飞机除冰液空气动力学性能研究
飞机防冰排雨系统的分析与研究
飞机防冰排雨系统的分析与研究发布时间：2022-08-21T01:25:44.912Z 来源：《科技新时代》2022年1月第1期作者：胡文祺[导读] 如今飞机已经是人们出行的重要交通工具胡文祺空军工程大学陕西省西安市摘要：如今飞机已经是人们出行的重要交通工具，飞行因为阻力小、省油等原因飞机的巡航高度在八千到一万两千米之间，而每上升一千米的高度空气温度下降6摄氏度，所以飞机航行所在高空温度极易产生结冰现象。
在没有防护措施的情况，飞行在结冰的气象条件下，飞机迎风的一面会出现一定的结冰现象。
在飞机飞行结冰的情况下这样不仅仅会破坏飞机整体的气动布局，而且还会增加飞机的整体重量和增加很多的阻力，飞机的操纵性能会降低，飞机也会因为传感器的结冰而指示失常和失真。
所以说飞机的排雨防冰系统是飞机上必不能缺少的系统。
关键词：防冰排雨系统，工作原理，组成与应用 1.飞机结冰的影响 1.1机翼结冰飞机外表面结冰，尤其是机翼的外表面结冰，严重影响了飞机飞行的安全性。
即使是来自冰、雪或霜冻的轻微污染也会损坏机翼表面，另一方面，冰的粗糙度相当于中等程度的砂纸，可以将控制质量降低到危险水平和失速范围。
机翼表面粗糙，在地面效应和自由空气两种条件下损失最大升力系数。
由此产生的升力损失很大，以至于拥有高性能超临界翼型机翼的飞机无法起飞。
实验表明，由于纸张导致机翼表面粗糙，在摇杆振动仪发出失速警报之前，平板机翼的最大升力被降低了。
飞机的大部分升力是由机翼和尾翼产生的。
机翼和尾翼结冰后，主要在机翼前缘积冰，机翼阻力升高，升力下降，恶化飞机操纵性能，降低飞机稳定性。
1.2发动机进气部件结冰飞机在结冰天气下飞行时，飞机发动机的压缩机的前缘卡环、涡轮风扇发动机的进气道的前缘、第一压缩机的前导流翼都会发生结冰现象。
飞机发动机压缩机前缘整流：气动形状破坏，吸气速度分布不均，空气局部分离，造成发动机叶片振动。
若冰层随着气流进入到了发动机压气机的内部，就会使压气机受到机械损伤。
I型飞机除冰
I型飞机除冰/防冰液最新进展在冬季，飞机表面上的冰、雪、霜等沉积物会给飞行安全带来严重影响。
根据空气动力学要求，只有当飞机表面呈平滑洁净状态，气流在机翼上产生足够的升力时，飞机才能安全起飞。
冰、雪、霜等沉积物会使飞机外表变得粗糙，阻力增加，升力减小，严重时还会使飞行姿态难以控制，给飞行安全造成严重威胁。
因此，必须除去飞机表面的冰、雪、霜等沉积物，飞机才能被放飞。
目前，除冰/防冰的主要方法是使用飞机除冰/防冰液。
在常用的除冰液中，I型飞机除冰/防冰液简称I型除冰液或I型液，常用于飞机除冰和防冰，下面介绍有关I型液性能和使用方面的最新进展。
1．关于除冰液的液膜收缩现象近年来，研究人员在进行喷水防冰时间测试（一种防冰性能模拟测试方法，简称WSET）时，发现某些I型液容易在测试板上出现液膜收缩现象，喷水防冰时间（WSET）明显缩短。
这种现象在现场除冰中表现为除冰液从飞机表面迅速收缩、下滑并流走，结果造成防冰时间明显缩短。
经过民航二所科研人员多年的跟踪、调查，FCY-1A除冰液在使用过程中具有良好的润湿性和附着力，能迅速、有效地铺展在飞机表面，没有出现除冰液的液膜收缩现象，防冰时间满足FAA公布的防冰时间表（HOT表）要求。
２．关于除冰液加热后沉淀问题根据国际上通用的除冰/防冰方法，I型液需要在加热状态下使用。
在我国冬季气候条件下，I型液通常在5050稀释状态下加热使用，而稀释用的水通常是普通自来水。
我国北方地区冬季自来水的硬度较大，稀释的I型液加热后容易出现沉淀，而且出现沉淀与否与除冰液的厂家和牌号密切相关。
现在使用的除冰车很多都带有“即热式快速加热系统”，这种系统可以使除冰液在喷射过程中被加热，因此稀释的I型液在加热后是否出现沉淀很容易被忽略。
如果仔细观察加热的液体，就能发现是否有沉淀。
关于这种沉淀现象对除冰液性能的影响，在《民航科技》2006年第四期中有相关研究报道。
