冬季飛行的“殺手”：發(fā)動機結(jié)冰

姚永強

飛機作為現(xiàn)代化的高效率的運輸工具，給人們出行帶來了極大方便。保證飛行安全是各國航空公司最關心的頭等大事，也是每個乘機旅客最大的愿望。盡管飛機的性能在不斷提高，地面保障設備也不斷改善，但天氣原因仍是影響飛行安全的重要因素之一。而對于冬季飛行來說，影響飛行安全的重要天敵就是飛機積冰。而在我們平時接受的教育和培訓中，飛行員都會非常重視雪后機翼機身的除防冰，但往往會忽視在冬季飛行里最容易引發(fā)事故的飛行“殺手”——發(fā)動機結(jié)冰。

發(fā)動機結(jié)冰的危害

看看我們熟悉的經(jīng)常出現(xiàn)在教科書的飛機結(jié)冰引發(fā)空難，1982年的佛羅里達航空90號航班波托馬河中空難，幾乎所有的飛行員都知道，飛機在大雪中滑行了1個小時，大大超過了飛機除冰的有效期，飛行員固執(zhí)得沒有滑回除冰，而是異想天開的跟在另外一架飛機后面，用前面飛機發(fā)動機的尾氣去吹掉飛機機翼的浮雪。飛行員嚴重違章，但是所有人都沒有注意到的是，飛行員為什么會有這樣的僥幸心理？是因為華盛頓機場因為大雪封閉重新開放后，所有的飛機都在大雪中滑行等待起飛，而沒有一架飛機要求滑回二次除冰的。

飛行員在這樣的心理下，看著前面13架飛機起飛而安然無恙，機長也想當然的認為，運氣會站在自己這一邊。沒想到長時間的大雪中滑行，飛機發(fā)動機的轉(zhuǎn)速探測系統(tǒng)被冰雪覆蓋，提供了錯誤的發(fā)動機推力讀數(shù)，而飛機機翼被前面飛機吹化的雪水在機翼后部結(jié)冰，飛行員在整個起飛過程中判斷失誤。這一系列的事故鏈讓飛機在起飛后失速，掉進冰封的波托馬河中。

讓我們再看幾次飛行事故：

1986年12月5日，一架安-24飛機在蘭州墜毀，其事故原因就是飛機在起飛后2號發(fā)動機結(jié)冰并造成發(fā)動機停車。

2014年12月28日，QZ8501航班發(fā)生墜海空難。這架空客A320-200型客機從印尼泗水飛往新加坡途中失事。而事后的事故調(diào)查報告說，飛機可能穿入一片雷雨云，“基于飛機失去聯(lián)系位置的（氣象）數(shù)據(jù)，天氣是空難背后的觸發(fā)因素”。在此情況下，“最有可能觸發(fā)的天氣現(xiàn)象是結(jié)冰。飛機表面結(jié)冰可能引發(fā)冰體脫落，進而對飛機發(fā)動機造成破壞”。

2013年11月23日，波音公司發(fā)布運行安全通告，通知航空公司，避免飛機在可能含有冰晶的雷雨層50海里以內(nèi)長時間飛行。原因是飛機發(fā)動機的飛機存在發(fā)動機結(jié)冰的風險，應防患于未然。

從以上幾起事故中可以看出，飛機發(fā)動機結(jié)冰造成的發(fā)動機損害或者停車并伴隨飛機結(jié)冰的其他情況會嚴重影響飛行安全。即使冰或雪或霜造成發(fā)動機輕微污染當結(jié)冰脫落后也能損害發(fā)動機葉片，可導致飛機發(fā)動機性能下降或者造成飛機葉片失速。

筆者幾天前在烏魯木齊凍霧下飛行，因為天氣的能見度不夠，在地面發(fā)動機慢車等待20分鐘，因為天氣不夠起飛標準滑回關車，飛機的葉片上已經(jīng)結(jié)了一層薄冰。而這些薄冰，飛機的機務用熱空氣化了很長時間才消除。雖然沒有起飛，但還是讓人倒吸一口冷氣，這些結(jié)冰，明顯會影響飛機發(fā)動機的工作效率，而如果結(jié)冰現(xiàn)象嚴重，就有可能會引發(fā)更嚴重的故障，甚至影響飛行安全。

發(fā)動機結(jié)冰形成的原因

飛機積冰的概率取決于很多因素，主要是：天氣條件、飛行高度上云的概率、云的含水量、氣溫、云中水滴和冰晶的大小及它們在單位時間內(nèi)落在單位面積上的數(shù)量、水滴的冰結(jié)速度、氣流繞過飛機各部位的特點（飛機的空氣動力特性）以及飛行速度。過冷水滴組成的濃密云中積冰概率最大。飛行實踐表明，在鋒面云中，當飛行高度上溫度適宜時，積冰頻率比較大。而鋒面中度積冰的頻率比均勻氣團中高一倍，而強烈積冰則高8倍。

