李焱鑫，顧 新

（中國(guó)民航上海航空器適航審定中心，上海 200335）

民機(jī)在飛行過(guò)程中可能發(fā)生結(jié)冰，使得飛機(jī)最大升力系數(shù)降低、阻力增加、力矩特性發(fā)生改變，導(dǎo)致諸多異常飛行狀態(tài)發(fā)生。相比常規(guī)結(jié)冰，過(guò)冷大水滴（SLD,supercooled liquid drops）引發(fā)的結(jié)冰不易探測(cè)，翼面氣動(dòng)和飛機(jī)操穩(wěn)特性破壞更嚴(yán)重，在民航歷史上已引發(fā)多起嚴(yán)重事故。由于飛行結(jié)冰問(wèn)題對(duì)飛行安全的嚴(yán)重危害性，民機(jī)研制中必須對(duì)結(jié)冰適航問(wèn)題進(jìn)行驗(yàn)證。

隨著飛機(jī)結(jié)冰問(wèn)題研究的深入，結(jié)冰適航標(biāo)準(zhǔn)逐漸提升。2014年11月美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）針對(duì)《聯(lián)邦航空條例25 部：運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》（FAR-25）發(fā)布了FAR 25-140 修正案[1]，將SLD 結(jié)冰正式寫入適航標(biāo)準(zhǔn)。

隨著結(jié)冰適航標(biāo)準(zhǔn)的提高，為認(rèn)識(shí)結(jié)冰規(guī)律、研發(fā)防除冰技術(shù)、發(fā)展新型結(jié)冰材料等，提出了新的要求。在SLD 環(huán)境背景下，為更好地驗(yàn)證適航標(biāo)準(zhǔn)的符合性，民機(jī)研制方、設(shè)備供應(yīng)商和適航當(dāng)局，需要掌握SLD結(jié)冰的規(guī)律，探索新的、可行的符合性驗(yàn)證方案，采用新的符合性驗(yàn)證手段。

在全面梳理?xiàng)l款制訂背景和結(jié)冰研究進(jìn)展前提下，結(jié)合現(xiàn)有常規(guī)結(jié)冰符合性驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)，對(duì)SLD 結(jié)冰驗(yàn)證可能采用的符合性方法進(jìn)行分析。進(jìn)一步明確該領(lǐng)域未來(lái)需重點(diǎn)突破的關(guān)鍵問(wèn)題，建立結(jié)冰適航驗(yàn)證的全局新思路，對(duì)中國(guó)民機(jī)研制和取證具有重要意義。

1 SLD 結(jié)冰適航條款的制訂過(guò)程和具體要求

1994年，美鷹航空4184 航班在等待進(jìn)場(chǎng)時(shí)，遭遇SLD 云團(tuán)后失控墜毀[2]，此次事件后，相關(guān)部門和工業(yè)界開始關(guān)注SLD 問(wèn)題對(duì)民航安全的影響。自1996年起，F(xiàn)AA 累計(jì)發(fā)布了39 份（含已取消2 份）與SLD 相關(guān)的適航指令，持續(xù)關(guān)注SLD 對(duì)飛機(jī)運(yùn)行的影響。2005年，結(jié)冰防護(hù)協(xié)調(diào)工作小組根據(jù)空難調(diào)查及研究結(jié)果，發(fā)布了SLD 結(jié)冰適航標(biāo)準(zhǔn)制定工作報(bào)告[3]。2010年，F(xiàn)AA 擬定SLD 條款制定建議書[4]（NPRM,the notice of proposed rulemaking），并向工業(yè)界征求意見。2014年，經(jīng)全球30 家飛機(jī)設(shè)計(jì)廠商和供應(yīng)商投票表決，《飛機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)在過(guò)冷大水滴、混合態(tài)和冰晶條件下的適航需求》[1]正式寫入FAR 適航條款。2015年，歐洲航空安全局（EASA）也對(duì)《審定規(guī)范25 部：大飛機(jī)審定規(guī)范和符合性方法》（CS-25）條款[5]進(jìn)行了相應(yīng)修訂。SLD 結(jié)冰研究在政策推動(dòng)下，已成為適航標(biāo)準(zhǔn)修訂的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容，飛機(jī)結(jié)冰安全研究因此進(jìn)入新階段。

