_飞机结冰探测技术及防除冰系统工程应用

航空飞行器的结冰与防冰一、结冰的气象条件航空飞行器飞到一定高度，周围空气湿度足够大，温度足够低，机体表面就可能结冰。

从物态变化的角度来讲，结冰实际上是一种水汽或者液态水遇冷而转变为固态的物理现象。

飞行中，结冰主要是由大气中水汽直接在机体表面凝华而成。

过冷水滴指的是一种高空云层中普遍存在的不稳定的，稍受震动便立即冻结成冰的微小水滴，这种水滴分布于许多云团中。

当飞行器在这样的云团中穿行时，一旦机体表面低于0C,过冷水滴就会在机体表面某些部位冻结，并积聚成冰。

飞行中，飞行器的结冰与所穿越云团的温度、湿度、云团状态、降水、时令等状况息息相关。

一般来说，机体表面结冰通常发生于0C -- 20C温度范围内，但强结冰多发生于-2C -- 10C；当云中的空气湿度达到温度露点差在0至5C之间时，更容易发生结冰。

当飞行穿越积雨云或浓积云的上方时，机体表面通常会出现强结冰；而穿越层云或层积云时，通常发生弱积冰或中积冰。

二、结冰对航空飞行器的危害飞行器的突出部位通常是较容易结冰的。

比如，旋翼/ 尾桨的前缘、发动机进气口、空速管、飞机风挡、天线等。

除此之外，旋翼表面也较容易结冰，油箱内的水杂质有时也会形成细小的水粒。

概括起来，结冰对直升机的危害有以下几个方面。

（一）破坏飞行器的空气动力性能。

旋翼或尾桨结冰，可使飞行中的升力下降，阻力增加，续航性能变差，并可引起机体抖动，使操作变得困难。

即使薄薄的一层冰或霜也能损害旋翼和尾桨性能，相当于中粒砂纸粗糙度的冰也可能导致操纵品质降低到危险程度；另外，结冰对起飞性能的影响也是非常严重的，它可使飞行器的起飞过程变得艰难，可导致飞行器离地后坠毁等现象。

（二）威胁发动机。

当飞行器处于空气湿度较大的区域，如雾、云、或降水中，如果外部温度低于0C,则会在发动机进气口上出现积冰。

这样就会使进气量减少，进气气流发生畸变，造成动力损失，甚至发动机停车。

还有更严重的情况，当飞行器起飞时，旋翼因升力作用变得弯曲，前缘冰层常会破裂散开，发动机若将这些碎冰吸入，往往会打坏发动机风扇或压缩机叶片。

飞机结冰探测技术及防除冰系统工程应用李航航;周敏【摘要】飞机结冰是飞行过程中所面临的严重安全隐患,不同气象条件下会产生各种不同的结冰类型.文章介绍了几种常见冰型、成冰机理及其对飞机结构和系统可能产生的危害程度,分析研究了目前国内外飞机结冰探测技术的现状和发展趋势,总结了各种防除冰措施在飞机上的应用和技术特点,并以波音777飞机防除冰系统设计为例,说明典型飞机结构防除冰系统设计的特点和功能.【期刊名称】《航空工程进展》【年(卷),期】2010(001)002【总页数】4页(P112-115)【关键词】飞机;冰型;结冰机理;结冰探测;防除冰系统【作者】李航航;周敏【作者单位】北京航空工程技术研究中心,北京,100076;北京航空工程技术研究中心,北京,100076【正文语种】中文【中图分类】V321.2290 引言飞机结冰是指在特定气象条件下在飞机表面产生水分凝结成冰的现象，多发生在飞机的升力表面(如机翼、尾翼)、螺旋桨和旋翼、发动机进气道、风挡玻璃、外露传感器等部件的迎风表面。