云層溫度是影響飛機積冰的主要參數(shù)之一，據(jù)有關報道，飛行在0～-40℃甚至更低的云溫條件下，都有積冰可能。不過綜合英、美、日及前蘇聯(lián)的有關積冰發(fā)生率統(tǒng)計報告，可以得出下述結(jié)論：飛機積冰一般發(fā)生在0～-20℃的溫度范圍內(nèi)，尤其在-2～-10℃溫度范圍內(nèi)遭遇積冰的次數(shù)最多，而強烈的積冰主要發(fā)生在-2～-8℃的溫度范圍內(nèi)。

就季節(jié)而言，不同季節(jié)飛機積冰頻率不同，在冬、秋兩季積冰頻率比較高。飛行高度不同，飛機積冰頻率也不同。根據(jù)有關記載分析：冬季在3000米以下（合3000米）各高度上飛行時，積冰幾乎占56%，在6000米以上高度上飛行時，積冰占21%，而在夏季3000米以下高度上，積冰現(xiàn)象減少，幾乎沒有。在6000米以上，積冰占62%。

從以上的論述可以看到，飛機結(jié)冰包括飛機發(fā)動機防冰，并不是僅僅只存在冬季飛行中，只要是高空飛行，飛機都有可能會進入“結(jié)冰條件”。

在飛機其他部位沒有結(jié)冰時，噴氣式發(fā)動機進氣道有時會有積冰。因為機翼和尾翼前部的動力增溫，比噴氣式發(fā)動機進氣口處要大得多，飛行實踐證明，當外界氣溫等于小于+5℃時，噴氣式發(fā)動機進氣口部分可以發(fā)生結(jié)冰。

發(fā)動機結(jié)冰多發(fā)生在混合云中，因為在這些云層中存在溫度低于0攝氏度但仍未凍結(jié)的液態(tài)水——過冷水滴。過冷水滴是不穩(wěn)定的，當其受到發(fā)動機前緣的撞擊擾動時便會迅速凍結(jié)從而形成冰。發(fā)動機容易結(jié)冰的部件主要有：發(fā)動機進氣道前緣及內(nèi)壁、發(fā)動機整流罩、整流錐等。當發(fā)動機發(fā)生結(jié)冰時，它不僅直接導致進氣道氣動外型的破壞，降低發(fā)動機推力，增大飛行負載，還可能會造成壓氣機的機械損傷，嚴重時甚至導致整臺發(fā)動機的破壞，直接引發(fā)飛行事故。因此，為了保證飛行安全，正確及時的使用發(fā)動機防冰十分重要。

發(fā)動機防冰的預防及應對

發(fā)動機防冰主要采用的是氣熱防冰，也是利用熱空氣加熱飛機發(fā)動機前緣部件防冰表面的熱力防冰技術。常用于待保護表面積較大、防冰要求較高的機翼、發(fā)動機進氣道前緣等部件。當我們在空中打開發(fā)動機防冰后，發(fā)動機的前緣就會采用連續(xù)加熱，該技術系統(tǒng)使用維護簡單，工作可靠，但熱利用率較低。

雖然發(fā)動機積冰對飛行的危害如此之大，但只要我們按照規(guī)章和SOP做好每一階段的飛行工作，完全可以避免或者把其影響減到最低。

1、運行要求

除非飛機設備符合MEL的要求，否則不應在已知的或預報的嚴重結(jié)冰條件下放行飛機；機長和簽派員必須了解防冰設備在中度或嚴重結(jié)冰條件下的使用限制；飛行員應該了解自己所飛航線區(qū)域的天氣情況（特別是冬季飛行），收集積冰預報資料，確定可能積冰條件，制定出預防措施和應急措施（如脫離結(jié)冰區(qū)的辦法、返航、備降等）。

2、發(fā)動機起動

筆者曾經(jīng)參加波音駐場代表舉辦的發(fā)動機防冰講座，在講座上，波音專家強烈建議，所有的飛機發(fā)動機，在冬季運行過程中，從起動到起飛都要有一個暖車過程，而這個過程不應該少于5分鐘。

（1）在下列條件下限制完成正常發(fā)動機起動：如果飛機在外界溫度-40℃以下停放了3小時以上，不要起動或冷轉(zhuǎn)發(fā)動機，維護人員應根據(jù)惡劣氣候起動發(fā)動機的維護要求完成相應的程序。如果外界溫度低于-35℃，在改變推力手柄位置之前要讓發(fā)動機在慢車位工作2分鐘。可用3.5分鐘使滑油壓力到達最低使用壓力。在這期間，LOW OILPRESSURE燈可能保持亮，壓力會超出正常范圍，并且FILTER BYPASS燈也可能會亮，但在滑油溫度和壓力恢復正常后會自動消失。在滑油壓力回到正常范圍之前使發(fā)動機在慢車推力工作。在正常情況下，起飛時滑油最低溫度沒有規(guī)定。

