寒冬季节话飞行安全

王冉

随着寒冬季节的到来，北方大多数机场开始出现寒冷天气，降雪、结冰、冻雾、冻雨随之开始影响民航安全。做好除防冰的工作一直是寒冷天气的重中之重。虽然在此之前，美国发生过因为除冰工作没做好而造成飞机坠毁的事故，但2004年11月21日包头空难发生后，无污染起飞的概念才彻底深入人心。本文着重从理论上对结冰的原理、以及结冰对飞行的危害加以介绍。

飞机结冰的危害

对飞机来说，结冰是一个正常的现象，如果在飞机的某个或某些部位结冰并逐渐积累形成一定的面积或厚度就叫做积冰。但在飞行中如果飞机积冰，那么这绝对是个坏消息，因为积冰或多或少都会影响飞行状态，危及飞行安全，严重积冰还可能引发飞行事故甚至空难。

飞机结冰时，冰层会破坏空气流经机翼表面时的正常气流，降低翼形产生升力的能力。冰层的实际重量与积冰所产生的翼形表面的乱流相比，前者对飞机带来的影响几乎可以忽略不计。飞机结冰时，动力装置会自动增加推力来补偿由于结冰带来的额外阻力，迎角也会增大来维持升力，这样就更容易在机翼和机身的下表面积冰。飞机的任何迎风面都有可能积冰，不光是机翼、螺旋桨、风挡，而且还有天线、通风口、进气道等没有防冰保护的表面都可能会积冰。有时结冰对天线引起的振动足以将天线折断。在中度到严重结冰条件，轻型飞机会积冰严重到不能继续飞行的地步，如有时飞机会在比正常大的速度失速，有时会出现非正常的横向滚转和俯仰姿态等。

结构积冰就是粘在飞机外表面的冰，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，沿飞机的表面轮廓形成，霜冰形成后很容易通过飞机的除冰和防冰装置除去。明冰（有时也叫光滑冰）通常明亮而平滑，但它经常包含一些空气蜂窝，变成半透明的形态。明冰形成的越快，形状就越不规则，经常在机翼的上表面或下表面以“号角”的形状出现。明冰密度大，坚固，通常很难击碎。混合冰就是霜冰和明冰两者兼有的一种积冰状态。

通常机翼积冰会破坏流经其表面的空气流，降低机翼的最大升力，减小机翼产生最大升力时的迎角，逆向影响飞机的操纵性能，显著增加飞机的阻力。风洞试验和飞行测试证实，霜、雪及薄冰（在前缘装置和机翼上表面）即使在厚度和粗糙度上都小于一层普通砂纸的情况下也能降低飞机30%的升力，增加40%的阻力。更大程度上的积冰能降低8%的升力，同时增加80%的阻力。

虽然许可飞入结冰条件的航空器都把关键部位（发动机整流罩、大翼前缘）当成防冰保护区，但是非防冰保护区在积冰时产生的阻力也是不能忽略的，美国国家航空航天局（NASA）的研究证明，即使防冰保护区的积冰全部清除的话，仍然有近30%的阻力是来自非防冰保护区的积冰产生的。这些非保护区包括：各种天线、襟翼铰链、机身前部、风挡雨刷、机翼下吊架、操纵舵面辅助装置等。

在飞机表面温度降到0度或以下，并且存在可见水汽时就会有冰形成，再好的飞行计划也存在变数。虽然目前的技术手段能够不同程度地预测出空中结冰区的大体位置及可能会隐藏的危险，然而想得到结冰区的准确位置和具体高度范围却不是那么容易的，山脉、水体、风、温度、水汽含量、大气压力等都在天气现象的形成及变化中扮演着重要的角色。锋面和低气压区都是结冰的高危区，但有足够水汽含量的孤立的云体也足以让飞机产生严重积冰。

冻雨或过冷毛毛雨是“结冰”这类危险气象条件的“终极杀手”，飞入这类气象条件会让飞机大翼上下表面很快结冰并逐渐积累，迅速使大翼气流分离，只需几分钟的时间就会让飞行形势变得极度危险。冻雨和冻毛毛雨，包括云上过冷水汽有时会在锋面附近出现，如果你的飞行路径要穿过锋面，那么飞行员一定要了解这个锋面存不存在冻雨、冻毛毛雨或其他危险天气条件（如隐藏的雷暴）等。如果必须飞越锋面，那么选择最短穿越锋面的路径，尽量不要长时间呆在锋面内。

飞机的除防冰设备

（以波音737飞机为例）

所谓防冰就是当航空器在进入结冰条件之前，即飞机还未结冰之前采取措施防止飞机结冰，像空速管加温、风挡加温、发动机防冰等。除冰是指在航空器已经结冰，即积冰已经到一定程度时，为了不影响飞行，把已经形成的冰除掉，如大翼除冰（波音737飞机上无此设备）。

