飞行气象学：第7章 飞机积冰

《飞行气象学：第7章 飞机积冰》由会员分享，可在线阅读，更多相关《飞行气象学：第7章 飞机积冰（59页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、中国民航大学中国民航大学飞行技术学院飞行技术学院第第1页页第七章第七章第七章第七章飞机积冰飞机积冰飞机积冰飞机积冰中国民航大学 飞行技术学院第 2页飞行气象学飞行气象学中国民航大学 飞行技术学院第 3页飞行气象学飞行气象学19941994年年1010月月3131日日，当当地地时时间间约约下下午午4 4点点，西西蒙蒙斯斯航航空空公公司司41844184航航班班，从从印印地地安安纳纳波波里里斯斯到到芝芝加加哥哥，飞飞机机在在有有利利于于积积冰冰的的气气象象条条件件下下等等待待了了3030分分钟钟，突突然然翻翻滚滚并并从从大大约约1000010000英英尺尺的的高高度度坠坠下下，猛猛冲冲入入ROSE

2、LAWNROSELAWN附附近的豆子地里，机上近的豆子地里，机上6868人顷刻死去。人顷刻死去。中国民航大学 飞行技术学院第 4页飞行气象学飞行气象学目前，许多飞行手册规定：目前，许多飞行手册规定：飞机在云中或降水区域中飞行要打飞机在云中或降水区域中飞行要打开防冰装置，开防冰装置，飞机起飞前必须除尽机翼、机身各飞机起飞前必须除尽机翼、机身各部位的积冰和霜。部位的积冰和霜。中国民航大学 飞行技术学院第 5页飞行气象学飞行气象学一一 积冰的形成积冰的形成1 1、原理、原理云中存在过冷水滴，过冷水滴是不稳定的，稍受震云中存在过冷水滴，过冷水滴是不稳定的，稍受震动，即冻结成冰。动，即冻结成冰。当当飞飞

3、机机在在含含有有过过冷冷水水滴滴的的云云中中飞飞行行时时，如如果果机机体体表表面面温温度度低低于于00，过过冷冷水水滴滴就就会会在在机机体体表表面面某某些些部部位冻结，并聚积成冰层。位冻结，并聚积成冰层。2 2、积冰过程、积冰过程过冷水滴温度接近过冷水滴温度接近00：冻结融化再冻结：冻结融化再冻结过冷水滴较小，温度接近过冷水滴较小，温度接近-20-20：直接冻结：直接冻结3 3、基本条件、基本条件气温低于气温低于00，飞机表面的温度低于飞机表面的温度低于00，和有温度，和有温度低于低于00的水滴存在。的水滴存在。中国民航大学 飞行技术学院第 6页飞行气象学飞行气象学二、积冰的种类二、积冰的种类

4、1.1.明冰（明冰（Clear IceClear Ice ）：光滑透明、结构坚实。在）：光滑透明、结构坚实。在0 0-10-10的过冷雨中或大水滴组成的云中形成的过冷雨中或大水滴组成的云中形成 无论对于预报员或飞行员来说，认识积冰的不同无论对于预报员或飞行员来说，认识积冰的不同类型都是很重要的，因为不同的积冰类型对飞行的危类型都是很重要的，因为不同的积冰类型对飞行的危害程度是不一样的。害程度是不一样的。主要的积冰类型为：明冰、毛冰、雾淞和霜。主要的积冰类型为：明冰、毛冰、雾淞和霜。中国民航大学 飞行技术学院第 7页飞行气象学飞行气象学明冰（明冰（ClearIce）明冰通常在冻雨或者大水滴组成的

5、温度为0-10的云中形成，特点透明，冰层很厚等。中国民航大学 飞行技术学院第 8页飞行气象学飞行气象学明冰明冰中国民航大学 飞行技术学院第 9页飞行气象学飞行气象学明冰对飞行的危害性明冰对飞行的危害性 明冰具有较大危险性，因为：明冰具有较大危险性，因为：它会在积冰部位形成突出的角，这将明显影响气流它会在积冰部位形成突出的角，这将明显影响气流它是透明的，机组不容易发现它是透明的，机组不容易发现它不容易除去，因为它不仅凝结在机体前缘。它不容易除去，因为它不仅凝结在机体前缘。中国民航大学 飞行技术学院第 10页飞行气象学飞行气象学2 2、毛冰（、毛冰（Mixed IceMixed Ice）表面粗糙不

