趙德鵬，楊盛華，李建

（天津?yàn)I海國(guó)際機(jī)場(chǎng)，天津 300000）

我國(guó)北方的冬季，霧霾天氣較多。當(dāng)濕度和溫度構(gòu)成一定環(huán)境條件時(shí)，我們經(jīng)常會(huì)在車窗等玻璃上見到結(jié)霜現(xiàn)象。此時(shí)，位于機(jī)場(chǎng)跑道和滑行道上的目視助航燈光燈具，因發(fā)光窗口由玻璃透鏡組成，所以玻璃燈罩上也會(huì)出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象。其中，坡度燈因鏡面面積較大，結(jié)霜現(xiàn)象更加明顯。目視助航燈光設(shè)備中坡度燈系統(tǒng)是機(jī)場(chǎng)目視助航的重要組成部分，飛機(jī)降落的必備目視助航設(shè)施之一，使用頻繁，作用重大。坡度燈系統(tǒng)由4 組相同的照明裝置組成，作用是為飛行員提供正確進(jìn)近坡度的指示。當(dāng)飛機(jī)正在或者接近進(jìn)近坡時(shí)，飛行員看到離跑道最近的兩個(gè)燈具為紅色，離跑道較遠(yuǎn)的兩個(gè)燈具為白色；當(dāng)飛機(jī)高于進(jìn)近坡度時(shí)，飛行員看到離跑道最近的燈具為紅色，離跑道最遠(yuǎn)的3 個(gè)燈具為白色；當(dāng)飛機(jī)高于進(jìn)近坡度更多時(shí)，飛行員看到全部燈具均為白色。當(dāng)?shù)陀谶M(jìn)近坡度時(shí)，看到離跑道最近的3 個(gè)燈具為紅色，離跑道最遠(yuǎn)的燈具為白色；在飛機(jī)低于進(jìn)近坡度更多時(shí)，看到全部燈具均為紅色。但還有一種情況容易給飛行員造成誤判，就是在坡度燈角度正常時(shí)，外部透鏡因達(dá)到結(jié)霜條件產(chǎn)生結(jié)霜現(xiàn)象時(shí)，就會(huì)嚴(yán)重影響坡度燈的紅白分區(qū)顯示效果，進(jìn)而影響飛機(jī)員進(jìn)近時(shí)對(duì)下滑角度的正確判斷，造成安全隱患。本文針對(duì)這一現(xiàn)象，進(jìn)行坡度燈自動(dòng)除防霜裝置研究，從而進(jìn)一步解決影響飛行員對(duì)飛機(jī)降落過程中進(jìn)近坡度的判斷情況。

1 坡度燈自動(dòng)除防霜裝置研究的意義和背景

隨著全世界民航運(yùn)輸業(yè)蓬勃發(fā)展，身處民航機(jī)場(chǎng)一線的保障人員始終以“安全第一，預(yù)防為主”為方針，不斷地在工作中進(jìn)行革新，大力推動(dòng)平安民航建設(shè)?；谄露葻魧?duì)降落飛機(jī)的重要性和使用現(xiàn)狀，我們非常有必要采用相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)措施進(jìn)行坡度燈自動(dòng)除防霜裝置研究。

以往在溫度較低濕度較大的天氣環(huán)境下，坡度燈在剛開啟運(yùn)行時(shí)，就會(huì)接到塔臺(tái)空中管制員的反饋，坡度燈顯示不正確。經(jīng)助航燈光維護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，坡度燈仰角和內(nèi)部元器件均正常，唯一的異常現(xiàn)象就是窗口鏡面有結(jié)霜情況，影響坡度燈的正常發(fā)光。在進(jìn)行人工清除后，飛行員反映坡度燈顯示恢復(fù)正常。所以，每年到了冬季，燈光維護(hù)人員就需要重點(diǎn)對(duì)坡度燈系統(tǒng)進(jìn)行全面的檢查。發(fā)現(xiàn)結(jié)霜后，立即對(duì)其進(jìn)行人工清除。但是，隨著機(jī)場(chǎng)航班量的不斷增加，坡度燈所處位置（圖1）極為特殊。在跑道正常使用期間，巡視頻次嚴(yán)重受限。另外，結(jié)霜現(xiàn)象多發(fā)生在夜間，如果跑道臨時(shí)啟用，坡度燈表面已經(jīng)結(jié)霜，僅依靠人工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清除，其時(shí)效性無(wú)法保證，這樣就會(huì)影響機(jī)場(chǎng)航班起降正常率。并且坡度燈系統(tǒng)具有嚴(yán)格的校飛程序確定的準(zhǔn)確角度數(shù)據(jù)。如果長(zhǎng)期進(jìn)行人工使用外物進(jìn)行除霜，對(duì)坡度燈的角度和透鏡的通透性也會(huì)存在不同程度的影響，存在一定的安全隱患。

