楊甲龍 陳友法 匡恩喜

摘要：圍繞某型運(yùn)輸機(jī)高寒地區(qū)試飛任務(wù)，對(duì)飛機(jī)在高寒環(huán)境下的地面除冰關(guān)鍵程序方法進(jìn)行了預(yù)先研究，包括除冰時(shí)機(jī)的確定、防/除冰液的選配、除冰關(guān)鍵表面的識(shí)別、除冰噴灑順序及路線的確定、除冰作業(yè)及防冰保持時(shí)間的計(jì)算等，并經(jīng)試飛過程多次驗(yàn)證優(yōu)化，確保了該程序方法的合理和可操作，保障了飛行安全和任務(wù)完成，可規(guī)范指導(dǎo)飛機(jī)地面除冰工作。

關(guān)鍵詞：運(yùn)輸機(jī);高寒;地面除冰;程序方法;活性霜;保持時(shí)間

0 引言

某型運(yùn)輸機(jī)前往海拉爾地區(qū)進(jìn)行高寒試飛評(píng)估工作，評(píng)估過程中可能遇到霜、雪天氣，如果這些霜、雪附著在飛機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身和尾翼上表面，飛行前必須進(jìn)行除冰和防冰操作，才能確保高寒試飛工作的正常開展。但該型飛機(jī)為新研飛機(jī)，沒有進(jìn)行過地面除冰工作。因此，在去高寒地區(qū)試飛前必須考慮飛機(jī)結(jié)冰和地面除冰問題，研究確定合適的防除冰時(shí)機(jī)，篩選合適的防/冰液，驗(yàn)證除冰步驟和程序是否滿足要求，統(tǒng)計(jì)除冰液的防冰保持時(shí)間能否滿足起飛要求。

1 地面防/除冰技術(shù)調(diào)研

地面除冰的原理不同于飛機(jī)上自帶的防除冰裝置。飛機(jī)上的除防冰裝置是依靠飛機(jī)自身的引氣、電能或機(jī)械膨脹原理來消除積冰，確保航行安全的。地面除冰的原理過程是將除冰液與水的混合物按一定濃度配置在一起，加熱到一定溫度，然后借助地面除冰保障設(shè)備將除冰混合液噴灑到機(jī)體表面，依靠除冰液去融化機(jī)體表面的霜、雪和積冰，當(dāng)機(jī)體表面的積冰全部融化后，則除冰完成。但由于此時(shí)機(jī)體表面是大量融化的水與除冰液的混合物，該混合物的濃度比除冰液的原配比濃度更低，容易產(chǎn)生二次結(jié)冰，再次結(jié)冰的時(shí)長定義為除冰液保持時(shí)間。通常情況下，除冰后如果起飛等待時(shí)間過長或遭遇了惡劣雨雪天氣，還要進(jìn)行防冰作業(yè)[1]。

某型運(yùn)輸機(jī)屬于新研飛機(jī)，沒有進(jìn)行過除/防冰作業(yè)，也無相關(guān)方面的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累，國內(nèi)軍機(jī)及軍標(biāo)在這方面都是空白，僅能從民航標(biāo)準(zhǔn)、航空公司運(yùn)營資料上獲悉相關(guān)內(nèi)容。適航咨詢通告AC-121-50《地面結(jié)冰條件下的運(yùn)行》和民航標(biāo)準(zhǔn)MH/T 3011.19-2006《民用航空器除冰、防冰液的使用》給出了民航機(jī)場除冰作業(yè)程序和除冰液的使用原則，但是對(duì)于具體的技術(shù)細(xì)節(jié)，還需根據(jù)特定機(jī)型進(jìn)行針對(duì)性研究分析才能確定。因此，對(duì)于除/防冰時(shí)機(jī)、除/防冰液型號(hào)的選擇以及除/防冰液的保持時(shí)間這三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行了前期調(diào)研。