1.1 SLD 環(huán)境

在最新FAR 適航標(biāo)準(zhǔn)中，F(xiàn)AR-25 部增加了新章節(jié)《附錄O：過(guò)冷大水滴結(jié)冰條件》，明確了SLD 結(jié)冰的環(huán)境要求，劃定了飛機(jī)設(shè)計(jì)中需要關(guān)注的SLD 環(huán)境的界限范圍。附錄O 對(duì)SLD 結(jié)冰的定義方式與附錄C對(duì)常規(guī)結(jié)冰環(huán)境的定義方式不同，附錄O 將SLD 結(jié)冰環(huán)境分為微凍雨（freezing drizzle）和凍雨（freezing rain）兩類，以“水滴直徑分布”的形式，分別定義了兩種SLD 結(jié)冰環(huán)境的上下邊界。微凍雨的水滴直徑范圍在500 μm 以內(nèi)，而凍雨環(huán)境的最大水滴直徑可達(dá)2 000 μm，實(shí)際的水滴直徑分布范圍更廣。當(dāng)前局方和工業(yè)界采用的驗(yàn)證方法，主要是應(yīng)對(duì)附錄C 中的常規(guī)結(jié)冰環(huán)境，附錄O 提出的大跨度水滴直徑范圍的環(huán)境需求，對(duì)結(jié)冰試飛、結(jié)冰實(shí)時(shí)測(cè)量、計(jì)算模擬、冰風(fēng)洞試驗(yàn)等都提出了更高要求。FAA 基于當(dāng)前技術(shù)水平認(rèn)為，現(xiàn)有工程工具無(wú)法用于凍雨環(huán)境的結(jié)冰驗(yàn)證，還需要有針對(duì)性地進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

附錄O 進(jìn)一步明確了平均水滴直徑（MVD，mean volume diameter）小于40 μm 的微凍雨/凍雨環(huán)境的液態(tài)水含量范圍，其中一部分MVD 范圍與附錄C 常規(guī)結(jié)冰的范圍重合，這表明相比MVD，水滴直徑分布更能有效標(biāo)識(shí)SLD 環(huán)境的結(jié)冰特征。據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析，SLD 可能對(duì)結(jié)冰過(guò)程產(chǎn)生影響：當(dāng)水滴直徑分布發(fā)生變化時(shí)，即使相同的MVD 環(huán)境仍可能引起較大的結(jié)冰差異，造成未知的飛機(jī)安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 SLD 條件約束范圍

美歐適航當(dāng)局對(duì)SLD 結(jié)冰相關(guān)條款的要求略有差異。FAA 要求SLD 結(jié)冰的相關(guān)適航條款須應(yīng)用于最大起飛重量（MTOW, maximum take-off weight），小于60 000 lbs（1 lbs≈0.45 kg）或具有可逆操縱器件的兩類飛機(jī)上。EASA 則要求SLD 結(jié)冰條款適用于所有新申請(qǐng)型號(hào)合格證的大型飛機(jī)。

美歐§25.1420 新修條款并未規(guī)定飛機(jī)必須具備在附錄O 涵蓋的所有結(jié)冰條件下安全操縱的能力，但提出了探測(cè)—預(yù)警—改出的可行性方案，對(duì)飛機(jī)在SLD 結(jié)冰條件下的飛行做出如下具體要求：

1）能夠在附錄O 結(jié)冰條件下保證飛機(jī)的性能和操穩(wěn)，安全飛行；

2）能夠在附錄O 部分條件下安全飛行，但發(fā)現(xiàn)環(huán)境特征超出范圍時(shí)，應(yīng)安全改出；

3）能夠及時(shí)探測(cè)到SLD 結(jié)冰環(huán)境，并能夠從這類環(huán)境中改出。

對(duì)飛行系統(tǒng)而言，結(jié)冰條款并沒(méi)有要求飛機(jī)一定要具備完美的飛行品質(zhì)，而是重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了須具備應(yīng)對(duì)SLD 結(jié)冰環(huán)境的能力。

對(duì)動(dòng)力裝置而言，F(xiàn)AR 25-140 修正案明確規(guī)定SLD 結(jié)冰環(huán)境要求適用于所有安裝在25 部飛機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)航空規(guī)則制定專家委員會(huì)(ARAC,aviation rulemaking advisory committee）的數(shù)據(jù)，至2010年NPRM 發(fā)布時(shí)，美國(guó)已發(fā)生231 起SLD 結(jié)冰導(dǎo)致的事故癥候，SLD 結(jié)冰會(huì)破壞發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇，造成較大的動(dòng)力損失。EASA 也通過(guò)地面實(shí)驗(yàn)證明了SLD 環(huán)境會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)造成傷害。由于大型飛機(jī)在跨國(guó)跨洲航行時(shí)更容易遭遇惡劣環(huán)境，為滿足飛行安全需求，申請(qǐng)人必須證明飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)具備在典型SLD 結(jié)冰環(huán)境（空氣溫度-9～-1 ℃、液態(tài)水含量至少達(dá)到0.3 g/m3、MVD 至少達(dá)到100 μm）下正常運(yùn)行的能力?；裟犴f爾（Honeywell）公司曾建議發(fā)動(dòng)機(jī)在SLD 環(huán)境中僅需滿足類似于飛機(jī)的探測(cè)—預(yù)警—改出的相關(guān)要求，但FAA 認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)一旦進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)，飛機(jī)將不具備足夠時(shí)間從危險(xiǎn)中改出，發(fā)動(dòng)機(jī)必須滿足更惡劣條件下的飛行需求。