３．关于防止II、Ⅳ型液产生水合凝胶的问题在1996—1999年间，欧洲的航空公司多次发生除冰引起的飞行事故，其典型表现为高空飞行时升降舵控制器发生冻结。
来自FAA的地面除防冰知识补遗
来⾃FAA的地⾯除防冰知识补遗除了关于“保持时间”的基础知识，《Revised FAA-Approved Deicing Program Updates, Winter 2020-2021》这份⽂件还能告诉你什么——复合材料⼤翼为什么保持时间短？防冰液为什么冒热⽓？什么是LOUT？什么是“允许时间”？可以在雪中起飞吗？防冰液可以应付冰雹吗？⽓温⾼于露点会结霜吗？飞⾏员可以⾃主判断降⽔强度吗？除冰之前可以放出襟缝翼吗？防冰液有可能会残留在操作舵⾯上吗？翼尖装置是关键表⾯吗？冷透⼤翼有霜可以起飞吗？窗户上可以使⽤防冰液吗？……笔者初步整理、翻译了这份⽂件的⼤部分内容，并重新组织了32个⼩标题，全⽂2万余字，分享给读者。
因能⼒和时间所限，难免有错漏，欢迎交流和指正！如需要⽤于政策引⽤、课题研究和组织培训等正式⽬的，建议参照原⽂复核相关内容。
⽬录01 通告的⽤途和受众02 哪⼉找到本通告03 通告的背景04 I型液的性质和相关表格05 II、III和IV型液的特性和表格06 I型和其他3型的表格的不同07 最低操作使⽤温度（LOUT）08 降⽔强度、类型等信息09 重度雪中的运⾏10 在冰丸和⼩冰雹条件下的运⾏11 冰雹、⼩冰雹等等（METAR代码GR、PL…）12 不存在HOT或允许时间的其他情况13 混合降⽔情况14 飞⾏员评估降⽔强度指南15 液体的质量控制16 液体的使⽤17 备选的和新的技术18 HOT的计时问题19 机组对于影响防冰处理的情况的警觉20 伸出襟缝翼造成液体提前失效21 使⽤II或IV型液后飞机未能离地22 除冰液和防冰液的相容性23 含碱有机盐(AOS)的⾮⼄⼆醇除冰液24 跑道除冰剂对防冰液的可能影响25 单引擎、⾼翼涡轮螺旋桨飞机检查26 后置发动机的硬翼飞机的触觉检查27 液体的⼲燥化28 被认为是关键表⾯的翼尖装置29 冷透燃油霜30 飞⾏中的液体冻结31 机库中的防冰32 其他《Revised FAA-Approved Deicing Program Updates, Winter 2020-2021》（FAA认证除冰⼤纲的年度更新，下⽂称为《通告》），是以通告形式发布的指导性的技术⽂档。
飞机除冰防冰液
飞机除冰防冰液除冰防冰液工作原理一步法除冰和防冰原理除冰防冰液是用来除去航空器表面冻结的污染物，其主要成份为冰点抑制剂，使用加热的液体除冰，利用其热量融化冰层去除冰雪，同时冰点抑制剂可以防止除冰过程中再结冰。
二步法除冰和防冰原理防冰液是用来防止冻结污染物形成和聚积。
除冰结束后，喷洒防冰液。
防冰液在航空器表面形成一层薄膜，起到防冰的作用。
Ⅱ型液为非牛顿流体，能更好的附着在静止航空器的表面，形成较厚薄膜，较Ⅰ型液防冰保持时间更长，防冰性能更好。
除冰防冰液种类和性能除冰液除冰液用于除去航空器表面的冰、雪、霜等污染物。
除冰液在加热时具有较高的除冰效率，在除冰设备喷嘴处的温度应不低于60℃，最高温度不能超过除冰液厂家或航空器制厂家的规定。
用于二步法除冰和防冰中的第一步的除冰液包括：a）热水；热水不具备防冰保持时间，应慎重使用。
具体使用要求见各机型维修手册。
b）Ⅰ型除冰液；c）Ⅰ型除冰液与水的混合液；d）Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型液与水的混合液。
防冰液防冰液能保持航空器表面在一定时间内不结冰、结霜和积雪，又能在航空器起飞时被从航空器表面吹脱。
用于一步法除冰和防冰，以及二步法除冰和防冰的第二步的防冰液包括：a）Ⅰ型液；b）Ⅰ型液与水的混合液；c）Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型液；d）Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型液与水的混合液。
