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飛機很怕“冰”

冰棍、冰激淩、冰鎮啤酒，這些和“冰”有關的飲食是炎炎夏日很多人的心頭好；溜冰、看冰燈，欣賞冰上競技等，也是大衆喜聞樂見的娛樂活動。可以說，我們在很多時候都很喜歡“冰”，因為它代表着浪漫和刺激。

然而，飛機卻很讨厭、甚至懼怕“冰”，唯恐避之不及。

原因隻有一個：冰對飛機而言，就是一“緻命殺手”！

遠的的不說，就說今年春節前的安-148墜機事件，就讓人們又一次認識到了結冰的可怕。2018年2月11日，一架載有71人的俄羅斯安-148客機在莫斯科多莫傑多沃機場起飛後不久墜毀。據相關方面稱，此次空難的原因極有可能是由于飛機空速管結冰緻使飛行員無法獲悉準确航速信息，從而引發一連串錯誤操作，最終導緻飛機失速墜毀。

空速管也叫皮托管、總壓管，主要作用是通過感受空氣壓力來反映飛機速度，屬于大氣數據系統傳感器。空速管本身具有加溫功能，使其能在結冰氣象條件下正常使用。然而，這架安-148客機由于空速管加溫功能不正常，使得空速管在結冰氣象條件下結冰，從而造成了不可挽回的後果。

類似的悲劇此前已有發生，如2009年法航447航班也是由于空速管結冰而導緻飛機失速，最終墜毀，機上228人全部遇難。

除空速管外，飛機其他部位結冰而導緻的事故也比比皆是：

◆ 1989年，安大略航空的福克28，起飛前在暴風雪中等待35分鐘，未除冰，機翼結冰導緻起飛失敗墜毀，全機24人死亡45人受傷。

◆ 1990年，瑞安航空DC-9，暴風雪中等待35分鐘，未除冰,起飛失敗墜毀。

◆ 1993年,馬其頓航空福克100 ,起飛後失事，調查發現起飛前未除冰造成。

◆ 2004年11月21日，由包頭飛往上海的東航MU5210航班起飛後不久就發生墜落，機上6名機組人員、47名乘客和2名地面人員不幸遇難。後事故調查證明飛機在包頭機場過夜時存在結霜的天氣條件，飛機起飛前沒進行除霜冰。

◆ 2009年2月12日， 美國一架機型為龐巴迪DASH8的客機，因機翼和舷窗積冰，機組處置不當，導緻墜毀。

◆ 2012年4月2日，俄羅斯一架ATR飛機從秋明市起飛飛往蘇爾古特，途中墜毀。空難造成31人遇難，事故原因與未對飛機進行除冰有關。俄羅斯UTAir公司在“秋明空難”後，按照俄羅斯聯邦運輸監督局命令重新修訂了除冰程序。

根據FAA飛行安全部統計，1990-1999年期間由于氣象原因引起的事故共3230起，其中結冰引起的事故達到388起（占12％）。2003-2008年之間，有380起與結冰有關的事故報告。因此，飛機結冰被航空界認定為影響飛行的6大氣象因素之一。

那麼，飛機到底是怎樣結冰的？

造成飛機結冰的因素很多，大氣溫度、雲層範圍、水滴直徑、液态水含量等，飛機的外形、飛行姿态、飛行速度、飛行高度等都與之有關。一般來講，飛機結冰主要出現在冬季，飛行高度在海拔三千米左右的結冰概率最大。結冰飛機以飛行速度較慢的運輸機居多。具體來講，在大氣中經常存在着零度以下仍未凍結的過冷水滴，它是雲層中水滴存在的一種特殊情況，這種過冷水滴多出現在0到-20℃的雲層和降水中。一旦過冷水滴碰到機體，就會立刻在機體上結冰，嚴重影響飛行安全。積冰的類型主要有冰（明冰、毛冰、混合冰）、霜冰等。

在飛行中，機體容易結冰的位置主要在機體的迎風部位，除上述事故中提到的空速管外，還有機翼前緣、尾翼前緣、風擋、發動機進氣道前緣、漿葉、天線等。

飛機結冰的危害是顯而易見的。比如，風擋結冰，會影響到駕駛員視野；飛機的溫度、壓力傳感器（空速管）結冰導緻儀表指示失真，可能導緻安全事故。

機翼、尾翼、發動機進氣道前緣等迎風面結冰，會改變氣動特性，增加重量，導緻飛行性能、操穩特性惡化（升力減小、阻力增大、力矩特性改變），威脅飛機安全。經試驗表明：在未設有防冰措施保護的機翼表面上結冰可導緻機翼阻力增大40%，同時升力減少30%，螺旋漿的結冰則會導緻其效率減少19%。

而發動機進氣道前緣結冰，則使得進氣道流場發生改變，引起發動機的喘振，也會使進入發動機的氣流減少，降低發動機的推力；冰層脫落會對壓氣機葉片造成機械損傷，甚至導緻整台發動機的破壞進而導緻停車事故等。

由于危害巨大，2013年11月23日，波音公司發布運行安全通告，通知航空公司避免飛機在可能含有冰晶的雷雨層50海裡以内長時間飛行。原因是飛機存在發動機結冰的風險，應防患于未然。

其實，為有效對付結冰這一飛機安全“殺手”，飛機設計師們在設計研發階段就開展了很多工作，包括結冰部位及嚴重冰型研究、冰型對氣動力、飛行特性的影響研究，在此基礎上确定影響飛行安全的結冰部位并提出防護要求，設置必要的防除冰系統。一般來說，對易于結冰的運輸類飛機，防除冰系統是必不可少的。

運輸類飛機設置有防除冰系統，一般包括：結冰探測系統、機翼防冰系統、尾翼除冰系統、發動機進氣道防冰系統和風擋加溫/除雨系統等。

所謂防冰系統，即不允許在飛機有些部位上産生結冰的系統；除冰系統，即該系統允許在飛機某些部位結少量的冰，然後周期性地把冰除去。二者的區别主要如下表：

2000年以後，國内運輸類飛機發展迅速，對飛機防除冰關鍵性基礎研究提出了迫切的需求，國内防除冰研究開始快速發展。航空工業第一飛機設計研究院（簡稱一飛院）針對運輸類飛機專門設置了研究防除冰系統的專業團隊，并通過ARJ21、運20、MA700飛機的研制建立了完整的設計團隊和理論體系。

目前，一飛院在飛機結冰機理研究、防除冰理論計算研究、防除冰設計技術與試驗研究等方面取得了重要突破，形成一系列成果，部分研究成果達到世界先進水平。建立了防除冰系統優化設計方法，積累了熱氣防冰系統、電熱除冰系統、氣囊除冰系統的設計經驗，突破了防除冰系統嚴酷點确定、防護區域确定、防冰腔設計與優化、防除冰試驗設計等關鍵技術，具有了防除冰系統的快速設計、試驗設計和适航取證能力，進一步提高了我國在防除冰設計領域的技術能力，成果可以廣泛用于運輸機、支線飛機、直升飛機、無人機和預警飛機防除冰系統的設計、試驗和适航取證，還可以對現役飛機防除冰系統的改進提供技術支持。

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編輯：蔔良、涼檸｜審核：青葵

感謝“航空工業第一飛機設計研究院”對此專欄的支持

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