防冰系统试验方法

赵澎渤

防冰系统试验方法

赵澎渤

冰，对飞机的飞行安全有着举足轻重的影响。如何对防冰系统的功能和性能进行验证成为不可避免的课题。本文就常用的防冰系统试验方法展开描述，为相关工作提供借鉴。

概述

对飞机的防冰系统进行试验主要有两个目的：1.通过试验确证使用此防冰系统的飞机在自然结冰状态下能够安全飞行，也就是要证明防冰系统的性能是符合设计要求或者是超出设计要求的。2.确定不防冰表面结冰对飞机的操纵性及其他飞行性能的影响，从而决定此表面是否需要防冰。

常见的防冰系统的试验有冰风洞试验、干空气飞行试验、自然结冰状态飞行试验、模拟自然结冰飞行试验。

冰风洞试验

冰风洞是一种对飞机部件表面进行结冰和防冰研究的地面模拟试验装置。在冰风洞中对飞机部件进行防冰试验，可以很快地比较各种设计方案。而且冰风洞试验全年都可以进行试验，不受外界气候条件的限制，其中的试验可以确定防冰系统所需要的最小功率（电功率、防冰热气需用量等）。冰风洞试验的缺点是模拟的水滴尺寸较大，且只能进行部件的模型试验，不能进行整机试验。

典型的冰风洞组成如图1所示。该冰风洞由风扇1.通风塔2.冷却器3.喷水系统4及试验段5组成。风扇由电动机带动；通风塔吸入外界的空气，与风洞中的气流混合，有利于风洞内空气温度的提高，缩短调温时间；风洞中气流的热量通过冷却器3传到制冷系统；喷水系统位于试验段前，用空气引射喷嘴中的水，使其雾化后吹向试验件；试验段有一转动体，用于安装试验件，并且可在试验时转动模型。

冰风洞可以对空气的液态水含量、水滴直径、气流速度及气温等进行调节，容易达到试验所需的条件，但在冰风洞中不能模拟高空状态，所以对防冰系统验收时，可以先在冰风洞中进行地面试验，初步确定防冰系统的工作性能。

干空气飞行试验

图1　冰风洞示意图

防冰系统的干空气飞行试验比较容易进行，只要按照设计高度及外界气温进行飞行，飞行时测得干表面温度，然后可根据飞行速度及外界气温推算出湿表面温度，从而可以初步确定防冰性能。

自然结冰状态飞行试验

自然结冰状态飞行试验即在一定高空、气温、液态水含量及水滴直径条件下，飞机以一定的设计速度飞行。飞机在投入正式航线飞行前，必须要按照结冰设计状态进行试飞，由于飞行中很难找到与设计状态完全相同的气象状态，一般是在尽可能严重的结冰条件下飞行，然后根据已进行过的地面试验、飞行试验结果进行外推，来求出在设计状态下防冰系统的性能，从而确定防冰系统是否能可靠地工作。

自然结冰状态飞行试验分为两类：1.防冰系统的功能及性能试验。2.飞机和发动机在改变功率及飞行状态时的特性试验，以确定防冰系统在所有状态下是有效的或者在某些状态下不足以防冰。

在自然结冰状态飞行试验时，还要检查防冰系统的恢复特性，即将发动机和进气道防冰系统关闭2～3min，把机翼及尾翼防冰系统关闭25～30min，然后再接通防冰，看是否能在一定时间内有效的恢复防冰能力。这是为了保证在遇到结冰信号器损坏的情况时，直到飞行员发现飞机结冰再接通防冰，仍然能保证飞机的防冰效果。

干空气飞行试验就是在晴空中进行飞行试验，通常在实际结冰状态试飞以前完成，保证试飞安全。试验时，飞机在晴空中进行各种功率及速度的飞行，以确定飞机不足以防冰的状态。将晴空中试飞的结果与地面冰风洞试验及理论计算值进行比较，可以初步判定防冰系统的防冰性能。

模拟自然结冰飞行试验

模拟自然结冰飞行试验的方法有两种。

1.将模拟结冰云的雾化喷嘴架及试验件装在同一飞机上，飞机内装有一套控制及测量设备，它能控制防冰试验部件的结冰条件，即产生一定水含量及水滴尺寸的人造云。这种方法很适合对飞机部件进行试验，但不适用于整机试验。

图2　喷水架示意图

2.用带有水槽及喷水装置的飞机来制造云，这种飞机人们称为“水槽飞机”，试验防冰系统的飞机在水槽机后面飞行，两飞机保持相同的飞行速度，这样使试验比较稳定。水槽飞机常见的喷水架如图2所示，将几个同心的圆管环固定在骨架上，环上均匀地装着雾化喷嘴，保证喷出的水滴均匀分布。

结语

本文对防冰系统试验进行了介绍，简单描述了四种常见的防冰系统试验方法，分析了不同试验的优点与缺点，有助于对飞机防冰系统验证的一般程序有所了解，使其最终能够满足飞机飞行安全的要求，对于飞机防冰系统的设计有一定的借鉴作用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.09.007