飞机结冰严重威胁飞机的飞行安全。

飞机发生轻度结冰就会降低飞机的飞行性能，主要表现为升力下降、阻力增加、升阻比大幅下降等，进而造成飞行姿态控制困难。

严重结冰时可能造成飞机在小迎角下出现失速或操纵翼面发生失效等现象而造成机毁人亡。

据资料统计，飞机在飞行中因结冰问题而导致空难事故的概率超过15%。

近年来，已经发生了多起因飞行结冰而造成的重大空难事故。

如2009年6月法国A330客机在大西洋上空飞行时遇到恶劣天气发生结冰引起飞机坠毁，造成228人遇难；2006年6月，我国一架特种飞机在执行任务中也因严重结冰而发生一等空难，造成数十人死亡。

据美国FAA/NASA统计，飞机出现结冰后导致空难事故中有10%以上是因为飞机结冰造成舵面操纵失效[1]。

因此，研究飞机飞行中可能出现的结冰现象、结冰机理以及飞机是否结冰、结冰后的除冰效果等问题成为各国航空飞行器设计必须解决的迫切难题。

飞机的防冰防雨系统摘要本论文主要对飞机的防冰防雨系统进行分析。

从飞机的结冰现象展开来阐述结冰探测器的种类及工作原理、飞机防冰防雨系统的工作原理热气防冰,电热防冰,化学溶液防冰,机械防冰以及防雨装置和应用以及风挡的防冰、排雨及控制中的问题,最后对防冰防雨系统的部分故障进行分析。

关键字:热气防冰电热防冰化学溶液防冰机械防冰以及防雨装置ABSTRACTThis paper mainly explains the ice and rain protection system of the airplane.From the aircraft icing phenomenon to explain the types of ice and working principle of the detector、working principle and application of the aircraft ice and rain protection system hot air anti-icing、electric anti-icing、chemical solution anti-icing,mechanical anti-icing and rain-resistant device and the problem of windshield anti-ice,behind the rain.Then finally analysis the part faults of the ice and rain protection systemKey words:hot air anti-icing、electric anti-icing、chemical solution anti-icing、mechanical anti-icing and water-resistant device 目录摘要IABSTRACT II绪论1一、飞机结冰现象21、结冰的条件和类型21.1条件21.2类型22、云的形成和分类22.1云的形成22.2云的分类2飞机结冰的主要气象参数24、结冰强度和结冰厚度25、冰形36、机翼及尾翼结冰的影响37、发动机进气部件结冰影响37.1发动机进气部件结冰37.2螺旋桨结冰38、风挡玻璃及探头结冰的影响48.1风挡玻璃结冰58.2测温测压探头结冰5二、结冰探测器种类及工作原理简介51.直观式51.1探冰棒51.2探冰灯62.自动式62.1振荡式结冰探测器62.2压差式结冰探测器73.放射性同位素结冰信号器7三、飞机防冰防雨系统的分类、工作原理及应用71.热气防冰72.电热防冰93.化学溶液防冰114.机械除冰115.飞机地面除冰126.飞机防雨装置12四、风挡防冰排雨及控制中的问题121、风挡玻璃的防冰方法122、风挡玻璃的防雾133、档排雨系统134、排雨液135、厌水涂层136、风挡刮水器147、发动机进气部件结冰影响147.1温度控制组件147.2过热控制组件157.3功率控制组件15结论16致谢17参考文献18绪论飞机在大气中飞行时,只要遇到高湿度(或低温)两个条件,就可能结冰,结霜,起雾等。

