，不要等見到結冰形成后再采取行動，避免發(fā)動機結冰后才開防冰。

1、雨刷條下有冰，輕度結冰。

雨刷下是冰形成的第一個地方，微小冰體撞擊在風擋上積累在雨刷下，因為此處冰量受沖擊氣流和風擋加溫影響，所以這并不能給積冰量大小提供依據。

2、雨刷螺母上有冰，中度積冰。

如果見到此處結冰，可以斷定機體其他地方也已經積冰。如果預計航線的任何階段有結冰條件并且落地機場的溫度在8攝氏度或以下，那么在起飛機場一定要對最大起飛爬升重量重新進行修正，具體參見各飛機性能手冊。

3、風擋中央支柱兩側有冰，嚴重積冰。

如果冰能在光滑而且加熱的風擋玻璃上形成，這表明積冰情況已經相當嚴重了，甚至都能想象得到冰沿機體的外形結成厚厚的一層，更何況像安定面、各種伸出部位都沒有加熱裝置。FAA的建議是：碰到這種情況，馬上離開該區(qū)域。

結冰天氣飛行技巧

1、航前準備

在冬季，機組進入直接準備時，應認真檢查飛機。如果發(fā)現(xiàn)飛機上有冰雪霜，應及時通知維修人員進行清除。在推飛機開車前應再次對飛機全面檢查，防止重新出現(xiàn)的冰層。著重檢查機翼表面、前緣縫翼、水平安定面、垂直安定面和方向舵、機身、空速管、溫度探測器和迎角傳感器、靜壓孔、各進氣口和泄放口、發(fā)動機進氣道、風扇葉片、起落架和起落架傳感器。檢查時應特別注意當有明冰時，應仔細辨別。檢查起落架時，要注意有無外漏現(xiàn)象，在寒冷天氣，因熱脹冷縮，管道連接處有可能發(fā)生滲漏油現(xiàn)象。

2、開車滑行

在低于-30℃的低溫下起動發(fā)動機，開車后要保持發(fā)動機慢車狀態(tài)，以便讓滑油溫度上升，讓發(fā)動機得到良好的潤滑。另外起動一個全冷的發(fā)動機，滑油壓力上升緩慢，有滑油壓力指示屬正常現(xiàn)象，但超過3分鐘滑油壓力仍達不到正常范圍，應關車叫維修人員檢查。對防冰系統(tǒng)的檢查是重要的項目，該系統(tǒng)不正常在冬季是不能放行的。

飛機在有冰雪霜覆蓋的道面滑行時，飛機開始滑行首先要檢查剎車系統(tǒng)是否正常，如發(fā)現(xiàn)不正常應立即停止滑行。滑行中要保持與前機的距離，以免前機吹起的冰雪塊吸入發(fā)動機，打壞飛機或防止雨、雪吹到機身，機翼表面凍結。發(fā)動機防冰應在接通位，一直到起飛后脫離結冰區(qū)。APU可保持在開位對飛機增壓，關掉發(fā)動機引氣，以便增加發(fā)動機有效推力，使飛機盡快達到安全高度和脫離結冰區(qū)。滑行中應認真檢查操縱面和襟縫翼，對于NG飛機更方便檢查下DU操縱系統(tǒng)頁面顯示：方向舵、副翼和升降舵指示是否正常，有無卡阻現(xiàn)象，襟縫翼是否到位。發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象應及時滑回機坪處理。

3、起飛階段

起飛階段是飛行事故的多發(fā)階段，尤其在結冰、雨雪天氣、低能見度或道面被污染的情況下，做好起飛每個動作，掌握起飛要領顯得更重要。首先應明確跑道的污染情況符合飛行規(guī)則要求和機型手冊的規(guī)定。道面摩擦系數不低于0.3，禁止在滑水的污染跑道和結冰跑道上起飛。飛機的防冰設備應良好，并應注意以下方面：

·起飛時應用全推力起飛，用全跑道起飛。空調可用APU供氣，增大發(fā)動機推力。如果V1時一臺發(fā)動機故障，機長選擇中斷，飛機能盡快在安全道內停下；如果選擇繼續(xù)起飛，飛機在跑道頭上空達到30英尺的高度，并達到V2速度。結論：結冰條件下起飛選用全馬力起飛是機組的最佳選擇。

·在TAT全溫-10℃～+10℃的可見水汽、云霧、雨、雪、冰晶等條件時，應打開發(fā)動機的防冰系統(tǒng)，空速管、迎角探測器、靜壓管、風擋加溫在飛行前必須是良好，并在整個飛行過程中必須打開。在結冰條件下，開完車后發(fā)動機防冰就應放在接通位。

4、巡航階段

在巡航階段，防冰設備要有預見性地提前打開，千萬不要等到結冰以后再打開。防冰著重在“防”，但機翼防冰要間斷性使用，等到機翼已結冰了，打開0～60秒，等到冰已從機翼上脫落后再關掉。機翼防冰在起飛和著陸過程中建議不使用，以保證發(fā)動機有足夠的推力。但應注意，波音飛機在35000英尺以上打開機翼防冰可能會造成座艙釋壓。起飛后應盡可能快速穿過結冰嚴重云層或繞過嚴重結冰區(qū)，在爬升和巡航階段，也應盡可能避開結冰區(qū)。

一般冬季飛行中低空容易遇到結冰層，夏季在高空濃積云和積雨云中多伴有輕度或中度結冰，這種情況下機組應請示ATC改變高度或繞航。在被迫穿越這些云時，應檢查空速管、風擋、迎角探測器加溫是否正常，入云前必須打開發(fā)動機防冰。飛行規(guī)則關于結冰條件下飛行中規(guī)定：“為脫離結冰區(qū)，機長必須考慮航空器的結冰狀況，航線天氣預報，其他航空器的天氣報告，地形和季節(jié)性天氣的特點。當云頂或者-15℃等溫線高度較低，并且航空器具有相應的上升性能時，通常應當向上脫離結冰區(qū)。只有確知航線安全高度以上有正溫區(qū)或者能夠出云時，方可向下脫離。改變高度層，可以允許的最大垂直速度進行。如果在改變高度過程中遇有云層時，允許可以不按高度層配備在該云層間飛行。”上述總的原則，就是當遇有嚴重結冰時，應想盡一切辦法脫離結冰區(qū)。

5、進近著陸

雨雪天通常是在冷空氣過境與暖濕氣流交界地區(qū)，容易產生大面積的雨夾雪、凍雨、中度以上結冰，對飛行影響極為嚴重，特別是飛機進入進近著陸階段，給飛行機組操縱飛機帶來難度和進近著陸的復雜性。所以，機長在下降前的進近簡令中，應做好機組的分工配合，擬定復飛后的備降程序和航線備降機場，檢查油量準備資料，了解備降場天氣情況。嚴格遵守標準，不能著陸就備降。

下降進近過程中，發(fā)動機防冰應始終在開位，直到著陸后，在最后進近點前完成機翼除冰工作，隨后應關閉除冰設備。由于結冰條件下的進近失速速度比正常大，操縱性變差，建議進近速度比正常大5～10海里/小時。進近速度的增大，著陸速度也會隨之增大，拉平動作要柔和，避免拉高，拉飄使著陸點前移，丟失跑道太多。著陸姿態(tài)不宜過大，不宜輕柔著陸，有一定過載和扎實的著陸，有利于盡快地減速和方向的保持，增加機輪和道面的摩擦阻力，這對結冰條件下的著陸顯得十分重要。