1.1 除/防冰時(shí)機(jī)分析調(diào)研

《AC-121-50地面結(jié)冰條件下的運(yùn)行》沒有給出具體的除/防冰時(shí)機(jī)，但是提出了地面結(jié)冰條件：一般情況下地面結(jié)冰是指外界大氣溫度在5℃以下，存在可見的潮氣（如雨、雪、雨夾雪、冰晶、有霧且能見度低于1.5km等）或者在跑道上出現(xiàn)積水、雪水、冰或雪的氣象條件，或者外界大氣溫度在10℃以下，外界溫度達(dá)到或者低于露點(diǎn)的氣象條件。沒有給出具體的除/防冰時(shí)機(jī)。

按照此條款進(jìn)行文字解讀，海拉爾地區(qū)年平均氣溫為-1℃～-2℃，冬季最冷月平均低溫為-30.83℃，假設(shè)要進(jìn)行飛行試驗(yàn)，則每天都需要進(jìn)行除/防冰作業(yè)。但是調(diào)查發(fā)現(xiàn)，海拉爾機(jī)場起飛的民航客機(jī)并不是每個(gè)飛行架次都需要進(jìn)行除/防冰作業(yè)。為此專門去海拉爾機(jī)場除冰部門進(jìn)行調(diào)研咨詢，除冰部門給出的解釋是，除冰時(shí)機(jī)需根據(jù)天氣情況結(jié)合飛機(jī)的實(shí)際情況進(jìn)行判斷，跟天氣溫度相關(guān)，但不絕對(duì)。例如，當(dāng)日氣溫為-20℃，但是天氣情況良好，空氣濕度較低，凌晨時(shí)飛機(jī)表面雖然結(jié)了一層浮霜，但是到8、9點(diǎn)航班起飛前，飛機(jī)關(guān)鍵表面上的冰霜已融化干凈，不需要除冰作業(yè)。

因此總結(jié)為：除/防冰作業(yè)的根本目的是恢復(fù)飛機(jī)原有的氣動(dòng)性能，所以除冰作業(yè)關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)機(jī)判定的關(guān)鍵在于霜、冰、雪或冰雪混合物會(huì)不會(huì)影響飛機(jī)的氣動(dòng)性能，如果影響了就必須實(shí)施除冰作業(yè)，如果不影響則不必進(jìn)行除冰作業(yè)。

1.2 除/防冰液型號(hào)的選型調(diào)研

按照美國機(jī)動(dòng)車工程師學(xué)會(huì)（SAE）規(guī)定，除/防冰液分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ型，以乙二醇為主要成分，添加一定的增稠劑和抑制劑。其中，Ⅰ型為牛頓流體，粘度較小;Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ型屬于非牛頓流體，粘度較大，能較好地附著在靜止飛機(jī)的表面，但又能在起飛時(shí)從飛機(jī)表面吹脫[2]。Ⅰ型除冰液粘度低，防冰時(shí)間較短，容易造成二次結(jié)冰，因此民航飛機(jī)在惡劣天氣條件下推薦使用粘度高、防冰時(shí)間長的Ⅱ型和Ⅳ型液（Ⅲ型液因吹除速度低僅適用于螺旋槳飛機(jī)）。從Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型除冰液的性能參數(shù)來看，都可以在海拉爾地區(qū)的環(huán)境條件下使用，但是具體應(yīng)該使用哪型還未明確。

根據(jù)GB/T20857-2007《航空器非牛頓型除、防冰液ISOⅡ型》的要求，Ⅱ和Ⅳ型液通常應(yīng)用于起飛速度超過185.3～203.8km/h的飛機(jī)。該型運(yùn)輸機(jī)的起飛速度正好接近這個(gè)范圍，如果是空載起飛，起飛速度還低于這個(gè)范圍。起飛速度過小，不能依靠起飛氣流吹散附著在機(jī)翼表面的除冰液，一樣會(huì)影響機(jī)翼的升力性能，對(duì)飛行安全造成有害影響。為此咨詢海拉爾機(jī)場除冰部門民航飛機(jī)使用哪一型除冰液，答復(fù)使用的都是Ⅰ型防冰液，沒有使用過Ⅱ、Ⅳ型液，但會(huì)根據(jù)天氣和溫度情況配置Ⅰ型防冰液與水的體積比。