6、平，冻结得比较坚固，像白瓷，形成在温度为-5 -20的云中；中国民航大学 飞行技术学院第 11页飞行气象学飞行气象学毛冰对飞行的危害性毛冰对飞行的危害性毛冰与明冰相比，其积冰形式和危害性几乎是一样的中国民航大学 飞行技术学院第 12页飞行气象学飞行气象学3 3、雾淞（、雾淞（Rime IceRime Ice）不透明，表面粗糙。多形成在温度为 -20左右的云中当过冷水滴在飞机表面迅速凝结时形成松脆的不透明的白色雾淞。一般形成于机翼前缘和机体其它突出部位的前缘。中国民航大学 飞行技术学院第 13页飞行气象学飞行气象学雾雾凇凇中国民航大学 飞行技术学院第 14页飞行气象学飞行气象学飞机上的雾凇中国民

7、航大学 飞行技术学院第 15页飞行气象学飞行气象学雾凇对飞行的危害性雾凇对飞行的危害性 雾淞是最常见的积冰类型，但它的危害较小，因为它多在机体突出部位的前缘发生，而防冰除冰装置也在这个位置。同时它的积冰形状对气流的影响较小，它松脆的质地使除冰较容易。中国民航大学 飞行技术学院第 16页飞行气象学飞行气象学4.霜霜（Frost）飞机由低于0 的区域进入较暖的区域时，水汽在飞机表面上凝华而成。注：霜是在晴空中飞行时出现的一种积冰，它是未饱和空气与温度低于0的飞机接触时，如果机身温度低于霜点，水汽在机体表面直接凝华而成中国民航大学 飞行技术学院第 17页飞行气象学飞行气象学中国民航大学 飞行技术学院

8、第 18页飞行气象学飞行气象学各种积冰的发生率各种积冰的发生率 雾淞最常见Clear0 C to-10 CMixed-10 C to-15 CRime-15 C to-40 C 积冰的类型与气温没有绝对关系，不同的飞行员驾驶不同的飞机同时通过同一个区域时，可能报告遇到不同的积冰类型，积冰的类型与很多因素有关。中国民航大学 飞行技术学院第 19页飞行气象学飞行气象学三、积冰强度及影响因子三、积冰强度及影响因子在一个相同的积冰天气环境下，积冰的强度在一个相同的积冰天气环境下，积冰的强度取决于飞机的类型，飞机的设计，飞行的高取决于飞机的类型，飞机的设计，飞行的高度，飞行的速度等因素。度，飞行的速度等

9、因素。目前积冰强度的官方定义是针对飞行员报告目前积冰强度的官方定义是针对飞行员报告的，现在的，现在FAAFAA正在对这个定义进行评估，准正在对这个定义进行评估，准备重新进行定义以便飞行员、预报员以及其备重新进行定义以便飞行员、预报员以及其它相关人员能有一个统一的积冰强度的定义它相关人员能有一个统一的积冰强度的定义。中国民航大学 飞行技术学院第 20页飞行气象学飞行气象学（一）积冰强度的划分（一）积冰强度的划分飞机积冰强度等级划分飞机积冰强度等级划分积冰等级弱积冰中积冰强积冰极 强单位时间积冰厚度（mm/min）0.60.61.01.12.02.0飞行过程所积冰层厚度（cm）5.05.115.0

10、15.130.030.0中国民航大学 飞行技术学院第 21页飞行气象学飞行气象学微量积冰微量积冰 微量积冰指冰层的生成速度略大于其升华速度，这种积冰没有明显危害，无需启动防冰除冰设备，也无需改变飞行高度或航径，除非这种积冰达到1小时以上。中国民航大学 飞行技术学院第 22页飞行气象学飞行气象学轻度积冰轻度积冰 轻度积冰指如果这种积冰持续1小时以上，则对飞行将构成威胁，因此间断使用防冰除冰设备成为必要，如果需要在这种环境中长时间飞行，则必须改变高度或改变航径。轻度积冰是最常见的。中国民航大学 飞行技术学院第 23页飞行气象学飞行气象学中度积冰中度积冰中度积冰只要持续很短时间就会对飞行造成威胁，因