飞机试飞的自然结冰潜势预测及检验评估飞机试飞的自然结冰潜势预测及检验评估一、引言飞行安全一直是航空领域中最重要的考量之一。

恶劣天气条件下，尤其是结冰天气，极大地增加了飞行风险。

自然结冰对于飞机的性能和安全都会产生不可忽视的影响。

因此，准确预测和评估飞机试飞过程中的自然结冰潜势，对于确保飞行安全至关重要。

二、自然结冰的形成及影响自然结冰是指飞机在飞行中遭遇到的大气温度低于冰点（0℃）时，空气中的水蒸汽在飞机上冷凝成冰的现象。

这些冰的形成会导致飞机表面的增加阻力、损失升力、降低机动性能和增加飞机重量等不利影响。

因此，在飞机试飞前对自然结冰潜势进行预测和评估，是确保飞行安全和可靠性的必要步骤。

三、飞机试飞的自然结冰潜势预测方法针对飞机试飞过程中可能遭遇自然结冰的风险，科学家们提出了多种自然结冰潜势预测方法。

其中，常用的方法包括地面预测模型、卫星观测和气象雷达等。

以地面预测模型为例，它基于大气的温度、湿度和空气流动等参数，通过计算和模拟飞机表面冷却的速度和程度，来预测自然结冰的潜势。

四、自然结冰潜势的检验评估为了验证和评估自然结冰潜势预测方法的准确性和可靠性，科学家们进行了大量的实验和试验。

试验中，飞机模型和真实飞机参与到飞行试验中，通过冰晶探测器和红外测温仪等设备，对飞机表面的温度和冰晶的形成进行详细记录和分析。

与此同时，飞行员还对试飞过程中的操纵和性能进行评估，以验证预测结果的准确性和可行性。

五、自然结冰潜势预测与机载冰保护技术除了自然结冰潜势的预测和检验评估，科学家们还积极研究和发展机载冰保护技术。

机载冰保护系统能够通过加热表面、振动杆等方式，防止冰的形成或快速去除冰层。

这些技术的应用，可以大大减轻飞机的结冰负荷，提高飞行安全性能，并减少试飞过程中的风险。

六、结论飞机试飞的自然结冰潜势预测及检验评估是一个复杂且具有挑战性的任务。

准确识别和预测自然结冰潜势，能够及时采取相应的措施，降低结冰带来的飞行风险。

飞机防除冰方法的总结与探究作者：周煜杰来源：《现代商贸工业》2019年第01期摘要：飞机防除冰一直是飞机设计以及安全性验证主要研究课题。

从飞机结冰的基本原理出发，综述了近年来防除冰系统的研究成果，按条理详细总结了目前应用于飞机的两大除冰方法和四大防冰方法，同时在热气防冰的基础上，借鉴发动机涡轮叶片的“气膜冷却”技术，提出一种新的更有效的“气膜防冰”技术。

飞机防除冰的相关梳理与探究对飞机的安全运行有着重要意义，具有较大的研究价值。

关键词：结冰飞行安全;飞机除冰;飞机防冰;气膜防冰中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/ki.1672-3198.2019.01.0991引言自投入运行以来，飞机结冰一直是威胁飞行安全的重要因素。

当飞机穿行于对流层时，会遇到各种极端气候，而飞机的机翼、发动机前端以及各个探测装置正完全暴露在这种环境下，极易出现结冰现象。

根据冰层特性，可将冰层分为毛冰，透明冰和混合冰。

据美国NTSB官方记载，1978年至今至少有800起飞机事故或事件与飞机结冰有关，造成了重大的人员和财产损失。

因此必须要采取有效的防除冰措施对飞机加以防护。

本文从结冰的原理出发，主要总结了国内外现有的防冰和除冰技术，着重论述了除冰系统中的气动带除冰和电脉冲除冰的工作原理和利弊，详细介绍了防冰系统中的液体防冰、涂层防冰、电加热防冰和热气防冰。

最后在前人研究的基础上提出了一种新的防冰方式——气膜防冰，并进行了相关的论述说明。

2飞机除冰方法对于飞机的某些系统部件，当结冰紧急程度不高或处于可控状态时，可以短时间允许部件表面形成较薄的冰层，并周期性去除，这样可以降低系统的能量消耗，且机动性更强，除冰效果更佳。