（2）發(fā)動機起動后，當存在結(jié)冰條件或預計存在結(jié)冰情況時必須立即接通發(fā)動機防冰。

（3）當全溫TAT高于10℃時，不要使用發(fā)動機防冰。

3、滑行時候應該正確使用發(fā)動機防冰

（1）在積冰條件下（+10℃/TAT及以下）時使用發(fā)動機防冰。

（2）在延長的地面操作期間，應定期運轉(zhuǎn)發(fā)動機將冰的積累減到最小。運轉(zhuǎn)發(fā)動機應按使用手冊中規(guī)定的具體要求進行。若在跑道外等待時間較長，適當增大N1轉(zhuǎn)速等待，一般情況下，每10分鐘加馬力使N1到70%，并保持15秒。

（3）當存在結(jié)冰條件并且跑道是濕滑時，應采取靜止起飛，并預先加大發(fā)動機推力觀察發(fā)動機工作狀態(tài)，特別要檢查N1以確保達到所需要的推力。當調(diào)整好雙發(fā)N1后，檢查N1一致，發(fā)動機工作穩(wěn)定，再按壓起飛/復飛電門使雙發(fā)N1同步上升，直至最大馬力調(diào)定后再松剎車起飛。

（4）水雪或積水會對飛機造成損傷。推薦的跑道上水雪、積水或濕雪的最大深度是0.5英寸（12.7毫米）。干雪的最大深度是4英寸（102毫米）。在小凍雨和小毛毛雨天氣條件下起飛是允許的，但在中到嚴重的凍雨和毛毛雨是不允許起飛的。冷天在積雪跑道起飛前建議將APU打開，并將APU的左右匯流條供電開關接通以作為備份電源。

4、起飛后爬升、巡航和下降防冰的使用

飛行員應避免長時間在結(jié)冰條件下飛行。按需使用防冰系統(tǒng)，并按照飛行手冊要求定期變化發(fā)動機推力而防止發(fā)動機葉片結(jié)冰。在進近時，可能要考慮結(jié)冰情況，適當增加進近速度（一般10海里/時）。

（1）空中出現(xiàn)或預計出現(xiàn)結(jié)冰情況時，在所有的飛行操作過程中都必須接通發(fā)動機防冰，但是當溫度低于-40℃ SAT時，爬升和巡航期間不要使用發(fā)動機防冰。下降之前及下降過程中在所有結(jié)冰條件下，包括溫度低于-40℃SAT時都必須接通發(fā)動機防冰。

（2）避免長時間在中度到嚴重結(jié)冰條件下飛行。通常可以用改變高度或空速的方法避開嚴重結(jié)冰，如果可能的話，盡量繞開嚴重結(jié)冰區(qū)。萬一不慎發(fā)動機進氣道已經(jīng)結(jié)冰，切忌慌忙同時打開發(fā)動機防冰，應先開一側(cè)，待其發(fā)動機工作穩(wěn)定后，再打開另一側(cè)。

（3）存在發(fā)動機嚴重抖動情況時，要考慮到發(fā)動機風扇結(jié)冰的可能，應延遲將N1減小到70%N1以下。如果要除掉風扇上的冰塊，對雙發(fā)飛機而言要進行下列程序，一次完成一臺發(fā)動機：減退力到慢車位大約5秒鐘，然后將推力加大到90%N1，這樣有助于將冰摔落。

注意：除嚴重結(jié)冰條件外，一般將推力拉回到慢車時，冰便會脫落，這時可將推力加回到所需位置，而不必過多的加推力。

5、著陸

我曾經(jīng)和一名有經(jīng)驗的管理局領導一起飛行，大雪后天氣晴朗，他還是要求在五邊打開發(fā)動機防冰，因為預判跑道上有浮雪，這是發(fā)動機防冰使用的條件。而相反的是，我們一個機組在冬季濃霧中落地，沒有使用發(fā)動機防冰，在落地拉反噴的時候，一臺發(fā)動機停車，飛機方向偏轉(zhuǎn)，飛機沒有脫離跑道，造成了安全隱患。

飛行機組切記：所有的地面結(jié)冰條件下運行（起飛前和著陸后），都必須進行發(fā)動機防冰操作。我們曾經(jīng)和日航機組飛行過，他們要求只要地面有雪就必須使用發(fā)動機防冰。

綜上所述，飛機積冰嚴重影響飛行安全，尤其是我們飛行員會因為發(fā)動機防冰操作簡單和忽略發(fā)動機防冰的使用。中國大部分地區(qū)處于溫帶，冬季寒冷漫長，每個飛行人員都應重視冬季飛行的特點，及早對各種天氣做出正確評估，與簽派和空中管制部門做好溝通，同時合理并及時地使用飛機的防冰設備，嚴格遵守法規(guī)和機組操作手冊的規(guī)范，從而保證飛行的順利與安全。