11、此必须启用防冰除冰设备，并且如果预计持续的时间略长，则要求改变高度或航径。中国民航大学 飞行技术学院第 24页飞行气象学飞行气象学严重积冰严重积冰在严重积冰的环境下，防冰除冰设备已经无法将冰层除去或防止积冰增加，需要立即改变高度或航径。中国民航大学 飞行技术学院第 25页飞行气象学飞行气象学（二）影响积冰强度的因子（二）影响积冰强度的因子1云中过冷水含量和水滴的大小2飞行速度3机体积冰部位的曲率半径大多数气象学家同意云中过冷却水滴含量、温度、云滴大小是影响积冰强度的最重要因子。中国民航大学 飞行技术学院第 26页飞行气象学飞行气象学 云或者降水是形成飞机积冰的必要条件，其中，云中的过冷水滴含量

12、是一个关键的因素。中国民航大学 飞行技术学院第 27页飞行气象学飞行气象学云滴的大小云滴的大小云滴的大小影响积冰的类型和强度，但影响的程度比含水量和温度小。小水滴容易随气流绕过飞机，只在机翼及机身前缘积累积冰。大水滴形成的积冰不仅发生在飞机前缘，也可能发生在机翼的中后部，而飞机的防冰除冰系统多安装在飞机表面前缘，因此大水滴的积冰危害更大。中国民航大学 飞行技术学院第 28页飞行气象学飞行气象学飞机积冰与飞行高度的关系飞机积冰与飞行高度的关系积冰可以发生在任何飞行所能到达的高度，最容易发生在10000ft，50发生在500013000ft。中国民航大学 飞行技术学院第 29页飞行气象学飞行气象学

13、飞机积冰与气象条件飞机积冰与气象条件一、积冰与云中温度、湿度的关系一、积冰与云中温度、湿度的关系（一）飞机积冰与云中温度的关系（一）飞机积冰与云中温度的关系飞机积冰通常形成于飞机积冰通常形成于00-20-20范围内；范围内；强积冰多发生在-2-10范围内积冰不会发生在气温低于积冰不会发生在气温低于-40-40时，因为此时时，因为此时不存在过冷水滴。不存在过冷水滴。中国民航大学 飞行技术学院第 30页飞行气象学飞行气象学气温对飞机积冰的影响还体现在另一个方面：当飞机从温度低于0 的大气中进入温度高于0 的大气中时，由于机体表面保持较低温度，因此碰到温度高于0 的水滴时也可能发生积冰。中国民航大学

14、 飞行技术学院第 31页飞行气象学飞行气象学（一）飞机积冰与云中温度的关系（一）飞机积冰与云中温度的关系中国民航大学 飞行技术学院第 32页飞行气象学飞行气象学（二）飞机积冰与云中湿度的关系（二）飞机积冰与云中湿度的关系温度露点差越小，相对湿度就越大，越有利于积冰的形成。飞机积冰一般发生在云中温度露点差7OC的范围内，以05OC发生积冰最多，强积冰发生在温度露点差04OC范围内。中国民航大学 飞行技术学院第 33页飞行气象学飞行气象学飞机积冰与空速和温度的关系飞机积冰与空速和温度的关系中国民航大学 飞行技术学院第 34页飞行气象学飞行气象学二、各类云中的积冰二、各类云中的积冰飞机积冰与云状有密

15、切的关系。根据云的类型，厚飞机积冰与云状有密切的关系。根据云的类型，厚度，温度及其相伴的降水现象分析得出：度，温度及其相伴的降水现象分析得出：积雨云和浓积云中积冰概率最大积雨云和浓积云中积冰概率最大层积云、高积云、层云其次层积云、高积云、层云其次雨层云和高层云中积冰概率较小雨层云和高层云中积冰概率较小卷状云中发生积冰的概率最小卷状云中发生积冰的概率最小中国民航大学 飞行技术学院第 35页飞行气象学飞行气象学二、各类云中的积冰二、各类云中的积冰1.积云和积雨云积云和积雨云TCuTCu和和CbCb，由于云中含水量和水滴都较大，积冰强度由于云中含水量和水滴都较大，积冰强度也较大，也较大，通常是强积冰