当存在结冰条件或预计会有结冰条件时，发动机防冰一定要接通，除非在爬升和巡航过程中静气温在-40摄氏度或以下。注意35000英尺以上使用机翼防冰可能会造成引气跳开或座舱释压。

大翼防冰（Wing Anti Ice）：大翼防冰的效率非常高，在空中经常用来进行除冰，接通1分钟的时间就足以除掉翼上所有的冰。在地面上持续结冰条件下要保持大翼防冰接通。

大翼防冰的工作逻辑很有趣，在地面上，当油门杆前推到能触动起飞形态警告范围内时，向大翼防冰的供气会自动终止；收回油门杆，会重新开始供气进行防冰。这样就可以在飞机起飞时无需检查大翼防冰是否打开。大翼防冰电门像自动油门一样是由电磁线圈力保持的，当飞机离地后会自动跳开，以避免爬升过程中影响发动机推力。

和发动机防冰不同，大翼防冰使用的是引气混合总管，这样可以保证在一发失效时另一侧的机翼仍然可以防冰，并且只有前缘缝翼有防冰，前缘襟翼并没有防冰功能。2005年6月，波音公司宣布737系列的飞机大翼防冰范围从翼根一直外延到翼尖，这样飞机可以在低高度结冰条件下长时间飞行而不受结冰困扰，而之前生产的波音737NG飞机大翼外侧是没有防冰的。对于波音737NG飞机，空中接通大翼防冰超过5秒后，失速管理机构会认为机身已结冰，从而相应调整抖杆速度和速度带显示。

发动机防冰（Engine Anti Ice）：发动机整流罩是迎风面，很容易结冰并积累，形成大块冰后一旦碎裂，就会进入发动机损伤飞速旋转的叶片，所以发动机罩一定要防冰。波音737-3/4/500的发动机叶片中央转子是曲面圆锥形状，这样虽然可以把冰甩离叶片中央区，可这种形状很难避免冰的形成，波音737NG飞机就做了很好的改进，它把中央转子做成也是锥形但有个锋利的锥尖，这样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离。

发动机防冰使用各自相应的引气，在空中和地面存在结冰条件时一定要打开。当防冰引气管道温度超过440摄氏度或压力达到65PSI时，琥珀色的COWL ANTI-ICE灯就会亮，这时应该减小相关发动机的推力直到该灯熄灭。打开大翼防冰和发动机防冰时，蓝色的VALVE OPEN灯会先明亮再暗亮，但有时打开大翼防冰后VALVE OPEN灯保持明亮，这是因为大翼防冰活门是靠气动力操纵的，只有当发动机推力达到一定的范围才能将其打开。

机体目测结冰参考（Airframe Visual Icing Cues）：这里机体包括发动机、机翼等各个组成部分。结冰探测装置是波音737飞机的可选项目，机组可以根据驾驶舱显示明确知道飞机是否结冰，但目前大多数航空公司都没有选装这种设备。要特别注意，当存在可见水汽和在特定温度范围时，发动机防冰要立即打开，不要等见到结冰形成后再采取行动，避免发动机结冰后才开防冰。

1、雨刷条下有冰，轻度结冰。

雨刷下是冰形成的第一个地方，微小冰体撞击在风挡上积累在雨刷下，因为此处冰量受冲击气流和风挡加温影响，所以这并不能给积冰量大小提供依据。

2、雨刷螺母上有冰，中度积冰。

如果见到此处结冰，可以断定机体其他地方也已经积冰。如果预计航线的任何阶段有结冰条件并且落地机场的温度在8摄氏度或以下，那么在起飞机场一定要对最大起飞爬升重量重新进行修正，具体参见各飞机性能手册。

3、风挡中央支柱两侧有冰，严重积冰。

如果冰能在光滑而且加热的风挡玻璃上形成，这表明积冰情况已经相当严重了，甚至都能想象得到冰沿机体的外形结成厚厚的一层，更何况像安定面、各种伸出部位都没有加热装置。FAA的建议是：碰到这种情况，马上离开该区域。

结冰天气飞行技巧

1、航前准备

在冬季，机组进入直接准备时，应认真检查飞机。如果发现飞机上有冰雪霜，应及时通知维修人员进行清除。在推飞机开车前应再次对飞机全面检查，防止重新出现的冰层。着重检查机翼表面、前缘缝翼、水平安定面、垂直安定面和方向舵、机身、空速管、温度探测器和迎角传感器、静压孔、各进气口和泄放口、发动机进气道、风扇叶片、起落架和起落架传感器。检查时应特别注意当有明冰时，应仔细辨别。检查起落架时，要注意有无外漏现象，在寒冷天气，因热胀冷缩，管道连接处有可能发生渗漏油现象。