既然選擇Ⅱ、Ⅳ型液可能存在安全風(fēng)險(xiǎn)，因此該型運(yùn)輸機(jī)的除冰作業(yè)也選用Ⅰ型防冰液，與海拉爾機(jī)場除冰部門的選擇保持一致。

1.3 保持時(shí)間計(jì)算方法調(diào)研

在MH/T 3011.19-2006《民用航空器除冰、防冰液的使用》及國航的除冰程序中，保持時(shí)間的計(jì)算是從最后一次使用除/防冰液開始，至噴灑于航空器上的除/防冰液失效時(shí)結(jié)束。如果按照飛機(jī)整個(gè)噴完除冰液后才開始計(jì)算防冰保持時(shí)間，對(duì)表面積較大的飛機(jī)來說，整個(gè)噴灑耗時(shí)可能比除冰液的保持時(shí)間還長。極端情況下第一槍噴出的除冰液已經(jīng)失效或結(jié)冰了，從這個(gè)時(shí)候再算保持時(shí)間就失去了意義。

針對(duì)此問題，海拉爾機(jī)場除冰部門給出的答復(fù)是：一般情況下保持時(shí)間是按照整個(gè)飛機(jī)噴完除冰后開始計(jì)時(shí)的，但是特殊情況下可以選擇高安全裕度方法計(jì)時(shí)：采用一步法（除防冰同時(shí)進(jìn)行）時(shí)，保持時(shí)間從第一槍噴液開始計(jì)算;采用二步法（先除冰，再防冰）時(shí)，保持時(shí)間從第二步防冰的第一槍噴液開始計(jì)算。

因此，對(duì)于該型運(yùn)輸機(jī)來說，當(dāng)Ⅰ型防冰液的混合比確定后，保持時(shí)間也確定了。關(guān)鍵應(yīng)計(jì)算整架飛機(jī)的除冰液噴涂時(shí)間，以確保飛機(jī)除冰后至起飛完成的耗時(shí)在保持時(shí)間段內(nèi)。

2 制定除冰程序

2.1 確定飛機(jī)關(guān)鍵表面和噴灑表面

關(guān)鍵表面是指航空器外部某些表面一旦附著冰凍污染物，就會(huì)影響航空器的氣動(dòng)性能或影響航空器的安全飛行特性，關(guān)鍵表面一般由航空器設(shè)計(jì)制造廠家確定。該型運(yùn)輸機(jī)的關(guān)鍵表面為飛機(jī)正面迎風(fēng)相關(guān)的外表面和操縱舵面以及關(guān)鍵傳感器。雖然關(guān)鍵表面是影響飛機(jī)氣動(dòng)性能或安全性能的表面，理論上只要有冰凍污染物覆蓋就應(yīng)進(jìn)行除冰，但有些關(guān)鍵表面是不能噴灑除冰液的，如發(fā)動(dòng)機(jī)、APU進(jìn)氣口和各類傳感器。

因此，確定某型運(yùn)輸機(jī)的可噴灑表面為：機(jī)身上表面（包括機(jī)頭后部上表面、前后翼身整流罩、中央翼、后機(jī)身上表面），左右前緣縫翼，左右機(jī)翼固定盒段上下表面，左右擾流板，左右后緣襟翼，左右副翼，垂直尾翼前緣及固定盒段兩側(cè)，方向舵兩側(cè)，水平尾翼前緣，水平尾翼固定盒段上下表面，升降舵兩側(cè)。

2.2 確定防冰液混合比和保持時(shí)間

根據(jù)調(diào)研和分析結(jié)果，選定I型液（FCY-1A對(duì)應(yīng)SAE TYPEⅠ）作為除冰液，根據(jù)《MH/T 3011.19-2006 民用航空器除冰、防冰液的使用》的原則，配置好的液體冰點(diǎn)必須比環(huán)境溫度低10℃。根據(jù)生產(chǎn)廠家給的濃度、折射率、冰點(diǎn)和最低使用溫度表，試驗(yàn)飛行期間海拉爾機(jī)場的環(huán)境溫度為-37℃～-27℃，選用75%濃度的I型液，其冰點(diǎn)為-60℃，最低使用溫度為-40℃，可滿足要求，詳見表1。根據(jù)保持時(shí)間指南，I型液在活性霜天氣條件下的保持時(shí)間為45分鐘，詳見表2。