16、通常是强积冰。最最强强的的积积冰冰多多见见于于将将要要发发展展成成CbCb的的高高大大TCuTCu的的上上半半部部和和CbCb成熟阶段的上升气流区，而且成熟阶段的上升气流区，而且常常积明冰常常积明冰。在在积积雨雨云云的的消消散散阶阶段段，由由于于盛盛行行下下沉沉气气流流，云云中中过过冷水滴减少，积冰的可能性就减小了。冷水滴减少，积冰的可能性就减小了。积状云中飞行，还常伴随颠簸现象积状云中飞行，还常伴随颠簸现象中国民航大学 飞行技术学院第 36页飞行气象学飞行气象学这两种云多出现在逆温层下，云中含水量中等，但水滴一般较小，积冰多为轻度到中度轻度到中度，且云的的上部比下部强上部比下部强。由于云的面

17、积较大，长时间在云中飞行，也会产生较强的积冰。2.St和和Sc（或或Ac）中的积冰中的积冰中国民航大学 飞行技术学院第 37页飞行气象学飞行气象学St和和Sc（或或Ac）中的积冰中的积冰1982.11.11，我国西北地区出现一次层积云，我国西北地区出现一次层积云降雪天气。层积云云底高度为降雪天气。层积云云底高度为500m，温度温度为为-5OC，云顶高度为云顶高度为2300m，温度为温度为-12OC，云层厚度为，云层厚度为1800m，云层均为积冰层。云层均为积冰层。飞机降落穿过云层时，机翼前边已出现中飞机降落穿过云层时，机翼前边已出现中度积冰。度积冰。1989.3.16，某部一架米，某部一架米8

18、直升机，起飞后在直升机，起飞后在2800m高度入高度入Ac，出现积冰，右发停车，出现积冰，右发停车，飞行高度不断降低，迫降在海拔飞行高度不断降低，迫降在海拔1460m的的山坡上，直升机报废，重伤山坡上，直升机报废，重伤4人。人。中国民航大学 飞行技术学院第 38页飞行气象学飞行气象学3.Ns和和As中的积冰中的积冰 这两种云的水滴含量也比积状云少，通通常常为为弱弱积积冰冰，但是在锋面附近的雨层云，由于范围、厚度很大，也能产生强强积积冰冰。另外由于这两种云是由系统性上升运动生成的，垂直速度很小，云层中下部积冰一般比上部强云层中下部积冰一般比上部强。需需要要注注意意的的是是，在在冻冻雨雨和和雨雨夹

19、夹雪雪中中飞飞行行，会会形形成成强积冰强积冰 中国民航大学 飞行技术学院第 39页飞行气象学飞行气象学4.卷状云中的积冰卷状云中的积冰 卷状云由于高度很高，云基本上是由冰晶组成，并且云层薄，一般不会发生明显的积冰，有时会在风挡玻璃和机翼上产生轻微的霜。中国民航大学 飞行技术学院第 40页飞行气象学飞行气象学在以下天气系统中，云中飞机积冰的可能性比较大：锋面系统气旋系统三、产生飞机积冰的天气形势三、产生飞机积冰的天气形势三、产生飞机积冰的天气形势三、产生飞机积冰的天气形势中国民航大学 飞行技术学院第 41页飞行气象学飞行气象学冷锋的影响冷锋的影响 冷锋引起的暖空气上升，集中在地面锋线附近的约10

20、公里范围内，该范围内云比较集中，是积冰多发区域。中国民航大学 飞行技术学院第 42页飞行气象学飞行气象学暖锋的影响暖锋的影响 暖锋在锋前形成大范围的云区，可达1000公里以上，并且可能形成冻降水，在云中飞行，容易积冰。最好的方法是在云层上方飞越，或在云层底下穿过。中国民航大学 飞行技术学院第 43页飞行气象学飞行气象学气旋中容易积冰的区域气旋中容易积冰的区域 容易积冰的区域位于暖锋前或地面低压中心后部，冷锋前也有小范围的积冰区。中国民航大学 飞行技术学院第 44页飞行气象学飞行气象学四、容易产生积冰的时间和地区四、容易产生积冰的时间和地区季节：主要出现在冬半年季节：主要出现在冬半年高度：高度：

