民用飛機自然結冰試飛技術研究

劉立蘇

摘 要 當飛機在飛行過程中遇到結冰云層時，飛機表面將產生結冰，由于結冰，飛機性能、操穩特性將迅速惡化。自然結冰試飛就是要試驗飛機在最為嚴苛的氣候條件下飛機結冰情況，以及飛機結冰后是否還能安全飛行。自然結冰試飛充滿了危險性和復雜性，是民用客機適航取證中最為艱難的幾個科目之一。本文從自然結冰試飛適航要求、試飛測試改裝、試飛測試保障和組織模式等幾個方面對自然結冰試飛進行概述，對國內民機自然結冰試飛成功實施具有重要的指導意義。

關鍵詞 自然結冰；試飛；適航；飛行試驗；附錄C

中圖分類號 V2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）15-0177-02

當飛機在飛行過程中遇到結冰云層時，飛機表面將產生結冰，由于結冰，飛機性能、操穩特性將迅速惡化。若不掌握飛機結冰后的飛行特性，將會使飛機進入危險狀態。縱觀航空歷史，因為飛機空中結冰而產生的空難不勝枚舉，無數的人因此失去了生命。自然結冰試飛就是要在真實的最為嚴酷的結冰氣象下對飛機進行測試，驗證飛機防除冰系統能否保障飛機在結冰氣象條件下安全飛行。

自然結冰試飛是民用飛機適航取證過程中十分重要的科目，對結冰氣象、飛機測試改裝、飛行組織保障都非常苛刻的要求。本文將從自然結冰試飛適航要求、試飛內容和目的、試飛飛機測試改裝、結冰氣象保障、飛行組織管理模式等幾方面對民用飛機自然結冰試飛進行介紹。

1 適航要求

云層是否能夠結冰強度由云層的中的液態水含量、水滴平均有效直徑和周圍空氣溫度3個變量決定。自然結冰試飛所需的氣象條件由CCAR25部附錄C進行規定。附錄C將空中大氣結冰狀態分為連續最大結冰和間斷最大結冰。中國民用航空規章（CCAR）主要參考了美國聯邦航空規章（FAR），CCAR25部附錄C的內容與FAR25部附錄C②相同。

2 試飛內容和目的

自然結冰試飛的目的是驗證飛機在25部附錄C所規定的真實的結冰氣象條件下飛行時，飛機各系統（環控、防冰、電源、發動機、APU、導航、大氣數據系統等）是否能夠正常工作使飛機防護表面不產生結冰及即使結冰后也要具有足夠的性能和操縱品質使飛機安全飛行。同時通過自然結冰試飛時飛機未防護表面結冰的形狀來檢驗模擬冰型試飛所采用的冰型的正確性。

3 試飛飛機測試改裝

為了保障飛機在自然結冰試飛時試飛安全和測量自然結冰云層參數，測試飛機需要進行專項試飛測試改裝。通常來說，為了進行自然結冰試飛而進行的專項試飛測試改裝包括攝像頭改裝、機翼前緣噴漆改裝、平尾結冰標尺改裝、發動機吊掛和唇口噴涂改裝、CCP及監控改裝等5個方面。

1）攝像頭改裝。自然結冰試飛過程中需監控、記錄飛機各個位置結冰情況。攝像畫面可以拍攝飛機各關鍵部位實時畫面，并在客艙監控平臺上顯示，幫組機組監控飛機表面結冰情況，保證飛行安全。同時，攝像畫面記錄的結冰情況是適航符合性的重要依據。

2）機翼前緣噴漆。為了更好地觀測機翼前緣的結冰情況，需在機翼前緣噴涂黑色啞光底漆和黃色刻度線。另外，由于機翼前緣結冰可能會超過縫翼上表面，因此，要將上翼面的噴涂區域向后方主翼表面延伸150mm。

3）結冰標尺改裝。為了測量機翼前緣和平尾前緣結冰厚度，需在機翼前緣和平尾前緣安裝結冰標尺。標尺為扇形鋁板，用黃色、黑色啞光漆標出刻度，最小刻度為1英寸，共4英寸。從實際需求出發，只在左側機翼翼尖和左側平尾翼尖安裝兩個標尺。

4）吊掛及發動機唇口噴涂改裝。為了更好地觀測發動機吊掛前緣的結冰現象，將吊掛前緣噴涂黑色啞光漆，并在吊掛前緣附近的短艙外表面以及沿吊掛弦向噴涂標尺以測量結冰厚度和結冰范圍。為了更好地觀測發動機唇口結冰情況，將發動機唇口噴涂黑色啞光漆。

5）CCP及監控改裝要求。自然結冰試飛中用來測量結冰云層中水滴直徑和水含量的儀器是組合式云測量探頭（CCP）。CCP能夠實時探測外界大氣中水滴直徑（MVD）、液態水含量（LWC）、溫度、空速。CCP主要由CDP、CIP、HOTWIRE、空速管等幾個部分組成。

CCP在飛機上安裝位置的選擇，必須使其脫離飛機流場對水滴的影響，測量出外界大氣的真實情況。安裝前需用CFD計算出飛機表面水滴流場分布，找出合適的安裝位置，避開水滴加強區和減弱區。

4 結冰氣象保障

自然結冰氣象預報主要預報自然結冰氣象條件，對自然結冰氣象條件出現的概率、位置、時機和氣象特征進行預報。高質量的氣象數據對于結冰試飛的成功至關重要。自然結冰氣象保障主要用到的預報資料有高質量的衛星云圖、氣象雷達數據，探空氣球數據、地面觀察站數據以及民航飛行員結冰報。

預報內容包括結冰云團的分區區域，云團的大小和連續性，出現結冰的概率；結冰云層的溫度、液態水含量和水滴直徑；結冰云層的運動趨勢，最佳采集時間和采集策略等。

氣象專家在講評的時候，使用衛星云圖和雷達數據來講述自然結冰氣象出現的位置，使用等溫線、液態水含量分布曲線等來說明建議的飛行高度和采樣策略，使用杰普遜航圖來說明建議的飛行路徑。

5 試飛組織模式

由于自然結冰氣象條件極其難得，往往需要在很大的空域范圍內開展追云試飛，而地面遙測系統的有效范圍總是有限的，國外自然結冰試飛普遍不設置地面監控，以提高追云試飛的工作范圍。而在國內，該類試飛科目不設置地面監控并沒有先例。國內某型飛機在國外開展的自然結冰試飛中，首次采用了此模式，飛行中不設置地面遙測監控，使得飛機追云試飛的范圍不再受遙測監控范圍的限制，大大增加了自然結冰試飛靈活性。所有的安全保障和技術決策均由機上人員完成，提高了技術決策的效率。

6 結論

一次成功的自然結冰試飛對飛機測試改裝、結冰氣象保障、飛行組織管理模式等方面都有極其嚴苛的要求。本文基于某型飛機自然結冰成功經驗對這幾方面進行了介紹，對其他機型自然結冰試飛成功開展有一定借鑒、指導意義。

注釋

①CCAR25 R4 中國民用航空規章第25部.運輸類飛機適航

標準.

②FAR25 PART25 Airworthiness Standards：Transport Category Airplanes.endprint