圖1 坡度燈位置及坡度燈（PAPI）圖解（以3°為例）

2 坡度燈自動(dòng)除防霜裝置國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

目前業(yè)內(nèi)機(jī)場(chǎng)還未有過此類科研，此次科技創(chuàng)新項(xiàng)目當(dāng)屬全國(guó)首例，坡度燈自動(dòng)除防霜裝置是在不改變坡度燈外部機(jī)械機(jī)構(gòu)和內(nèi)部電子線路的前提下進(jìn)行研究，不會(huì)影響坡度燈的正常發(fā)光和使用。

3 坡度燈自動(dòng)除防霜裝置研究?jī)?nèi)容

3.1 鏡面結(jié)霜產(chǎn)生原因

在通常情況下，隨著溫度的降低，空氣中的水蒸氣會(huì)飽和液化成水；當(dāng)溫度低于0℃時(shí)水蒸氣會(huì)凝結(jié)成霜。然而，目視助航燈光燈具上產(chǎn)生結(jié)霜情況與家中玻璃還有所不同。它的結(jié)霜與外界樹枝、草葉、地面上的結(jié)霜是相同的道理。結(jié)霜的條件必須是晴朗無(wú)風(fēng)的夜晚，且空氣濕度比較大，坡度燈起初關(guān)閉時(shí)溫度高，慢慢會(huì)散熱輻射冷卻，自身溫度降低，周圍空氣溫度升高，就會(huì)在表面形成霜。所以，霜都是在輻射冷卻的物體表面上形成的，物體表面越容易輻射散熱并迅速冷卻，它上面就越容易形成霜。只要在燈具關(guān)閉時(shí)，控制透鏡周圍的環(huán)境溫度和濕度兩種因素之一，就可預(yù)防結(jié)霜現(xiàn)象的產(chǎn)生。

實(shí)驗(yàn)（表1）表明：表1 相對(duì)濕度較低時(shí)，風(fēng)量的增加對(duì)提高蒸發(fā)溫度的正面影響大于空氣總水分增加的負(fù)面影響，宏觀上表現(xiàn)為風(fēng)量的增加能減少結(jié)霜量；相對(duì)濕度很大時(shí)，負(fù)面作用在低風(fēng)量時(shí)作用更加明顯，而正面作用在高風(fēng)量時(shí)則更加明顯，風(fēng)量增加時(shí)結(jié)霜速度是先增加后減小。因此，低風(fēng)量高濕度的工況下結(jié)霜的概率最大。

表1 凝水量隨風(fēng)量和相對(duì)濕度的變化（g,干球溫度為0℃）

3.2 除防霜裝置功能研究

因在坡度燈開啟狀態(tài)下，光源會(huì)產(chǎn)生熱量，此時(shí)一般不會(huì)產(chǎn)生結(jié)霜情況。所以，坡度燈自動(dòng)除防霜裝置應(yīng)實(shí)現(xiàn)，在坡度燈關(guān)閉狀態(tài)下，進(jìn)行啟動(dòng)。在冬季，當(dāng)濕度因素達(dá)到結(jié)霜點(diǎn)時(shí)，首先啟動(dòng)增加風(fēng)量的方式，預(yù)防坡度燈鏡面結(jié)霜現(xiàn)象。在極寒的天氣時(shí)，風(fēng)量不足以預(yù)防鏡面結(jié)霜時(shí)，應(yīng)考慮除霜模式，此時(shí)增加吹風(fēng)溫度，進(jìn)行暖風(fēng)除霜。

4 坡度燈自動(dòng)除防霜裝置方案探究

4.1 裝置啟動(dòng)方式設(shè)計(jì)

坡度燈在正常開啟時(shí)，一般不會(huì)產(chǎn)生結(jié)霜現(xiàn)象，所以該裝置啟動(dòng)設(shè)計(jì)附加電流互感器控制識(shí)別坡度燈開關(guān)狀態(tài)。還應(yīng)利用溫度、濕度傳感器對(duì)裝置啟動(dòng)進(jìn)行分析。如圖2 所示，該圖為自動(dòng)除霜裝置的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖，設(shè)計(jì)想法是當(dāng)坡度燈關(guān)閉后，當(dāng)坡度燈附近的環(huán)境滿足結(jié)霜的條件時(shí)，為了防止透鏡結(jié)霜，此時(shí)除防霜裝置可以自啟動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行吹風(fēng)模式，當(dāng)環(huán)境溫度極低冷風(fēng)模式無(wú)法完全清除結(jié)霜時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)加熱棒與風(fēng)機(jī)配合進(jìn)行熱風(fēng)模式。當(dāng)?shù)浇Y(jié)霜的季節(jié)時(shí)，也可以人為地進(jìn)行遠(yuǎn)程開關(guān)自動(dòng)除防霜裝置的單吹風(fēng)和熱風(fēng)兩種模式。