下面我将对主要的两种除冰方法进行相应的介绍。

2.1气动带除冰法“气动带除冰技术”又称“膨胀管除冰技术”，它是将除冰带安装在机翼表面，在飞机尚无结冰现象时，膨胀管紧贴在飞机表面，进而减小对飞机的影响。

7.2防/除冰系统与排雨系统（ICE AND RAIN PROTECTION SYSTEMS）概述典型防/除冰系统气热防/除冰系统电热防/除冰系统液体防/除冰系统气动除冰系统探冰、排雨、地面防/除冰 飞机探冰系统风档排雨系统飞机地面防除冰飞机结冰—大气中飞行或地面停放时，某些部件表面积聚了冰、霜、或雪的现象。

结冰损害飞机性能：●机体（机、尾翼）结冰空气动力特性变差：●操纵面结冰不能正常偏转实现正常操作。

●螺旋桨、发动机结冰导致：P↓、振动↑、揣振、熄火、停车。

●风档结冰或大雨：能见度↓、强度↓、操纵困难。

●探头、天线结冰：T、V、H、α等数据不可靠→飞行仪表、FMC、NAV、COM、A/P失误或失效。

●结冰是正常与安全飞行的大敌飞机常见防/除冰部位：机翼、尾翼前缘发动机进气道整流罩、进气导向叶片、汽化器、螺旋桨及整流罩风档、雷达罩皮托管、失速传感器、全温探头、排水管等B733B777B733四种典型防/除冰系统： 气动除冰系统液体防/除冰系统气热防/除冰系统电热防/除冰系统气动除冰系统工作原理及应用：让布置在防护表面的除冰带充气膨胀使冰层破碎，利用气流吹除。

用于低速飞机机、尾翼前缘除冰。

夏延ⅢA机、尾翼除冰系统：基本组成：¾除冰带及其充气管道¾增压空气源¾压力调节器、安全活门¾充气定时器¾除冰电门、除冰活门工作特点：¾除冰时膨胀管充气膨胀而破冰¾不除冰时带内抽真空，紧贴翼面保持外形除冰系统基本组成：●除冰带及其充气管道●增压空气源●水分离器及气滤、压力调节器、分配器与引射泵活门组件●充气定时器●除冰控制与指示工作说明：除冰带及工作循环压缩空气源电子定时器功用除冰控制面板控制：除冰电门显示：压力表、系统失效警告灯 气动除冰系统弱点：除冰时阻力大，不适于高速飞机用除冰可能不彻底功用：保证雨、雪天起飞、进埸着陆时，风档有清洁区。

因驱动动力不同分为：液压式电动式工作－电机或液压驱动雨刷来回运动排雨干风挡不得使用雨刷典型电动风档雨刷系统电机驱动雨刷臂、雨刷片由四位电门选择所需设置典型电动风挡雨刷系统2.风挡排雨剂系统功用：与雨刷结合保证大雨天（起飞、进近、着陆）风档有良好能见度。

补充章节飞机系统其他常用传感器介绍一、除冰系统1.除冰系统探测器对飞机结冰现象的探测主要依靠结冰信号器,该类信号器依据产品外形可以分为外伸式和内埋式两种。

根据所采用的关键技术可以分为放射线技术、热交换技术、谐振技术、磁滞伸缩技术、导电环技术等。

放射线技术传感器:利用安装在信号器内的放射元素锶90的放射性来工作的。

当没有冰层沉积时,放射线发出的电子束全部被吸收管吸收形成电子负压,使晶体管处于非导通状态。

当出现冰沉积时,部分电子被冰层吸收,使得到达吸收管的电子束减少,电压升高,晶体管导通而发出结冰告警信号。

热交换技术传感器:利用一个恒定功率热源向热敏元件加温,同时测量并不断比较热敏元器件上不同点位之间的增温速率,温差变化越大说明结冰的可能性和冰层厚度越大。

谐振技术传感器:利用线圈中的电磁激励原理使传感器中的弹性敏感元器件产生机械谐振,当有冰层沉积时,弹性敏感元件就会发生刚度变化而引起振动频率改变,从而给出结冰告警信号。