a）和b）中所述液体必须被加热到喷嘴处液体温度不低于60℃。
除冰防冰液的性能特点对航空器材料安全性的影响由于除冰防冰液在使用过程中要与航空器表面接触，根据航空器制造厂家和航空器除冰防冰液标准要求，必需测试除冰防冰液对航空器材料安全性的影响，这些测试项目包括夹层腐蚀、全浸腐蚀、低脆镉板腐蚀、丙烯酸酯龟裂实验、聚碳酸酯龟裂实验、氢脆试验和应力腐蚀等。
除冰防冰液的成份除冰防冰液中都含有冰点降低抑制剂，通常为乙二醇（Ethylene Glyco 简称E.G.）、丙二醇（Propylene Glycol 简称P.G.）、二乙二醇俗称二甘醇（Diethylene Glycol 简称D.E.G.）等，这些冰点抑制剂可以防止除冰防冰液及其与水的混合液在低温下结冰。
通用飞机液体防冰系统简介
航空航天科学技术通用飞机液体防冰系统简介龙涛李佳望王利霞李春麒谭弘扬（中电科芜湖钻石飞机制造有限公司安徽芜湖241000）摘要：本文研究了通用飞机结冰的原因、结冰对通用飞机的影响和通用飞机使用防冰系统的现状，说明了液体防冰系统的机械系统部分、电子系统部分和整个液体防冰系统的工作运行情况，分析了液体除冰系统的生产制造、测试工艺的应用，以及维护保养、故障排出的具体操作要求，最终得出了液体防冰系统能有效防止通用飞机结冰，从而保证通用飞机飞行安全。
关键词：通用飞机防冰系统液体研究中图分类号：V233文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)05(b)-0038-03近年来，我国通航产业蓬勃发展，通用飞机数量大大增加。
但时至今日，因结冰现象而导致的通用飞机飞行故障和事故屡禁不止，严重影响着飞行安全。
据美国联邦航空管理局（FAA）飞行安全部的统计，1990—2000年期间，由于结冰引起的事故多达388起。
2003—2008年之间，又有380起事故与结冰有关。
飞机结冰后，不但增加了飞机的重量，而且破坏了飞机的气动外形，因而使阻力增加，飞机操纵性、稳定性下降。
因此，研究通用飞机的防冰系统是一项刻不容缓的任务。
1背景2020年初，一架隶属于海航宜昌航校的教练机在返航途中因结冰坠毁在湖北长阳，事故导致1名教练和2名学员在内的3人遇难。
通用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、涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨桨叶上、驾驶舱风挡玻璃上，以及在测温、测压的各种传感仪器探头上常常会遇到结冰的现象［1］。
1.1引起通用飞机结冰的原因通用飞机一般在10km以下高度飞行，当在负温云层中飞行时，可能在飞机表面发生结冰的现象，即通用飞机在大气中飞行，只要同时遇到水分和负温两个条件，就会结冰［2］。
根据结冰时的具体情况，通用飞机结冰方式主要有3种：第一，大气中的过冷水滴撞击通用飞机表面并在其上冻结；第二，大气中的气态水（即水蒸气）不经过液态相而直接冻结在通用飞机上；第三，通用飞机在热带地区飞行时，如果遇到冰晶云（由冰晶体组成的云），冰晶体会沉积到通用飞机表面上而引起结冰［3］。
飞机除冰液成分
飞机除冰液成分。
飞机除冰液包含多种物质，它们的成分和作用有许多不同。
一般的飞机除冰液含有碳水化合物、表面活性剂、蒸汽、化学微生物
和银溶剂。
碳水化合物是飞机除冰液的最主要成分，可以使接触到的冰在低温的
环境中熔融，同时还可以稳定系统和增强系统的稳定性。
表面活性剂可以帮助碳水化合物分散，以强化其除冰能力。
它还可以
在系统中形成脱模剂，帮助消除冰的积聚物。
蒸汽可以起到增压作用，有助于将飞机除冰液分散和传播。
化学微生物可以把冰溶解，帮助更好地除冰。
银溶剂可以帮助冰更快地融化，并帮助处理严重的冰积。
总之，飞机除冰液是一种组合合成的液体，它们是由多种成分组成的，每种成分都有自己独特的功能作用，协同完成除冰的效果。
此外，飞机除
冰液还与湿冷空气范围相关，因此必须使用安全可靠的原料，避免不可预