圖2 自動(dòng)除霜裝置框圖

4.2 裝置供電方式分析

因考慮續(xù)航時(shí)間等因素，供電方式暫時(shí)采用就近設(shè)施取電方式。后期可進(jìn)行太陽(yáng)能電池板取電方式。

4.3 增設(shè)監(jiān)控裝置

本監(jiān)控裝置采用PC 機(jī)式監(jiān)控系統(tǒng)，主要通過攝像機(jī)（監(jiān)控器）通過視頻線纜接入視頻卡（功能為視頻采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換），視頻卡處理后的數(shù)據(jù)可寫入存儲(chǔ)設(shè)備,保證數(shù)據(jù)在一定的時(shí)間內(nèi)不丟失，并通過4G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳輸?shù)秸緝?nèi)監(jiān)控PC 機(jī)上進(jìn)行監(jiān)控顯示。

4.4 總體技術(shù)路線

如圖3 所示，該框圖為自動(dòng)除霜裝置的總體技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)除霜裝置首先要進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，根據(jù)總體方案主要分成三個(gè)模塊，為自動(dòng)除防霜裝置模塊、供電裝置模塊和監(jiān)控裝置模塊。自動(dòng)除霜裝置主要先從站內(nèi)開發(fā)，后期到現(xiàn)場(chǎng)和供電裝置一起進(jìn)行開發(fā)調(diào)試，監(jiān)控裝置主要和廠家進(jìn)行溝通設(shè)計(jì)來(lái)完成，之后組裝進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)合調(diào)試，并且測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)除霜裝置進(jìn)行完善，最后進(jìn)行試運(yùn)行階段。

圖3 總體技術(shù)路線框圖

5 坡度燈自動(dòng)除防霜裝置應(yīng)用前景與經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)及分析

坡度燈自動(dòng)除防霜裝置的研究，可以有效地避免坡度燈窗口在冬季結(jié)霜的情況，即使天氣環(huán)境急劇惡劣，也會(huì)提高除霜的實(shí)效性，確保坡度燈透鏡處于無(wú)霜通透狀態(tài)。

安裝自動(dòng)除防霜裝置應(yīng)用前景，是在冬季天氣濕度較大、溫度較低容易結(jié)霜的綜合環(huán)境下，預(yù)防助航燈光坡度燈結(jié)霜情況出現(xiàn)，可保證冬季突然啟用某條跑道時(shí)，坡度燈透鏡表面通透無(wú)霜。

此裝置暫應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)跑道坡度燈系統(tǒng)中，徹底解決以往人工發(fā)現(xiàn)窗口結(jié)霜后采取人為除霜的方法。如果坡度燈自動(dòng)除防霜裝置試驗(yàn)成功，就可以節(jié)約人員檢查的時(shí)間，保障坡度燈系統(tǒng)的正常使用。

坡度燈自動(dòng)除霜裝置的研究，對(duì)跑道坡度燈的時(shí)刻正常使用起到了非常重要的效果，隨著航班量的增加，坡度燈的使用會(huì)越加頻繁，此項(xiàng)研究投入后我們既可以對(duì)坡度燈的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，又可以保障跑道突然啟用坡度燈的正常運(yùn)行，進(jìn)而節(jié)省助航燈光清晨巡視維護(hù)時(shí)間和人力，提高工作效率。

6 結(jié)語(yǔ)

天津機(jī)場(chǎng)已經(jīng)進(jìn)入大型繁忙機(jī)場(chǎng)行列，飛行區(qū)部始終秉承著“安全第一，預(yù)防為主”的方針，不斷地在工作中進(jìn)行革新，大力推動(dòng)平安民航建設(shè)。基于坡度燈對(duì)降落飛機(jī)的重要性和使用現(xiàn)狀，我們非常有必要采用相應(yīng)的電子技術(shù)進(jìn)行坡度燈自動(dòng)除防霜裝置的研究。坡度燈自動(dòng)除防霜裝置的研究，可以有效地避免坡度燈窗口在冬季結(jié)霜的情況，即使天氣環(huán)境急劇惡劣，也會(huì)提高除霜的實(shí)效性。確保機(jī)場(chǎng)在運(yùn)行過程中，坡度燈透鏡處于無(wú)霜通透狀態(tài)。