磁滞伸缩技术传感器:利用电磁振动原理将传感器设计在一个固定频率点进行超声振动,当有结冰沉积时,其振动频率相应改变,变化达到一定程度时就出现告警信号。

导电环传感器:利用电桥电路中的测温电阻在低温下的阻值变化引起电桥电路的不平衡,使导电环接通或断开而给出告警信号光纤式传感器：该类传感器是利用光的发射与接收原理,通过在光纤中传播的发射光被接收后的信号强弱来判断结冰的严重程度。

其具备以下优点:灵敏度高,能够探测出0.1 mm以下冰层厚度;预警时间短,预警响应时间不大于2 s;探测范围宽,最大探测冰层厚度超过5.0 mm;具有冰型判别功能,能够实现结冰告警,进行除冰效果判断,实现对飞机结冰的控制管理。

缺点是体积较大,并易受强光干扰。

最新发展方向：欧美等航空技术先进的国家已经在研发基于神经元网络技术的飞机结冰探测系统,还计划将气象信息与飞机姿态信息相综合,构成结冰安全自动控制和管理的飞行员专用信息系统。

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安全性。

飞机表面出现冰，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表面，并不会太多增加飞机重量，且能够快速融化冰。

这种安全的设备目前已向整个航空界推广。

1.2飞机表面结冰现象、结冰形式以及影响因素高空飞行飞机的迎风表面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”指的是飞机部件表面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表面而发生的积冰现象。

水滴积冰严重时常常会飞机的气动外形、危害飞机的飞行安全，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表面温度高于冰点，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表面发生的干结冰现象，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，机体表面温度低于周围气温达到结霜温度时．空气中水汽在飞机表面凝华成冰的现象。

升华结冰．只要飞机表面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内容。

飞机除／防冰液防冰性能适航验证浅析摘要：飞机在冬季飞行时常受到结冰情况的困扰，并曾因此引发过多起重大事故。

飞机除＼防冰液的使用不仅可以对飞机进行除冰，更可以提升飞机的防冰效果，延长除冰后机身防冰耐久时间。

准确评价不同类型、不同浓度除/防冰液的防冰耐久性能将会更好的为飞机起降提供指导，并为航空安全贡献出一份力量。

关键词：除/防冰液、防冰耐久性能、适航试验中图法分类号：V244.15Absrtact：Icing is one of the important factors of flight safety in winter，which has led to fatal flight accidents. De/anti-icing fluids should be used to remove the ice covered on the aircraft，and protect the aircraft from icing. By determining accurately the anti-icing endurance of all types of de/anti-icing fluids，it will offer better support and guidance for aircraft taking off and landing，and contribute to guard flight safety.Key words：De/anti-icing fluids；Anti-icing endurance；Airworthiness test0 引言飞机在结冰气象条件下飞行时，在飞机机翼前缘，发动机进气道和压气机叶片上，在涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨桨叶上，在驾驭舱风档玻璃上，以及测温、测压的各种传感仪器探头上，常常会遇到结冰的现象。

飞机结冰后，会破坏飞机的气动外形，降低飞行性能，改变飞行特性，增加航空器的重量，限制航空器操纵面的活动范围，导致仪器、仪表指示失常，发动机外来物损伤、喘振，甚至失效。

桨叶防/除冰技术简述作者：姚智来源：《科技风》2021年第13期摘要：首先，介绍了直升机桨叶的结冰条件、影响因素及防/除冰方法，叙述了旋翼防/除冰系统构成、研制及试验工作;然后，对防/除冰桨叶研制及试验研究的部分关键技术进行了归纳阐述;最后，对现状进行总结并对未来的研究做出展望。