2.3 確定飛機(jī)上的噴灑順序

按照除冰液從高至低、從前至后的噴灑原則，制定了某型運(yùn)輸機(jī)的噴灑順序。

1） 機(jī)身：從機(jī)身頂部中心線開始噴灑，然后向外。繞過機(jī)頭上表面，防止除冰液流到駕駛艙前風(fēng)擋和機(jī)頭各傳感器上。

2） 機(jī)翼：從機(jī)翼根部噴向翼尖，從機(jī)翼前緣噴向后緣。

3） 尾翼：平尾從根部噴向翼尖、從前緣噴向后緣;垂尾從頂部噴至底部，沿航向從前部噴至后部。

2.4 除冰車的數(shù)量及噴灑路線

1） 確定除冰車數(shù)量

為了保證飛機(jī)能夠在保持時(shí)間內(nèi)正常起飛，除冰作業(yè)所用時(shí)間應(yīng)越少越好。減少除冰作業(yè)時(shí)間，通常的做法是增加除冰車的數(shù)量，可以安排2輛、3輛甚至4輛車同時(shí)作業(yè)，但是除冰車數(shù)量增加后除冰作業(yè)的協(xié)調(diào)難度也相應(yīng)增加，需要對(duì)除冰安全線路進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)海拉爾民航機(jī)場除冰作業(yè)部門提供的空客A320、波音737-800機(jī)型的噴灑面積及熟練操作人員的除冰時(shí)間，對(duì)比該型運(yùn)輸機(jī)的噴灑面積，推算出了除冰作業(yè)時(shí)間，計(jì)劃采用2輛除冰車同時(shí)進(jìn)行除冰作業(yè)，如表3所示。

2） 確定噴灑線路

參考民航的除冰車運(yùn)行軌跡以及安全原則，確定了2輛除冰車同時(shí)除冰的噴灑路線：由飛機(jī)正前方左右兩側(cè)慢慢接近飛機(jī)，沿前機(jī)身開時(shí)噴灑，噴灑到機(jī)身與機(jī)翼頂部時(shí)，再沿左右機(jī)翼向外噴灑至翼尖，繞過翼尖開始噴灑后機(jī)身、垂尾和平尾，噴灑結(jié)束，除冰車撤離飛機(jī)。

3 除冰實(shí)施與驗(yàn)證

3.1 配置除冰液

某型運(yùn)輸機(jī)除冰作業(yè)采用的是某公司生產(chǎn)的I型除冰液，塑料桶裝，規(guī)格是1桶200L，重量為225kg;所用除冰車（見圖1）的除冰液容量為4500L;按照每平方米1L的除冰液使用量，一次除冰作業(yè)大約消耗500L。一次配置2000L可以使用4次，除冰液的存儲(chǔ)期可以保持2個(gè)月。

除冰作業(yè)需要配置75%濃度（體積）的I型除冰液2000L，首先向除冰車內(nèi)注入7.5桶除冰液，再將除冰液桶作為量杯，向除冰車內(nèi)灌裝2.5桶自來水。啟動(dòng)除冰車，內(nèi)循環(huán)3～5min，使除冰液與自來水充分?jǐn)嚢杈鶆?。然后取混合后的液樣，在折射率檢測(cè)儀（見圖2）上檢查混合液的折射率是否與廠家提供的混合液折射率相符。按表1要求，75%濃度混合液的折射率應(yīng)1.404。

3.2 除冰實(shí)施

某型運(yùn)輸機(jī)在海拉爾機(jī)場試飛前，首先進(jìn)行一次除冰噴灑試驗(yàn)并中速滑行一次。主要目的：

1） 演練除冰車噴灑路線，摸索最佳除冰點(diǎn)和路線。

2） 計(jì)算整機(jī)除冰作業(yè)時(shí)間。

3） 中速滑行時(shí)速度控制在177km/h，驗(yàn)證能否順利吹掉機(jī)翼和各舵面上殘余的除冰液，以確保飛機(jī)的氣動(dòng)性能不受影響。

