[科普中國]-飛機(jī)防冰裝置

簡介

防止飛機(jī)表面某些突出部位結(jié)冰或在結(jié)冰時(shí)能有效地除去冰層的設(shè)備。在云層和降雨區(qū)中，有些水滴雖然溫度低于零攝氏度，只要沒有強(qiáng)烈的擾動(dòng)，仍不會(huì)結(jié)冰，這種水滴叫“過冷水滴”。當(dāng)過冷水滴受到飛機(jī)的擾動(dòng)時(shí)，便會(huì)在機(jī)翼和尾翼前緣，或在螺旋槳前緣、進(jìn)氣道前緣以及駕駛艙風(fēng)檔玻璃上結(jié)冰，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使飛行發(fā)生危險(xiǎn)，例如機(jī)翼和尾翼前緣結(jié)冰可能改變翼剖面形狀，使升力降低，阻力加大，甚至使飛行操縱因難和飛行不穩(wěn)定，其他部位結(jié)冰也都會(huì)帶來各種各樣的困難。為此，在易于結(jié)冰的部位應(yīng)安裝防冰設(shè)備。

飛機(jī)防冰設(shè)備主要有三類：一是利用熱空氣設(shè)備來防冰；二是用冰點(diǎn)很低的防冰液，噴在易于結(jié)冰的部位來防冰，或把冰溶掉。防冰液多為酒精和甘油的混合物；三是用電能來防冰，即在易于結(jié)冰部位，如螺旋槳前緣、風(fēng)擋玻璃上粘貼電阻絲，電流通過電阻絲時(shí)發(fā)出熱量來把冰溶化掉。此外還有少數(shù)飛機(jī)上使用機(jī)械式防冰裝置，它是一條雙層的富有彈性的橡皮帶，其中有冷氣通道，裝在機(jī)翼、尾翼前緣。結(jié)冰時(shí)周期性地通入冷氣，使橡皮帶交替膨脹和收縮，便可使機(jī)翼、尾翼上的結(jié)冰開裂而脫落。

現(xiàn)代大中型客機(jī)均用熱空氣對(duì)機(jī)翼、尾翼前緣進(jìn)行防冰。熱空氣來源于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)。只有部位較小的如空速管、風(fēng)擋玻璃等才用電加熱防冰。

防冰裝置分類飛機(jī)上的主要防冰區(qū)域有機(jī)翼、尾翼、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道、螺旋槳、風(fēng)擋玻瑞和測溫、測壓探頭。根據(jù)這些部位的不同和防冰所需能量的大小，對(duì)不同區(qū)域有不同的防冰方法。

根據(jù)防冰所采用能量形式的不同，可分成機(jī)械除冰系統(tǒng)、電脈沖防冰系統(tǒng)、液體防冰系統(tǒng)、熱空氣防冰系統(tǒng)和電熱防冰系統(tǒng)。1

機(jī)械除冰系統(tǒng)機(jī)械除冰方法，就是利用氣動(dòng)力使冰破碎，然后借助高速氣流將冰吹掉。

典型的膨脹管除冰裝置，是在飛機(jī)的防冰表面設(shè)置許多可膨脹的膠管，當(dāng)表面結(jié)冰時(shí)，膠管充氣膨脹而使冰破碎，然后由氣流將冰吹走。除冰后，膨脹管收縮，以保持正常的氣動(dòng)力外形。有沿機(jī)翼展向放置的，也可沿機(jī)翼弦向放置。除冰氣源可來自發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣泵或從燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)引氣。

發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)引氣作為氣源的除冰系統(tǒng)由調(diào)壓關(guān)斷活門、分配活門、除冰帶(膨脹管)、壓力釋壓活門、吸力釋壓活門及引射器組成。其中分配活門用于控制除冰帶的除冰程序，吸力釋壓活門用于調(diào)節(jié)除冰帶的真空度，在氣動(dòng)除冰系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)調(diào)節(jié)吸力。引射器為保持除冰帶放氣提供必需的真空，即抽吸的力量。調(diào)壓關(guān)斷活門用于調(diào)節(jié)壓力，起到關(guān)斷作用。壓力釋壓活門用于釋放過大的正壓力。

系統(tǒng)工作主要有如下三個(gè)階段：

①充氣階段

當(dāng)開始除冰時(shí)，分配活門將壓力通到除冰帶，除冰帶充氣鼓脹進(jìn)行除冰。

②壓差排氣階段

充氣周期結(jié)束時(shí)，分配活門將除冰帶壓力口切斷，除冰帶內(nèi)的空氣通過排氣口排出機(jī)外。由于此時(shí)除冰帶內(nèi)外的壓力差較大，可迅速排氣。

③吸力排氣階段

當(dāng)除冰帶的壓力降低到某一值時(shí)，排氣口關(guān)閉，除冰帶與引射器低壓口連通，在其吸力作用下，將剩余空氣排出。吸力釋壓活門自動(dòng)維持除冰系統(tǒng)的吸力。