关键词：直升机;结冰;防/除冰;桨叶研制;试验研究桨叶结冰是指直升机桨叶表面聚集冰层的现象。

由于旋翼系统桨叶结冰会导致直升机气动外形的破坏，造成飞行时的剧烈颤动，影响直升机的操纵、安全和飞行品质。

所以，研究桨叶的结冰机理、防/除冰及试验验证技术都对提升直升机的实际飞行能力具有非常重要的意义。

1理论概述1.1桨叶结冰及防/除冰直升机桨叶的结冰条件，包含连续最大和间断最大结冰条件等，其状态由液态水含量（LWC）、水滴平均有效直径（MVD）、云雾均匀性、环境温度、大气压力和飞行速度等影响因素共同决定。

与常规认知不同，因为露点温度的差异，一方面，会造成云雾水滴在-20℃乃至更低环境温度下，仍然能够以液态水的形式存在;另一方面，也会造成水汽在适宜湿度下，0℃以上环境温度时就产生结冰现象。

在实际飞行中，桨叶冰层则主要由云中过冷水滴或过冷降雨撞击桨叶表面凝固形成，其次也可能直接由水汽在桨叶表面凝华而成。

现有的防/除冰技术大致有如下几种类型：①电加热防/除冰;②气动防/除冰;③涂层防/除冰;④热气防/除冰;⑤微波防/除冰。

其中，电加热防/除冰技术适用于各类冰型，且能够满足桨叶表面复杂的防护要求。

同时，具备结构易于实现、使用受限时间少、价格低廉等优点。

所以，在研制国产直升机防/除冰桨叶时，经综合考量后，最终采用了电加热防/除冰技术展开应用研究。

在实际工程应用时，又由于发动机功率有限，对于需要更多能量的主旋翼防/除冰系统而言，只能采取更为节能保守的除冰策略。

所以，直升机桨叶电加热防/除冰研究，实际上是对于主桨叶除冰和尾桨叶防冰技术的研究。

1.2系统构成与试验研究直升机桨叶电加热防/除冰系统主要由防/除冰桨叶（内置加热组件）、温湿度探测器、结冰指示器、防/除冰控制器、加热电源、集电器、配电器等部件组成，其中：防/除冰桨叶是系统研制的重中之重。

飞机结冰有多危险？怎么在空中除冰呢？
飞机结冰是一种危险的现象，由于大部分飞机采用蒙皮覆盖，而当冰层过厚时会显著加重飞机，并阻碍飞机正常释放热量，从而影响飞机的性能和操纵性。

此外，当飞机经常接触结冰状态时，它可能会发生非常严重的危险事件，因此，在空中除冰至关重要。

一.要预防飞机结冰，首先要对天气状况进行监测和预报：
1.在执行航班任务前，应通过地面气象观测站和航空气象探测器收集全空域天气数据，了解全空域风速、温度及液态水含量等信息；
2.检查飞行线路上能见度和气温是否达到预定要求；
3.及时补充有关结冰、雾和雾气等天气信息；
4.在飞行途中及时调整起降航点，以避免途中结冰危险；
5.在飞行途中检查大气的湿度和温度及低空的液态水含量，如果出现结冰状态，应及时复飞其他航线或降低高度，以避免结冰发生。

二.在空中除冰：
1.避免低温、低湿度天气：最佳的在空中除冰方法是避免引起结冰的原因，尤其是低温、低湿度天气，增加室外温度，使机身尽可能保持温
暖，以降低结冰危险；
2.空气湿度控制：除冰控制装置可以控制机身内部和外部的空气湿度，从而减少表面的结冰现象；
3.运用除冰技术：运用热屏蔽和蒙皮技术以及加热装置，以降低机翼和发动机的结冰危险；
4.采用化学除冰：运用专用的除冰液，以预防飞机表面的结冰；
5.使用机载除冰装置：采用机载除冰装置，有效地控制飞机冻结的雨滴，从而减少结冰危险。

因此，除冰技术是非常重要的，可以极大地减少飞机结冰危险。

应该
加强对结冰技术的学习并采取有效措施，以确保飞行安全。