飞机的防冰系统及除冰.pdf

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1概述

1.1飞机的防冰系统与除冰方法

飞机的结冰问题严重危害飞机的平安性。飞机外表出现冰，阻碍了空气的流

动，增大了摩擦力并减小升力，尤其是机翼上的冰对飞机起飞影响很大。积聚在

飞机尾翼上的冰可扰乱飞机的平衡，迫使飞机向下倾斜，这种现象称为尾翼失速。

这时，飞机的防冰系统起到了很重要的作用。

通常，飞机上除冰的方法有两种，一种是“渗透机翼〞液体除冰系统，一种

是膨胀橡胶气囊，称为气体罩，气体罩沿着机翼安装。但这两种方法都存在缺点，

如液体除冰系统效率有限，气体罩增加了飞机重量和功耗。在格林研究中心开展

联合研究，采用可膨胀的石墨箔加热单元技术有效替代通常的除冰方法。这种超

薄石墨覆盖在飞机外表，并不会太多增加飞机重量，且能够快速融化冰。这种平

安的设备目前已向整个航空界推广。

1.2飞机外表结冰现象、结冰形式以及影响因素

高空飞行飞机的迎风外表通常会伴随三种不同形式的结冰现象，即“水滴积

冰〞,“干结冰〞和“升华结冰〞。在大气对流层下半部的云雾中，常常存在大量

温度低于冰点而仍未冻结的液态水滴．即“过冷水滴〞。“水滴积冰〞指的是飞机

部件外表的平衡温度低于冰点，过冷水滴撞击并积聚冻结于部件前缘外表而发生

的积冰现象。水滴积冰严重时常常会飞机的气动外形、危害飞机的飞行平安，因

此，是飞机防冰与除冰技术的主要研究对象。“干结冰〞指的是飞机在含有大量冰

晶或有雨夹雪的云中飞行时．因气动力加热或飞机防冰设备工作等原因使部件迎

风外表温度高于冰点，冰晶沉积融化、然后再冻结成冰的现象。飞机干结冰现象

很少遇到，一般无危险，但发动机进气道拐弯处和进气部件外表发生的干结冰

象，积聚的冰晶进人发动机后，会损坏压气机叶片或使发动机熄火，具有一定的

危害性。“升华结冰〞指的是飞机由冷区飞入暖区，机体外表温度低于周围气温到

达结霜温度时．空气中水汽在飞机外表凝华成冰的现象。升华结冰．只要飞机外

表温度与周围气温平衡时，冰层便能很快地被融化消失，故不存在危险。因此，“水

滴积冰〞成为本文讨论的主要容。

影响水滴积冰的形成及其严重程度的因素很多，包括气象条件、飞机部件外

形及飞行状态等诸多因素。一般来说，在液态水含量较大的过冷云中飞行时，容

易发生积冰；大气温度约为0～-15℃时，发生积冰的概率最大；水滴直径大于

20微米时，积冰会威胁飞行平安；飞行速度越大，由干过冷水滴撞击数增加使

积冰量加大；但飞行速度超过冰极限飞行速度时，又会因气动力加热使部件外表

不再发生积冰。

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飞机外表积冰的形状则主要取决于云层中的水滴直径、大气温度及飞行速度。

高速飞行，飞经单位体积过冷水滴多而大、过冷却程度较小的云中时，易形成如

图l-1(a)所示的“双角状冰〞。“双角状冰〞通常透明坚硬，增长很快，冻结结实，

不易破除，对飞机气动性能影响很大，对飞行平安具有严重的危害性。低速飞行，

飞经单位体积过冷水滴少而小、过冷却程度较大的云中时，飞机外表的积冰形状

通常呈现粒状或多孔的白色不透明冰层，称作“矛状冰〞〔图1-1(c)〕。该冰构

造较“双角状冰〞为松．飞机振动和颠簸时易脱落，对飞机气动性能和飞行平安

影响较小。介于两者之间的，多形成所谓的“中间冰〞〔图1-1(b))，其危害程

度和增长速度介于“双角状冰〞和“矛状冰〞之间。

图1-1飞机高速飞行中外表冰形状

(a)双角状冰1(b)中间冰1(c)矛状冰

2飞机防冰与除冰技术

为了防止飞机*些部位结冰，或结冰时能连续地除去冰层．保证飞机积冰时

平安飞行，人们常常要采取适当的防冰与除冰技术。常见的需要采取防冰与除冰

技术的飞机部位主要有风挡、空速管、螺旋桨、直升机旋翼，机瑟、尾冀、发动

机进气道前缘及进气部件。飞机防冰与除冰技术按工作方式可分为机械除冰技术、

液体防冰技术和热力防冰技术等如图2-1飞机防冰、除冰技术所示。其中，机械

除冰技术又可分为气动带除冰和电脉冲除冰技术；热力防冰技术分别按热源和加

热方式又分别分为电热防冰、气热防冰技术，以及连续防冰和连续除冰技术。

图2-1飞机防冰