淺談結冰包線在民機引氣系統(tǒng)設計中的應用

白穆

【摘 要】本文對運輸類飛機適航標準25部附錄C結冰包線內(nèi)發(fā)動機引氣系統(tǒng)設計進行了說明；對超出CC25部附錄C結冰包線的環(huán)境條件進行了總結，說明了自然界中存在超出CCAR25部附錄C結冰包線的結冰條件。

【關鍵詞】結冰包線；發(fā)動機引氣系統(tǒng)；結冰條件

0 引言

運輸類飛機適航標準25部1419條款中規(guī)定，如果申請結冰條件下的飛行驗證，飛機必須能在其附錄C確定的連續(xù)和間斷的最大結冰狀態(tài)（即結冰包線）下安全運行。飛機防冰系統(tǒng)的設計和驗證需要表明對規(guī)章附錄C結冰包線的符合性。

機翼防冰系統(tǒng)一般由發(fā)動機熱氣提供熱源。當在結冰條件下，發(fā)動機引氣系統(tǒng)供給空調(diào)系統(tǒng)和防冰系統(tǒng)熱氣；當在非結冰條件下，僅供給空調(diào)系統(tǒng)熱氣。因此，在結冰條件下的發(fā)動機引氣設計和驗證，僅需要表明結冰包線內(nèi)發(fā)動機引氣系統(tǒng)滿足空調(diào)、防冰系統(tǒng)的溫度和壓力需求。

1 結冰包線和結冰條件的實際應用

1.1 結冰包線的適用性

適航標準25部附錄C規(guī)定的結冰包線主要由液態(tài)水含量、水滴平均有效直徑和環(huán)境溫度等決定，包括連續(xù)最大結冰條件和間斷最大結冰條件。結冰限制包線有2種表現(xiàn)形式，一種是由液態(tài)水含量、水滴平均有效直徑和環(huán)境溫度表示，另一種由環(huán)境溫度和高度表示。兩種表現(xiàn)形式可確定云層液態(tài)水含量同水滴直徑及高度間的相互關系。

這些結冰條件根據(jù)美國FAA等組織在北美等地區(qū)的結冰云層數(shù)據(jù)測量統(tǒng)計獲得，已經(jīng)得到FAA、EASA和CAAC適航當局認可，為國際公認的結冰氣象條件。同時，根據(jù)咨詢通告AC20-73A，適航當局認為附錄C的結冰包線可以覆蓋99%的結冰條件。即，認為結冰條件和適航標準25部附錄C規(guī)定的結冰包線一致。

1.2 結冰探測系統(tǒng)結冰告警和結冰條件的關系

結冰探測系統(tǒng)作為輔助飛行員判斷結冰條件的一種手段，飛行環(huán)境處于結冰條件內(nèi)時，結冰探測系統(tǒng)應發(fā)出結冰告警時。某結冰探測系統(tǒng)為磁致伸縮結冰探測系統(tǒng)，有較高的靈敏度和準確度[1，2]。其通過布置在機頭兩側(cè)風擋下的結冰探測器探測結冰條件，當任一支結冰探測器探測到結冰發(fā)出結冰告警時，即認為飛機遇到結冰條件。同時，為使結冰探測系統(tǒng)先于防冰部位結冰，早期探測到結冰，起到結冰探測作用，保證結冰探測的安全余度，結冰探測器的安裝位置也應進行精確分析和驗證[3]。

2 自然界超出附錄C包線的結冰條件

2015年夏天飛行期間共遭遇了7次結冰告警。結冰告警時環(huán)境溫度較高，筆者整理了結冰告警發(fā)出時對應的飛行高度、環(huán)境溫度，在附錄C結冰包線中示意出飛行高度-環(huán)境溫度點。從圖1可以看出，結冰告警時：

a）飛行高度約為17700ft時，環(huán)境溫度約為-8.2℃（總溫6.8℃），對應間斷最大、連續(xù)最大結冰包線的環(huán)境溫度為-14.4℃、-11.7℃

b）飛行高度約為20700ft時，環(huán)境溫度約為-7.3℃（總溫9℃），對應間斷最大、連續(xù)最大結冰包線的環(huán)境溫度為-20.5℃、-16.7℃；

c）飛行高度約為21700ft時，環(huán)境溫度約為-12.3℃（總溫7℃），對應間斷最大、連續(xù)最大結冰包線的環(huán)境溫度為-22.7℃、-20℃；

d）飛行高度約為23600ft時，環(huán)境溫度約為-15℃，對應間斷最大結冰包線的環(huán)境溫度約為-26.5℃；

e）飛行高度約為24200ft時，環(huán)境溫度約為-15℃（總溫5℃），對應間斷最大結冰包線的環(huán)境溫度約為-26.8℃；

f）飛行高度約為24600ft時，環(huán)境溫度約為-13.2℃（總溫9.8℃），對應間斷最大結冰包線的環(huán)境溫度為-28.7℃；

g）飛行高度約為29100ft時，環(huán)境溫度約為-25.2℃（總溫-2℃），對應間斷最大結冰包線的環(huán)境溫度約為-36.4℃。

無論在間斷最大結冰條件還是在連續(xù)結冰條件中，結冰探測系統(tǒng)發(fā)出結冰告警時的環(huán)境條件均超出附錄C結冰包線。也就是說，超出附錄C結冰包線的結冰條件在自然界環(huán)境中是真實存在的。

3 總結

通過實際飛行過程中結冰探測系統(tǒng)告警時的環(huán)境進行總結，并和適航規(guī)章25部附錄C結冰包線進行對比，發(fā)現(xiàn)自然界中存在超出CCAR25部附錄C結冰包線的結冰條件。因此判斷目前的通常做法：在結冰條件下的發(fā)動機引氣設計和驗證，僅需要表明結冰包線內(nèi)發(fā)動機引氣系統(tǒng)滿足空調(diào)、防冰系統(tǒng)的溫度和壓力需求，是不充分的。發(fā)動機引氣系統(tǒng)設計和驗證時應充分考慮超出結冰包線的環(huán)境條件。

【參考文獻】

[1]張杰，周磊，張洪，葉林.飛機結冰探測技術[J].儀器儀表學報，2016-12：1578-1586.

[2]李航航，周敏.飛機結冰探測技術及防除冰系統(tǒng)工程應用[J].航空工程進展，2010-5：112-115.

[3]史獻林，王大偉.民用飛機結冰探測器安裝位置研究[J].科技信息，2011-8：806-807.

[責任編輯：湯靜]