料的影响。
直升机积冰对飞行的影响及除防冰技术分析
直升机积冰对飞行的影响及除防冰技术分析一.直升机积冰的形成与强度1.直升机积冰的形成直升机积冰的必要条件之一是飞行大气环境中存在着0℃以下仍未冻结的过冷水滴。
过冷水滴是云层中水滴存在的一种特殊情况，过冷水滴虽然在云层大气中不冻结，但是状态不稳定，受到扰动可能迅速凝固成冰，当过冷水滴撞击到空速管、旋翼桨叶、风挡玻璃等部件的迎风表面上时，水滴被打碎，平贴在表面上，由于水滴表面曲率突然减小，液态水受的压力骤然降低，对应的冰点就变大了。
而且机体表面温度较低，会很快的吸收水凝固所发出的热量，因此会迅速的在机体表面上凝固，这就是云或降水中过冷水滴撞击到机体上就会冻结形成积冰的原因。
2.直升机积冰强度直升机积冰强度可划分为4个等级，用以说明积冰情况的严重性。
弱积冰:冰在小部件上形成，但冰结成速率很慢，对飞行一般不会造成威胁，因而不需要使用任何防冰系统，除非在不变的高度连续飞行。
中度积冰:在没有任何防冰措施下，积冰发生并以一定速率增长，如果继续延飞行时间，会对飞行造成威胁，然而可以通过使用防冰系统消除威胁。
强积冰:冰以可能对飞行造成威胁的速率结成，需要使用防冰系统或者改变飞行航线，以消除威胁。
极强积冰:冰以直接对飞行造成威胁的速率结成，已经很难通过防冰系统解决问题，直升机的性能继续恶化，需要直接强制飞行路线的改变。
二.直升机积冰对飞行的影响在飞行中，机体容易积冰的位置主要在机体的突出部位。
如：旋翼、空速管、天线、风挡、发动机等。
不同部位、类型和程度的结冰对飞行的影响不同，直升机积冰将恶化直升机的气动特性，使得阻力增大，升力减小，影响直升机的稳定性和操纵性，严重时会导致事故发生。
1.旋翼积冰旋翼积冰时，直升机的空气动力特性和飞行特性显著变坏，导致升力系数下降阻力系数增加，破坏空气绕过翼面的平滑流动，使升力减小，阻力增大；爬升速度、升限和最大飞行速度降低，失速空速增大，燃料消耗增加，机动性能和着陆性能变差，严重危及飞行安全。
从全美航空405号班机空难看飞机除冰防冰适航性
看飞机除冰防冰适航性
摘要：
飞机结冰一直是导致飞机安全事故的一个重要因素。据统计由于结冰引起的飞行事故占飞机重大安全事故的9%。随着航空工业的不断发展，飞机的除冰和防冰技术受到越来越多的重视，有关飞机除冰防冰的适航性要求也越来越严格。本文从全美航空405号航班空难出发，对空难事故原因进行相应的分析，阐述了本次空难引发的相关适航条例的改变和飞机除冰、防冰技术的发展。之后再对如今飞机除冰、防冰技术（包括地面除冰和飞行过程中的除冰）进行了详细的探讨。最后，文章介绍了现阶段对飞机除冰、防冰技术的适航性要求，并对飞机除冰防冰适航性进行了展望。
这次空难的肇事飞机为福克F28-4000系列。这事发当天，航班准备从纽约州拉瓜地亚机场飞往俄亥俄州克里夫兰霍普金斯国际机场。
拉瓜地亚机场的天气报告表明，这夜，天气状况恶劣，所有滑行道上都覆盖了薄薄的一层雪。
起飞前地勤人员于是使用I型除冰液对飞机进行除冰，在此期间天气并未有所好转。除冰完成后，两辆除冰车之一出现机械故障，接近二十分钟无法移动，飞机因此受到延误。
图4是翼型前缘放大图及三种冰型，分别是尖头体A冰型、钝头体B冰型和双角体C冰型。
图4A、B、C三种冰型图
图5和图6分别给出了 ，Re=6 时的升力系数和阻力系数曲线图，分别是干净翼型与三种结冰翼型的计算结果对比，可以看出钝头体B冰型和双角体C冰型对升阻系数的影响较大，而尖头体A冰型的影响相对要小。
图5不同冰型对升力系数的影响
在空管员放行后，机组人员开始准备起飞。从起飞一直到抬升机头时一切如常。忽然，飞机就像失去升力一样。机长尝试使机翼保持水平，机组尝试使用右舵来操控飞机使其返回地面。就在起落架离开地面五秒钟之后，飞机的左机翼与沥青跑道产生长达110英尺的摩擦，并触发了振杆器（提示航速过低），在飞机先向左倾、后右倾，最后再左倾后，机组人员收到六次失速警报，此时距离地面仅有数米。飞机撞击了两个目视进场斜率指示杆后以着陆姿势再度航行了约100英尺。不及机师再次爬升，飞机撞击了仪器着陆系统（ILS）的信号塔和一个水泵房。