21、5000米以下，米以下，3000米左右最大米左右最大温度：温度：-4-10范围内概率最大。范围内概率最大。地区：锋面附近或穿越锋区时积冰的概率较大地区：锋面附近或穿越锋区时积冰的概率较大中国民航大学 飞行技术学院第 45页飞行气象学飞行气象学积冰对飞行的影响积冰对飞行的影响一、积冰对飞行的影响一、积冰对飞行的影响1.1.破坏飞机的空气动力性能破坏飞机的空气动力性能2.2.降低动力装置效率，甚至产生故障降低动力装置效率，甚至产生故障3.3.影响仪表和通讯，甚至使之失灵影响仪表和通讯，甚至使之失灵中国民航大学 飞行技术学院第 46页飞行气象学飞行气象学1.1.破坏飞机的空气动力性能破坏飞机的空气动

22、力性能机机翼翼和和尾尾翼翼积积冰冰，使使升升力力减减少少，阻阻力力系系数数增增加加，并并可可引引起起飞飞机机抖抖动动，致致使使飞飞行行进进入入不不稳稳定定状状态态，严严重重的的积积冰冰将将使使飞飞机机操操纵纵变变得困难得困难。中国民航大学 飞行技术学院第 47页飞行气象学飞行气象学2.2.降低动力装置效率，甚至产生故障降低动力装置效率，甚至产生故障发动机进气口积冰使进气量减少；螺旋浆飞机的桨叶积冰，会减少拉力，使飞机推力减小。同时，脱落的冰块还可打坏发动机和机身。从进气口来的空气进入汽化器，使文氏管内压力和温度降低，当燃油注入气流中来时，温度会进一步降低。文氏管和燃油蒸发引起的双重冷却效应，改

23、变了空气的温度和湿度，使暴露在空气中的进气口积冰。中国民航大学 飞行技术学院第 48页飞行气象学飞行气象学3.3.影响仪表和通讯，甚至使之失灵影响仪表和通讯，甚至使之失灵如空速管积冰影响空速表工作；天线积冰如空速管积冰影响空速表工作；天线积冰影响通讯质量甚至使通讯中断；风挡积冰影响通讯质量甚至使通讯中断；风挡积冰影响视线等。影响视线等。中国民航大学 飞行技术学院第 49页飞行气象学飞行气象学发动机积冰发动机积冰中国民航大学 飞行技术学院第 50页飞行气象学飞行气象学 发动机积冰发动机积冰中国民航大学 飞行技术学院第 51页飞行气象学飞行气象学对对长长途途飞飞行行的的喷喷气气式式飞飞机机来来说说

24、，燃燃油油积积冰冰是是一一个个重重要要问问题题。长长途途高高空空飞飞行行，机机翼翼油油箱箱里里燃燃油油的的温温度度可可能能降降至至与与外外界界大大气气温温度度一一致致约约为为-30-30。油油箱箱里里的的水水在在燃燃油油系系统统里里传传输输的的过过程程中中很很可可能能变变成成冰冰粒粒，这这样样就就会会阻阻塞塞滤滤油油器器、油油泵泵和和油油路路控控制制部部件件，引引起起发动机内燃油系统的故障。发动机内燃油系统的故障。在在空空气气中中湿湿度度较较大大的的区区域域如如雾雾、云云或或降降水水中中，如如果果外外部部温温度度较较低低，则则会会在在发发动动机机进进气气口口或或汽汽化化器器上上出出现现积积冰冰

