说明:本文介绍航空器除防冰(IPS,ICE PROTECTION SYSTEM),由于直升机结构复杂,受气象环境影响大,并能基本涵盖固定翼的相关内容,故以之为例,着重论述。
直升机在飞行过程中,尤其是在低温、高湿的环境下,结冰问题是一个显著的安全隐患。
结冰不仅会影响直升机的气动性能,还可能导致发动机失效、飞行控制受限等严重后果。
为了保障飞行安全,直升机制造商和运营商采取了多种除冰和防冰措施。
有些朋友认为我们在南方运营,除防冰的事情与之关系不大,实则不该如此躺平闪躲。 直升机航程千里,纵横调度,升限上万......气温从零上到零下可能就是翻一座山的事情,而结一层冰也只需要穿越一片低温云雨。 故,“多多关注,没有坏处;常常思考,漏洞会少”。
一、易结冰的区域
AREAS PRONE TO FREEZING
1. 主旋翼叶片
主旋翼是直升机最关键的部件之一,也是最容易结冰的地方。
由于旋翼叶片高速旋转,空气中的水汽在低温下会迅速凝结在叶片前缘,形成冰层。这会改变叶片的气动形状,降低升力,导致飞行稳定性变差,甚至可能引发动力失衡。
2. 尾旋翼
尾旋翼同样容易结冰,特别是在寒冷和潮湿的环境中。
尾旋翼的主要功能是平衡机体的扭矩,但一旦结冰,尾旋翼的效率会大幅下降,进而影响横向控制。
3. 发动机进气口
发动机的进气口是结冰高发区域。
湿冷空气在进入进气口后,水分会在进气道壁面上凝结。如果结冰过多,可能会限制空气进入发动机,导致推力下降,甚至引发发动机熄火。
4. 风挡玻璃
5. 空速管、静压口和迎角传感器
这些测量气象和飞行参数的仪器非常敏感。结冰会导致测量数据失真,影响飞行控制,严重情况下甚至可能引发事故。
6. 燃油系统
在高空低温飞行时,燃油中的水分可能结冰,堵塞燃油滤清器或燃油管道,影响燃油供给,进而影响发动机运转。
二、造成结冰的原因
THE CAUSE OF ICE FORMATION
1. 低温
当直升机飞行环境的温度低于零摄氏度时,水分会在机体的冷表面上迅速凝结成冰。
飞行高度较高时,外界温度下降,容易导致结冰。
2. 高湿度
在高湿度环境中,空气中含有大量水分。
当这些水分遇到低温的机体表面时,容易凝结成冰。尤其是当直升机飞入云层或雾气中时,结冰问题尤为突出。
3. 气压变化
旋翼叶片和进气口由于高速气流的作用,局部气压迅速降低,导致温度下降。
这种温度降低使得水汽更容易凝结在这些部位上。
三、除冰和防冰措施
DE-ICING AND
ANTI-ICING
为了应对结冰问题,直升机上普遍安装了多种防冰与除冰设备,常见的包括电加热系统、热空气防冰系统、机械除冰等。
以下列举几种常见的防冰措施,并结合具体机型说明。
Tips:大部分的防、除冰系统都被列为选装设备,运营商根据自身需要决定是否安装。
1. 电加热系统
电加热系统通常应用于直升机的关键部件,例如主旋翼叶片、尾旋翼和风挡玻璃。通过在这些部件上安装电加热元件,当机体表面温度降低至临界点时,加热元件会启动,防止水分凝结为冰。
需要说明的是,很多除防冰装置属于选装件,运营商自行选择购买。
2. 热空气防冰系统
热空气防冰系统利用发动机的压缩空气,通过管道输送至进气道等容易结冰的部位。这种热空气加热可以有效防止水分凝结。
LEONARDO AW189直升机便采用了这种系统,它将来自发动机的热空气输送至进气道,防止冰层在这些关键区域积累。
3. 机械除冰系统
机械除冰系统主要通过振动或剥离技术,将叶片上的冰层抖落。利用旋翼在飞行过程中产生的振动和离心力,将附着在旋翼上的冰雪松动并脱落。
也会有某些直升机的旋翼叶片前缘会安装振动装置,定时启动剥落冰层。
4. 化学除冰系统
在一些直升机上,化学除冰液被喷洒在容易结冰的部位。这种防冰液可以降低水的凝结温度,从而防止结冰。
除冰剂的工作原理主要是通过降低水的冰点来加速冰雪的融化。 具体来说,除冰剂可以降低冰雪的熔点,使其更容易融化。融雪剂溶于水后,会形成相应的水溶液,这些溶液的冰点通常低于水的冰点。例如,氯化钠溶液的冰点约为-10℃,氯化钙溶液的冰点约为-20℃,而醋酸类溶液的冰点可达-30℃左右。冰点越低,融雪除冰的速度越快。
5. 气囊除冰系统
机翼除冰气囊是一种简单有效的除冰方式。其工作原理是通过向覆冰部位处安放的气囊充气,使该部位变形,从而破坏覆冰层。
机翼除冰气囊的优点在于结构简单、耗能低,适用于飞行速度不高的涡桨飞机。但是,除冰并不彻底,并且在工作时会暂时破坏飞机的气动外形,增大飞机收到的阻力。
Tips:应用于直升机上的,笔者没有了解过,有朋友了解的可以留言。
6. 防冰和除冰操作规避
除了技术手段外,飞行员在实际操作中也可以采取规避措施,避免结冰。
四、结语
SUMMARY
小结一下:
直升机在飞行过程中容易遭遇结冰问题,尤其是在低温、高湿的环境中,有时候也会与局部气压变化有关;
尖端部位、靠前的位置都是容易结冰的地方,就像人一样,冬天冻伤的都是耳朵,鼻子,手指、脚趾等地方,航空器也是类似常见的结冰部位包括主旋翼叶片、尾旋翼、发动机进气口、风挡玻璃、空速管等; 为了应对结冰问题,直升机上安装了多种防冰和除冰系统,如电加热、热空气、机械振动和化学喷洒系统等。
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