[科普中国]-飞机防冰装置

简介

防止飞机表面某些突出部位结冰或在结冰时能有效地除去冰层的设备。在云层和降雨区中，有些水滴虽然温度低于零摄氏度，只要没有强烈的扰动，仍不会结冰，这种水滴叫“过冷水滴”。当过冷水滴受到飞机的扰动时，便会在机翼和尾翼前缘，或在螺旋桨前缘、进气道前缘以及驾驶舱风档玻璃上结冰，严重时会使飞行发生危险，例如机翼和尾翼前缘结冰可能改变翼剖面形状，使升力降低，阻力加大，甚至使飞行操纵因难和飞行不稳定，其他部位结冰也都会带来各种各样的困难。为此，在易于结冰的部位应安装防冰设备。

飞机防冰设备主要有三类：一是利用热空气设备来防冰；二是用冰点很低的防冰液，喷在易于结冰的部位来防冰，或把冰溶掉。防冰液多为酒精和甘油的混合物；三是用电能来防冰，即在易于结冰部位，如螺旋桨前缘、风挡玻璃上粘贴电阻丝，电流通过电阻丝时发出热量来把冰溶化掉。此外还有少数飞机上使用机械式防冰装置，它是一条双层的富有弹性的橡皮带，其中有冷气通道，装在机翼、尾翼前缘。结冰时周期性地通入冷气，使橡皮带交替膨胀和收缩，便可使机翼、尾翼上的结冰开裂而脱落。

现代大中型客机均用热空气对机翼、尾翼前缘进行防冰。热空气来源于涡轮喷气发动机的压气机。只有部位较小的如空速管、风挡玻璃等才用电加热防冰。

防冰装置分类飞机上的主要防冰区域有机翼、尾翼、发动机进气道、螺旋桨、风挡玻瑞和测温、测压探头。根据这些部位的不同和防冰所需能量的大小，对不同区域有不同的防冰方法。

根据防冰所采用能量形式的不同，可分成机械除冰系统、电脉冲防冰系统、液体防冰系统、热空气防冰系统和电热防冰系统。1

机械除冰系统机械除冰方法，就是利用气动力使冰破碎，然后借助高速气流将冰吹掉。

典型的膨胀管除冰装置，是在飞机的防冰表面设置许多可膨胀的胶管，当表面结冰时，胶管充气膨胀而使冰破碎，然后由气流将冰吹走。除冰后，膨胀管收缩，以保持正常的气动力外形。有沿机翼展向放置的，也可沿机翼弦向放置。除冰气源可来自发动机驱动的空气泵或从燃气涡轮发动机压气机引气。

发动机压气机引气作为气源的除冰系统由调压关断活门、分配活门、除冰带(膨胀管)、压力释压活门、吸力释压活门及引射器组成。其中分配活门用于控制除冰带的除冰程序，吸力释压活门用于调节除冰带的真空度，在气动除冰系统关闭时调节吸力。引射器为保持除冰带放气提供必需的真空，即抽吸的力量。调压关断活门用于调节压力，起到关断作用。压力释压活门用于释放过大的正压力。

系统工作主要有如下三个阶段：

①充气阶段

当开始除冰时，分配活门将压力通到除冰带，除冰带充气鼓胀进行除冰。

②压差排气阶段

充气周期结束时，分配活门将除冰带压力口切断，除冰带内的空气通过排气口排出机外。由于此时除冰带内外的压力差较大，可迅速排气。

③吸力排气阶段

当除冰带的压力降低到某一值时，排气口关闭，除冰带与引射器低压口连通，在其吸力作用下，将剩余空气排出。吸力释压活门自动维持除冰系统的吸力。

使用发动机驱动泵作为气源的气动除冰系统。其基本工作情况同发动机压气机引气作为气源的除冰系统相似。不同的是压力来源不同，而其吸力是来源于发动机驱动泵的进口。发动机驱动泵大多采用叶片泵。对于采用滑油来进行润滑的叶片泵，为了保持除冰带不受滑油的腐蚀，安装有滑油分离器，以分离可能混在空气中的滑油。

膨胀管除冰系统结构简单，消耗空气流量小，但它改变了翼型，增大了阻力，所以只在早期的低速飞机上应用过。对低速飞机的机翼、机翼表面自由形成的冰块，有效的方法是让其产生冰块后使其裂开破碎，最后由气流吹走冰块。此法比在机翼及尾翼前缘加温使冰融化更为有效。这是因为采用加热融化的冰水会流向飞机表面未被加热的部分，而重新结冰。在大翼的后缘结冰不仅对气流产生扰动，严重时还会冻结舵面使其卡死。1

电脉冲除冰系统电脉冲除冰是一种高效节能的除冰方法，它由供电装置(变压整流器及电容式储能器组成的脉冲发生器)、程序器和感应器等几部分组成。电热冰刀首先将冰分割成小块冰块，脉冲发生器产生电脉冲，它作用在感应器上，使蒙皮产生作用时间很短的脉冲，并产生小振幅高频率振动，使冰脱落，这样很快可将冰除去。程序器用来控制各感应器的接通次序及接通时间。

电脉冲除冰系统工作温度适应范围大，所需能量小，它的耗能仅为电热除冰系统的1%~2%。电脉冲除冰可能成为下一代飞机的除冰系统。1

液体防冰系统液体防冰是一种物理防冰方法，它的基本原理是借助某种液体减小冰与飞机表面附着力或降低水在飞机防冰表面的冻结温度。

液体防冰系统可以连续地或周期地向防冰表面喷射工作液体。要求工作液体具有凝结温度低，与水混合性能好，与防冰表面附着力强，对防冰表面没有化学腐蚀作用，无毒，以及防火性能好等特点。目前使用的防冰液有甲醉、乙醇(酒精)、乙烯乙二醇等。从性能上看，甲醇的冰点最低，乙醇次之，乙烯乙二醇最高。但从着火危险来说，乙烯乙二醇化学稳定性好，最安全，价格也便宜，所以美国制造的飞机上多用乙烯乙二醇作防冰液，而苏制飞机则多用乙醇或乙醇与其他液体的混合液作为防冰液。

液体防冰系统在风挡玻璃防冰及活塞式发动机的螺旋桨等部件的防冰上得到了应用，其主要问题是要配备足够的防冰液，并选取适当的方法将防冰液喷射到防冰表面上。1

热空气防冰系统热空气防冰系统的热源充足，能量大，通常用于机翼和尾翼的大面积防冰。

热空气防冰系统的来源主要有如下3种类型：

①发动机压气机引气

现代民航客机多采用涡扇发动机压气机的引气直接用于大翼或水平安定面前缘、发动机整流罩的热防冰。

②发动机排气热交换器

在活塞发动机飞机上采用发动机排气热交换器产生热空气。热交换器的热气流是发动机的废燃气，冷气流来自外界大气。大气流经热交换器被加热后送人防冰系统作为加温热空气。

③燃烧加温器

在有些早期飞机上采用专门的燃烧加温器提供防冰热空气。燃烧加温器通过燃油的燃烧，外界空气流过燃烧加温器后被加热，然后被输送到防冰系统。1

电热防冰电热防冰是通过向加温元件通电而产生热量进行加温的。电热防冰主要用于小部件、小面积的防冰。现代飞机上的空速管、迎角探测器、总温探头、水管、驾驶舱风挡多采用电热防冰。探头加温有的不能在地面进行，有的可通过空地感应电门进行功率转换，即在地面时可进行小功率加温，在空中可进行正常加温。1