首次除冰實(shí)施操作表明，除冰程序合理，但除冰線路需要優(yōu)化，邊行駛邊除冰的方式不適用，除冰液使用量大于預(yù)期。在隨后的幾次飛行前除冰作業(yè)中進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)和驗(yàn)證。

3.3 除冰時(shí)間及出動(dòng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)

本次高寒環(huán)境試驗(yàn)期間共試飛7次，除冰作業(yè)4次，對(duì)每次除冰時(shí)間及除冰后的起飛時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出2輛除冰車同時(shí)除冰的平均時(shí)間為7min，除冰后起飛時(shí)間平均為19.25min，平均總耗時(shí)26.25min，驗(yàn)證了該型運(yùn)輸機(jī)的除冰作業(yè)時(shí)間和除冰后的起飛時(shí)間在I型除冰液的保持時(shí)間45min內(nèi)，如表4所示。

3.4 噴灑路線優(yōu)化及固定噴灑點(diǎn)

1） 噴灑路線優(yōu)化

飛機(jī)停放周圍的地面上有殘留的冰雪，除冰車如果行駛速度較快或與飛機(jī)沒有保持足夠的安全距離，有可能與飛機(jī)發(fā)生碰撞。為避免除冰車與飛機(jī)相撞，首先，規(guī)定除冰車接近或繞飛機(jī)時(shí)的行駛速度不大于5km/h，且除冰車應(yīng)在距飛機(jī)約20m處點(diǎn)試剎車，以確認(rèn)除冰車制動(dòng)性能良好;其次，為保證除冰線路合理，減少作業(yè)時(shí)間和安全隱患，制定了沿機(jī)頭至尾翼的不用來回倒車的除冰車噴灑路線。

2） 固定噴灑點(diǎn)

由于客客A320或波音737等單通道飛機(jī)是下單翼布局，機(jī)翼面高度低，因此在執(zhí)行除冰作業(yè)時(shí)，除冰車可以一邊行駛一邊除冰。某型運(yùn)輸機(jī)是上單翼布局，機(jī)翼面高達(dá)5m，實(shí)際除冰過程中，除冰車作業(yè)吊籃力臂伸出行程較長，行駛過程中吊籃晃動(dòng)非常大，除冰人員在其中作業(yè)極其危險(xiǎn)。因此，采用固定點(diǎn)除冰噴灑方案，即除冰車行駛到特定位置后，再伸出吊籃執(zhí)行定點(diǎn)區(qū)域的除冰噴灑作業(yè)。共設(shè)置4個(gè)除冰點(diǎn)，前2個(gè)除冰點(diǎn)位于左右發(fā)動(dòng)機(jī)的正前方，覆蓋前機(jī)身和左右機(jī)翼，后2個(gè)除冰點(diǎn)位于發(fā)動(dòng)機(jī)后、后機(jī)身中間位置，覆蓋后機(jī)身和尾翼。除冰噴灑路線和除冰點(diǎn)如圖3所示。

4 總結(jié)

針對(duì)某型運(yùn)輸機(jī)海拉爾地區(qū)高寒試飛任務(wù)，提前對(duì)地面除冰方法進(jìn)行了研究。調(diào)研了海拉爾機(jī)場除冰作業(yè)部門，明確了除/防冰作業(yè)時(shí)機(jī)的判定條件是霜、冰、雪或其混合物是否影響飛機(jī)的氣動(dòng)性能;通過分析對(duì)比Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型防/除冰液的參數(shù)和海拉爾機(jī)場實(shí)際使用情況，選定了I型防/除冰液為此次使用的防/除冰液，噴灑和中速滑行等驗(yàn)證表明Ⅰ型液適用;給出了該型飛機(jī)的地面除冰程序，確定了除冰液的配置過程和方法，統(tǒng)計(jì)了除冰作業(yè)時(shí)間，根據(jù)實(shí)際作業(yè)中發(fā)現(xiàn)的問題，對(duì)噴灑路線和除冰點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化。保證了飛機(jī)在高寒環(huán)境下的安全運(yùn)行，積累了地面除冰作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，為規(guī)范結(jié)冰條件下飛機(jī)的防/除冰運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

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