25、。这这样样就就会会使使进进气气量量减减少少，进进气气气气流流畸畸变变，造成动力损失，甚至使发动机停车。造成动力损失，甚至使发动机停车。中国民航大学 飞行技术学院第 52页飞行气象学飞行气象学四四积冰的预防和处置措施积冰的预防和处置措施一、飞行前的准备工作一、飞行前的准备工作（1）认真研究航线天气及可能积冰的情况）认真研究航线天气及可能积冰的情况（2）确定避开或安全通过积冰区的最佳方案）确定避开或安全通过积冰区的最佳方案（3）检检查查防防冰冰装装置置，清清除除已已有有积积冰冰、霜霜或或积积雪雪中国民航大学 飞行技术学院第 53页飞行气象学飞行气象学飞机除冰飞机除冰中国民航大学 飞行技术学院第 5

26、4页飞行气象学飞行气象学拉萨（贡嘎）机场扫雪拉萨（贡嘎）机场扫雪中国民航大学 飞行技术学院第 55页飞行气象学飞行气象学二、飞行中遇到积冰应采取的措施二、飞行中遇到积冰应采取的措施（1 1）密切注意积冰的出现和强度）密切注意积冰的出现和强度（2 2）及时防冰和除冰）及时防冰和除冰（3 3）脱离积冰区）脱离积冰区（4 4）飞机积冰后，尽量保持平飞和安全高度）飞机积冰后，尽量保持平飞和安全高度 中国民航大学 飞行技术学院第 56页飞行气象学飞行气象学1982年年1月月13日日美美国国佛佛罗罗里里达达航航空空公公司司的的一一架架B737飞飞机机，因因大大风风雪雪天天气气被被困困于于华华盛盛顿顿国国家

27、家机机场场，数数次次推推迟迟起起飞飞，最最后后一一次次在在喷喷洒洒防防冻冻液液后后，又又在在风风雪雪中中等等待待了了49分分钟钟，在在没没有有检检查查机机身身外外表表的的冰冰雪雪是是否否已已彻彻底底清清除除的的情情况况下下就就仓仓促促起起飞飞，结结果果因因机机翼翼上上严严重重积积冰冰，达达不不到到足足够够的的上上升升速速率率而而下下掉掉，撞撞在在桥桥上上后后坠入波托马克河中，坠入波托马克河中，74人遇难，地面上死亡人遇难，地面上死亡4人。人。事故举例事故举例2中国民航大学 飞行技术学院第 57页飞行气象学飞行气象学中国民航大学 飞行技术学院第 58页飞行气象学飞行气象学三、做好地面停放飞机的除

28、冰工作三、做好地面停放飞机的除冰工作在国际航空界早已形成在国际航空界早已形成“净形飞机概念净形飞机概念”（CleanAircraftConcept）的共识，的共识，即飞机决不能在机翼即飞机决不能在机翼和机身上带着冰和雪的情况下起飞和机身上带着冰和雪的情况下起飞。1995年，年，ICAO又强化了对又强化了对“净形净形”的法规制度，这是血的的法规制度，这是血的教训：教训：1986-1996，全世界因冰雪引起的民航飞行，全世界因冰雪引起的民航飞行事故事故42起，其中起，其中18起均属起飞时发生，乘员死亡起均属起飞时发生，乘员死亡率高达率高达39。事故调查结论明确指出：如果实施。事故调查结论明确指出：

29、如果实施预防性除冰，并且在起飞前再次确认机身没有积预防性除冰，并且在起飞前再次确认机身没有积冰的话，这些事故完全可以避免。冰的话，这些事故完全可以避免。中国民航大学 飞行技术学院第 59页飞行气象学飞行气象学总之，飞机防除冰雪，关键是要有周详的确保安总之，飞机防除冰雪，关键是要有周详的确保安全的对策全的对策对机载防、除冰装置在起飞前应作检查；对机载防、除冰装置在起飞前应作检查；飞行中在进入积冰区之前就启动防冰装置，但飞行中在进入积冰区之前就启动防冰装置，但必须避免开着除冰装置进行着陆操作；必须避免开着除冰装置进行着陆操作；积冰强度大、防冰效果不理想的要尽快飞离积积冰强度大、防冰效果不理想的要尽快飞离积冰区；冰区；飞机积冰后，尽量避免急转弯、急剧上升或小飞机积冰后，尽量避免急转弯、急剧上升或小半径盘旋等剧烈动作；半径盘旋等剧烈动作；着陆时不要把油门完全收尽，以免飞机失速。着陆时不要把油门完全收尽，以免飞机失速。