1.3 當(dāng)前SLD 結(jié)冰條款對(duì)審定的新要求

基于當(dāng)前美歐新修SLD 結(jié)冰條款對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行提出的新要求，SLD 結(jié)冰審定工作主要圍繞以下3 個(gè)方面展開。

1）飛機(jī)性能評(píng)估要求

新修條款聚焦于飛行系統(tǒng)在面臨SLD 結(jié)冰條件時(shí)的探測(cè)—預(yù)警—改出能力，保證飛行具有足夠的安全裕度。對(duì)于安全裕度的范圍，局方允許申請(qǐng)人根據(jù)飛機(jī)的設(shè)計(jì)需求和應(yīng)變能力自行界定。

2）探測(cè)能力要求

FAR 25-140 修正案中要求，應(yīng)能使飛行員在發(fā)現(xiàn)和改出過(guò)程中，清晰識(shí)別出附錄O 環(huán)境；結(jié)冰探測(cè)器應(yīng)能夠探測(cè)出附錄O 環(huán)境和§25.1324 條款要求，應(yīng)有方法對(duì)SLD 結(jié)冰對(duì)攻角系統(tǒng)的潛在危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警。

3）發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰冗余要求

作為運(yùn)輸類飛機(jī)適航審定的核心裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)在極端環(huán)境下的性能和操縱特性必須進(jìn)行有效的驗(yàn)證?？梢詤⒖纪ㄓ秒姎?GE)等系統(tǒng)供應(yīng)商的做法，選擇合適的地理環(huán)境，建立專門的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰實(shí)驗(yàn)基地，加強(qiáng)動(dòng)力裝置異常環(huán)境冗余的評(píng)估和驗(yàn)證能力建設(shè)。

中國(guó)民用航空局已著手對(duì)《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》（CCAR-25R4）[6]結(jié)冰相關(guān)條款進(jìn)行研討，并結(jié)合當(dāng)前SLD 研究進(jìn)展適時(shí)進(jìn)行合理修訂。中國(guó)現(xiàn)有若干民機(jī)型號(hào)正在研發(fā)，根據(jù)研制取證進(jìn)度，未來(lái)有可能需要對(duì)SLD 條款表明符合性，在此建議民機(jī)研制方提前進(jìn)行理論研究和技術(shù)儲(chǔ)備，以滿足取證和研制需求。

2 SLD 結(jié)冰研究發(fā)展現(xiàn)狀

為滿足上述SLD 結(jié)冰的適航要求，需從SLD 結(jié)冰微觀機(jī)理、結(jié)冰后飛行性能評(píng)估方法和SLD 結(jié)冰安全防護(hù)技術(shù)3 個(gè)方面開展研究。在1994年美鷹航空SLD結(jié)冰事故發(fā)生后，SLD 結(jié)冰機(jī)理是當(dāng)時(shí)學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，大粒徑水滴動(dòng)力學(xué)效應(yīng)、非穩(wěn)態(tài)傳熱相變特征、后流結(jié)冰問(wèn)題都曾是結(jié)冰研究發(fā)展的重要方向；SLD 適航條款修訂后，相關(guān)研究開始關(guān)注異常結(jié)冰造成的飛行性能損失和飛行品質(zhì)變化，異常結(jié)冰后的危害評(píng)估成為研究的核心問(wèn)題；飛機(jī)結(jié)冰探測(cè)和防除冰技術(shù)，也開始面向工程應(yīng)用的前沿領(lǐng)域，呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢(shì)。

2.1 SLD 結(jié)冰微觀機(jī)理

學(xué)者對(duì)SLD 結(jié)冰機(jī)理研究重點(diǎn)放在大粒徑造成的直徑效應(yīng)和過(guò)冷形態(tài)方面。文獻(xiàn)[7-10]將異常結(jié)冰的原因解釋為大水滴引起的破碎和飛濺效應(yīng)，并從理論上解釋了“SLD 結(jié)冰位置更靠后”的問(wèn)題。研究[11-13]表明大直徑水滴高速撞擊過(guò)程中熱力學(xué)因素起重要作用：SLD 撞擊結(jié)冰過(guò)程隨著水滴直徑、速度、溫度、親疏水表面等因素影響，結(jié)冰的特征迥異，撞擊傳熱效應(yīng)極大影響了SLD 的結(jié)冰速率，體現(xiàn)出異常性。