2、开车滑行

在低于-30℃的低温下起动发动机，开车后要保持发动机慢车状态，以便让滑油温度上升，让发动机得到良好的润滑。另外起动一个全冷的发动机，滑油压力上升缓慢，有滑油压力指示属正常现象，但超过3分钟滑油压力仍达不到正常范围，应关车叫维修人员检查。对防冰系统的检查是重要的项目，该系统不正常在冬季是不能放行的。

飞机在有冰雪霜覆盖的道面滑行时，飞机开始滑行首先要检查刹车系统是否正常，如发现不正常应立即停止滑行。滑行中要保持与前机的距离，以免前机吹起的冰雪块吸入发动机，打坏飞机或防止雨、雪吹到机身，机翼表面冻结。发动机防冰应在接通位，一直到起飞后脱离结冰区。APU可保持在开位对飞机增压，关掉发动机引气，以便增加发动机有效推力，使飞机尽快达到安全高度和脱离结冰区。滑行中应认真检查操纵面和襟缝翼，对于NG飞机更方便检查下DU操纵系统页面显示：方向舵、副翼和升降舵指示是否正常，有无卡阻现象，襟缝翼是否到位。发现有异常现象应及时滑回机坪处理。

3、起飞阶段

起飞阶段是飞行事故的多发阶段，尤其在结冰、雨雪天气、低能见度或道面被污染的情况下，做好起飞每个动作，掌握起飞要领显得更重要。首先应明确跑道的污染情况符合飞行规则要求和机型手册的规定。道面摩擦系数不低于0.3，禁止在滑水的污染跑道和结冰跑道上起飞。飞机的防冰设备应良好，并应注意以下方面：

·起飞时应用全推力起飞，用全跑道起飞。空调可用APU供气，增大发动机推力。如果V1时一台发动机故障，机长选择中断，飞机能尽快在安全道内停下；如果选择继续起飞，飞机在跑道头上空达到30英尺的高度，并达到V2速度。结论：结冰条件下起飞选用全马力起飞是机组的最佳选择。

·在TAT全温-10℃～+10℃的可见水汽、云雾、雨、雪、冰晶等条件时，应打开发动机的防冰系统，空速管、迎角探测器、静压管、风挡加温在飞行前必须是良好，并在整个飞行过程中必须打开。在结冰条件下，开完车后发动机防冰就应放在接通位。

4、巡航阶段

在巡航阶段，防冰设备要有预见性地提前打开，千万不要等到结冰以后再打开。防冰着重在“防”，但机翼防冰要间断性使用，等到机翼已结冰了，打开0～60秒，等到冰已从机翼上脱落后再关掉。机翼防冰在起飞和着陆过程中建议不使用，以保证发动机有足够的推力。但应注意，波音飞机在35000英尺以上打开机翼防冰可能会造成座舱释压。起飞后应尽可能快速穿过结冰严重云层或绕过严重结冰区，在爬升和巡航阶段，也应尽可能避开结冰区。

一般冬季飞行中低空容易遇到结冰层，夏季在高空浓积云和积雨云中多伴有轻度或中度结冰，这种情况下机组应请示ATC改变高度或绕航。在被迫穿越这些云时，应检查空速管、风挡、迎角探测器加温是否正常，入云前必须打开发动机防冰。飞行规则关于结冰条件下飞行中规定：“为脱离结冰区，机长必须考虑航空器的结冰状况，航线天气预报，其他航空器的天气报告，地形和季节性天气的特点。当云顶或者-15℃等温线高度较低，并且航空器具有相应的上升性能时，通常应当向上脱离结冰区。只有确知航线安全高度以上有正温区或者能够出云时，方可向下脱离。改变高度层，可以允许的最大垂直速度进行。如果在改变高度过程中遇有云层时，允许可以不按高度层配备在该云层间飞行。”上述总的原则，就是当遇有严重结冰时，应想尽一切办法脱离结冰区。

5、进近着陆

雨雪天通常是在冷空气过境与暖湿气流交界地区，容易产生大面积的雨夹雪、冻雨、中度以上结冰，对飞行影响极为严重，特别是飞机进入进近着陆阶段，给飞行机组操纵飞机带来难度和进近着陆的复杂性。所以，机长在下降前的进近简令中，应做好机组的分工配合，拟定复飞后的备降程序和航线备降机场，检查油量准备资料，了解备降场天气情况。严格遵守标准，不能着陆就备降。

下降进近过程中，发动机防冰应始终在开位，直到着陆后，在最后进近点前完成机翼除冰工作，随后应关闭除冰设备。由于结冰条件下的进近失速速度比正常大，操纵性变差，建议进近速度比正常大5～10海里/小时。进近速度的增大，着陆速度也会随之增大，拉平动作要柔和，避免拉高，拉飘使着陆点前移，丢失跑道太多。着陆姿态不宜过大，不宜轻柔着陆，有一定过载和扎实的着陆，有利于尽快地减速和方向的保持，增加机轮和道面的摩擦阻力，这对结冰条件下的着陆显得十分重要。