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２ ０ １ ５年 １ ０月
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用
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Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
飞机 除冰 液 空气 动 力学 性 能研 究
彭华乔 ， 吴海涛 ， 王强， 夏祖西， 张亚博 ， 苏正 良
ｐ ｙ ｌ ｅ ｎ ｅ Ｇ ｌ ｙ ｃ ｏ ｌ ， Ｐ Ｇ）和 二 甘 醇 （ Ｄ ｉ ｅ ｔ ｈ ｙ ｌ ｅ ｎ ｅ Ｇ ｌ ｙ ｃ ｏ ｌ ，
Ｄ Ｅ Ｇ ） 等多元醇为主要原料 ， 并添加一些能提高除冰 效率的表面活性剂和防腐剂 ， Ｉ Ｉ 型、 Ｉ Ｉ Ｉ 型和 Ｉ Ｖ型飞
使飞机的飞行性能大大下降， 特别 当飞机起 飞上升 时， 使得飞行姿态难 以控制 ， 严重则造成空难。世界 航 空史上 已发生 多起 因恶 劣 冰雪 天 气 造 成 的空 难 ， 飞行 机组 、 机 务和 签派 人 员 都应 高 度 重 视 冬季 气 象 条 件给飞机 带来 的危 害 。因此 ， 为 了保 障 正 常航 运 和飞行安全 ， 必须 除 去 飞机 表 面 的冰 霜积 雪 ¨ Ｊ 。采
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｑ ０ ５ ６ ． １ ； Ｖ ２ １ １ ． ７ 文 献 标 识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １— ３ ２ ０ ６ （ ２ ０ １ ５ ） １ ０—１ ９ ３ ４— ０ ４
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ａ ｃ ｃ ｅ ｐ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ
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用飞机除冰液除去冰霜积雪是 目前常用的方法 ， 但 喷洒在飞 机表面上 的除 冰会对 飞机 的空 气动力 学性 能带来一定影 响 ， 从 而影 响到 飞机 的升力 ， 这种影 响 随着液体 的浓度 、 粘 度 和温度 变化 而变化 。
机除冰液还添加 了增稠 剂。其 中 Ｉ 型需符合 Ｓ Ａ Ｅ Ａ Ｍ Ｓ １ ４ ２ ４ ＿ ２ 的要求 ， 为牛顿流体， 粘度较小 ， 醇含量
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（ 中国民航局第二研究所 ， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ４ １ ）
摘
要： 介绍 了飞机除冰液适航 审定 、 飞机除冰液空气 动力学性 能发展历史 、 相关标 准和测试 方法等 ， 分析 了测试
应注意的问题 。空气动力学性能是飞机除冰液重要 的一项技术指标 ， 我 国适航 部门一直严格 按照要求对该项性能 进行 审定 以确保航 空安全 。 关键词 ： 飞机除冰液 ； 空气动力学性能 ； Ｓ Ａ Ｅ Ａ Ｓ ５ ９ ０ ０ ； 适航
在结冰条 件下 ， 冰、 雪、 霜对 飞 机 的运行 安 全 会
冰液 以 乙二 醇 （ Ｅ ｔ ｈ ｙ ｌ ｅ ｎ ｅ Ｇ ｌ ｙ ｃ ｏ ｌ ， Ｅ Ｇ） 、 丙二醇 （ Ｐ ｒ ｏ ．
造成直接影响， 会使飞机外表面变得粗糙 ， 增加飞机 重量 ， 限制飞机操纵面的活动范围 ， 导致仪表误差， 严 重时还 引起 飞机 失 速 增 加 和瞬 间 反 常上 仰 ， 从 而