使用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵作為氣源的氣動(dòng)除冰系統(tǒng)。其基本工作情況同發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)引氣作為氣源的除冰系統(tǒng)相似。不同的是壓力來源不同，而其吸力是來源于發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵的進(jìn)口。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵大多采用葉片泵。對(duì)于采用滑油來進(jìn)行潤滑的葉片泵，為了保持除冰帶不受滑油的腐蝕，安裝有滑油分離器，以分離可能混在空氣中的滑油。

膨脹管除冰系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，消耗空氣流量小，但它改變了翼型，增大了阻力，所以只在早期的低速飛機(jī)上應(yīng)用過。對(duì)低速飛機(jī)的機(jī)翼、機(jī)翼表面自由形成的冰塊，有效的方法是讓其產(chǎn)生冰塊后使其裂開破碎，最后由氣流吹走冰塊。此法比在機(jī)翼及尾翼前緣加溫使冰融化更為有效。這是因?yàn)椴捎眉訜崛诨谋畷?huì)流向飛機(jī)表面未被加熱的部分，而重新結(jié)冰。在大翼的后緣結(jié)冰不僅對(duì)氣流產(chǎn)生擾動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)凍結(jié)舵面使其卡死。1

電脈沖除冰系統(tǒng)電脈沖除冰是一種高效節(jié)能的除冰方法，它由供電裝置(變壓整流器及電容式儲(chǔ)能器組成的脈沖發(fā)生器)、程序器和感應(yīng)器等幾部分組成。電熱冰刀首先將冰分割成小塊冰塊，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生電脈沖，它作用在感應(yīng)器上，使蒙皮產(chǎn)生作用時(shí)間很短的脈沖，并產(chǎn)生小振幅高頻率振動(dòng)，使冰脫落，這樣很快可將冰除去。程序器用來控制各感應(yīng)器的接通次序及接通時(shí)間。

電脈沖除冰系統(tǒng)工作溫度適應(yīng)范圍大，所需能量小，它的耗能僅為電熱除冰系統(tǒng)的1%~2%。電脈沖除冰可能成為下一代飛機(jī)的除冰系統(tǒng)。1

液體防冰系統(tǒng)液體防冰是一種物理防冰方法，它的基本原理是借助某種液體減小冰與飛機(jī)表面附著力或降低水在飛機(jī)防冰表面的凍結(jié)溫度。

液體防冰系統(tǒng)可以連續(xù)地或周期地向防冰表面噴射工作液體。要求工作液體具有凝結(jié)溫度低，與水混合性能好，與防冰表面附著力強(qiáng)，對(duì)防冰表面沒有化學(xué)腐蝕作用，無毒，以及防火性能好等特點(diǎn)。目前使用的防冰液有甲醉、乙醇(酒精)、乙烯乙二醇等。從性能上看，甲醇的冰點(diǎn)最低，乙醇次之，乙烯乙二醇最高。但從著火危險(xiǎn)來說，乙烯乙二醇化學(xué)穩(wěn)定性好，最安全，價(jià)格也便宜，所以美國制造的飛機(jī)上多用乙烯乙二醇作防冰液，而蘇制飛機(jī)則多用乙醇或乙醇與其他液體的混合液作為防冰液。

液體防冰系統(tǒng)在風(fēng)擋玻璃防冰及活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳等部件的防冰上得到了應(yīng)用，其主要問題是要配備足夠的防冰液，并選取適當(dāng)?shù)姆椒▽⒎辣簢娚涞椒辣砻嫔稀?

熱空氣防冰系統(tǒng)熱空氣防冰系統(tǒng)的熱源充足，能量大，通常用于機(jī)翼和尾翼的大面積防冰。

熱空氣防冰系統(tǒng)的來源主要有如下3種類型：

①發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)引氣

現(xiàn)代民航客機(jī)多采用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的引氣直接用于大翼或水平安定面前緣、發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩的熱防冰。

②發(fā)動(dòng)機(jī)排氣熱交換器

在活塞發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)上采用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣熱交換器產(chǎn)生熱空氣。熱交換器的熱氣流是發(fā)動(dòng)機(jī)的廢燃?xì)?，冷氣流來自外界大氣。大氣流?jīng)熱交換器被加熱后送人防冰系統(tǒng)作為加溫?zé)峥諝狻?/p>

③燃燒加溫器

在有些早期飛機(jī)上采用專門的燃燒加溫器提供防冰熱空氣。燃燒加溫器通過燃油的燃燒，外界空氣流過燃燒加溫器后被加熱，然后被輸送到防冰系統(tǒng)。1

電熱防冰電熱防冰是通過向加溫元件通電而產(chǎn)生熱量進(jìn)行加溫的。電熱防冰主要用于小部件、小面積的防冰?，F(xiàn)代飛機(jī)上的空速管、迎角探測器、總溫探頭、水管、駕駛艙風(fēng)擋多采用電熱防冰。探頭加溫有的不能在地面進(jìn)行，有的可通過空地感應(yīng)電門進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，即在地面時(shí)可進(jìn)行小功率加溫，在空中可進(jìn)行正常加溫。1