结冰条件的定义,海水结冰的条件

首页 > 教育培训 > 作者:YD1662023-06-03 11:39:26

防冰是飞行中的重中之重,无论春夏秋冬!

说到防冰那我们就要了解飞机为什么要防冰,结冰的飞机不是很酷吗?像这样

结冰条件的定义,海水结冰的条件(1)

嗯,的确很酷,但是这样的飞机你敢坐吗?你敢坐飞行员也不敢飞啊!!!

机翼的积冰会直接破坏机翼流体,使气体过早与机翼分离而破坏升力结构,升力减小阻力增加,使飞机在高速低迎角状态下产生失速的风险,发动机整流罩的积冰则直接威胁到发动机的安全,冰花一旦盛开在飞机的发动机上,美丽中便暗藏危险。因此飞机发动机和机翼的防冰除冰对于飞行运行来说是重中之重的大事。

结冰条件的定义,海水结冰的条件(2)

冬天气温低,在有可见水气的环境下容易产生积冰,那么夏天也需要防冰吗?答案是肯定的,我们知道平流层的大气呈现出随高度增加温度递减的规律,所以在高空温度降到一定程度且有水汽的条件下,飞机表层会出现结冰现象,特别是机翼和尾翼前缘、发动机整流罩、风挡玻璃等直接与空气接触的部位在积冰条件下会迅速积累冰层。那我们在什么时候开启发动机防冰和机翼防冰呢?

对于空中使用发动机防冰,《使用手册》里有如下规定:"存在或预计结冰条件(icing conditions)时整个飞行阶段都必须打开发动机防冰,除了爬升和巡航时温度低于-40℃ SAT(静温)。在所有结冰条件包括温度低于-40℃ SAT,下降前和下降过程中必须打开发动机防冰。"对于"结冰条件"手册里是这样定义的:"当OAT(地面上和起飞时)或TAT (飞行中)小于或等于10℃并且:出现可见的水气(云、能见度小于1英里的雾、雨、雪、冻雨、冰晶等);或停机坪、滑行道或跑道上出现积水、冰或雪"在这种条件下飞行员必须打开发动机防冰(地面和空中)和机翼防冰(空中)直到SAT=-40℃。

根据以上这些规定,有三种不同的标准OAT(地面用)、TAT(空中用)、SAT(低温用),为什么会使用三种温度作为判断的依据而不统一使用一种呢?为什么水在0℃时才结冰而防冰要在小于10℃就用呢?零下40℃就不用防冰了呢?要解决这些疑问,让我们先从它们的定义和区别谈起。

TAT(Total Air Temperature全温)是指压缩空气的速度提高到运动物体的速度时,空气全受阻时的取样温度。在B737飞机上TAT是由全温探头直接探测出来并显示在中央仪表板上的。在空中飞机和大气形成高速相对状态,飞机上用以测量温度的全温探头在测量温度时让高速气流压缩静止,这部分进入探头管道的空气被压缩而升温,升温幅度则与飞机的高度、速度、大气温度密度等相关,而飞机机翼、尾翼、发动机整流罩等部位直接接触空气同样使空气压缩,所以虽然有少量偏差,但TAT仍可视为飞机的表面温度而极具参考性

SAT(Static Air Temperature静温)是指飞行中飞机周围未受扰动的大气温度。因为高空无法直接测量OAT,我们通常也可将SAT看作是飞机飞行时所处的外界大气温度OAT。即SAT为理论上的OAT,这个温度是由大气数据计算机根据探测到的TAT修正得到的,显示在CDU进程页面第三页。

结冰条件的定义,海水结冰的条件(3)

我们知道,由于取样空气在绝热压缩时产生的附加热量,故全温比静温高。具体的关系表达式为TAT=SAT ΔT(温升)=SAT 0.2M ;*SAT(其中TAT和SAT的单位是绝对温度,M为飞机马赫数)。TAT可以看作是运动中的飞机表面的空气温度,它决定着飞机表面何时开始形成积冰(TAT=0℃时)。飞机在同样的SAT(OAT)环境下TAT随着速度的变化而变化,用TAT来决定打开防冰的时机可以避免飞机速度变化带来的的影响。这就是把TAT用作使用防冰的温度"上限"的原因。

由此可以推导出,在地面,因为几乎没有速度,TAT、SAT、OAT指示相同,而随着速度(马赫)增大,TAT与SAT分离,同时OAT已经不能直接测量,只能使用理论值SAT,于是在高空高速状态下,外界空气温度约等于SAT,客舱娱乐系统屏幕上显示的"机外温度"实际上是推算出来的SAT,而TAT因为空气压缩会高于SAT,三万英尺以上0.8M左右时两者差值经常达到30℃以上,也就是说高速下飞机表面温度远高于周围的空气温度。

由于飞机全温探头测量的空气的速度与飞机空速相同,但流过飞机的某些构件如机翼上表面和发动机进气道的空气速度要高于飞机的空速。气流速度的增加带来压力的下降,进而带来温度的下降。考虑到这个因素,对于B737,波音规定 10℃TAT为打开防冰的起始温度。

我们用TAT=10℃来限定,首先是因为飞机是否积冰取决于其表面温度而不是空气温度,TAT代表了飞机表面温度所以用TAT而不是SAT;其次,因为机翼上表面和发动机整流罩(两者是飞机主要积冰区)的流体设计使得相同空速下其表面空气流速会大于全温探头中的空气流速,根据热力学定律或者常识,它表面的温度就会低于全温探头空气压缩前的温度,差异程度取决于空速,但经测算在飞机空速限制范围内,这个差异小于10℃,就是说探头测的温度理论上会比机翼上表面和发动机整流罩的温度高最多10摄氏度,这就是为什么TAT=10℃时就要开防冰

而对于SAT,由于当SAT(OAT)为-40℃以下时,空气中的过冷水滴变得极少而无法产生结冰现象,因此我们在爬升和巡航时温度低于-40℃SAT的情况下,可以不使用发动机防冰。但是由于在下降过程中可以预计到的温度升高会导致结冰的可能,《使用手册》里又同时规定"在所有结冰条件包括温度低于-40℃SAT,下降前和下降过程中必须打开发动机防冰。"

对于B737飞机的防冰使用,除了上面这两个规定以外,《使用手册》还有一个规定——"注意(CAUTION):全温大于10℃(50℉)时不要使用发动机或机翼防冰"(《使用手册》SP16.1)。有些飞行员习惯等到温度升高到11、12℃时再关防冰,认为这样似乎稳妥一些。但是关于"注意(CAUTION)"的级别,《使用手册》是这样定义的:"注意:操作程序、技术等 如不小心遵守,可能导致设备损坏"(《使用手册》0.2.3)。这说明在TAT>10℃时使用防冰可能会导致相关设备的损坏。从这点看,作者认为,TAT>10℃时使用防冰不仅没有必要而且是有害的。另外,在QRH中,检查单"发动机整流罩活门打开"里规定,当活门失效在打开位时,"若全温大于10℃,尽可能将受影响的发动机推力减小到80%N1"(QRH NNC3.1)。

虽然从大学到工作已经有6年多,但是一些知识还是没有完全理解和掌握,谨以此篇文章分享给大家,不对之处请批评指正。欢迎留言评论。

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