在過(guò)冷態(tài)結(jié)冰方面，Kong 等[14]的研究表明，過(guò)冷水層中冰枝尖端生長(zhǎng)速率會(huì)隨著過(guò)冷度的增加呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)的上升趨勢(shì)，這種因素可能是造成SLD 結(jié)冰異常的另一特征。但Schremb 等[15]認(rèn)為，冰枝尖端的快速生長(zhǎng)會(huì)隨著過(guò)冷度的增加出現(xiàn)生長(zhǎng)模式的轉(zhuǎn)換。冰枝生長(zhǎng)速率的量化還需要理論研究的進(jìn)一步支持。

總之，對(duì)水滴直徑效應(yīng)和過(guò)冷態(tài)理論的研究，是分析SLD 結(jié)冰特殊性的重點(diǎn)，上述研究完善了傳統(tǒng)飛機(jī)結(jié)冰理論，為結(jié)冰模擬技術(shù)、冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)和防除冰技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新提供了重要的理論參考。

2.2 結(jié)冰后飛行性能評(píng)估方法

異常結(jié)冰性能評(píng)估研究主要包括：臨界冰型確定、帶冰氣動(dòng)特性分析和結(jié)冰飛行品質(zhì)評(píng)估。

臨界冰型確定是開展飛機(jī)安全評(píng)估工作的前提條件，需要在保守的原則下進(jìn)行。目前主流的結(jié)冰模擬軟件，如文獻(xiàn)[16-17]為了提升冰型預(yù)測(cè)能力，都在開發(fā)各自的SLD 結(jié)冰模擬模塊。文獻(xiàn)[18-20]基于不同的熱力學(xué)模型，發(fā)展了不同的結(jié)冰模擬算法。在實(shí)驗(yàn)技術(shù)改進(jìn)方面，傳統(tǒng)的冰風(fēng)洞參數(shù)[21]，如慣性參數(shù)K0，結(jié)冰因子Ac，凍結(jié)率n，水含量傳遞因子Φ 等，不能對(duì)SLD 環(huán)境實(shí)現(xiàn)全覆蓋[22]，SLD 臨界冰型預(yù)測(cè)可能還需要同時(shí)考慮水滴云霧的粒徑分布同步測(cè)量[23]等技術(shù)。

結(jié)冰后的飛機(jī)氣動(dòng)特性分析是結(jié)冰危害評(píng)估的核心工作。Bragg 等[24]通過(guò)大量空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)厘清了冰型對(duì)翼型氣動(dòng)特性的影響機(jī)制，并根據(jù)冰外形影響流動(dòng)的基本特征，將其歸納為：粗糙冰、流向冰、角冰以及脊冰。研究表明，角冰流場(chǎng)通常可近似為后臺(tái)階模型，當(dāng)流動(dòng)從尖端分離后，形成剪切層，在發(fā)生不穩(wěn)定后誘導(dǎo)出渦街。脊冰的影響則更類似于流動(dòng)障礙物模型，由于速度型的破壞，展向脊冰通常引發(fā)較強(qiáng)的反向壓力梯度，造成氣動(dòng)性能較大的損失。數(shù)值模擬方面，結(jié)冰氣動(dòng)計(jì)算方法[25]正在迅速發(fā)展。如張恒等[26]引入五階WENO 低耗散格式用于三維結(jié)冰流場(chǎng)的非定常過(guò)程計(jì)算。如何把典型的流動(dòng)結(jié)構(gòu)從復(fù)雜的非定常過(guò)程中提取出來(lái)，仍需進(jìn)一步研究。

結(jié)冰飛行品質(zhì)評(píng)估是驗(yàn)證飛機(jī)容冰能力的主要目的。常規(guī)結(jié)冰后的飛行品質(zhì)評(píng)估主要依賴于飛行試驗(yàn)，如Ranaudo 等[27]利用試飛數(shù)據(jù)研究尾翼冰污染后的升降舵效能及有效控制范圍；Pokhariyal 等[28]研究飛機(jī)結(jié)冰后的縱向穩(wěn)定性等。這類方法獲得的數(shù)據(jù)真實(shí)但不夠全面，需耗費(fèi)大量資源。另外，由于型號(hào)飛機(jī)的工程特點(diǎn)，試飛研究通常只能局限于某個(gè)特定的安全包線范圍。Lampton 等[29-30]把飛機(jī)看作剛體，在狀態(tài)空間方程中加入結(jié)冰項(xiàng)稀疏矩陣，考察賽斯納輕型飛機(jī)最大結(jié)冰條件下作方向舵-副翼橫向/側(cè)向機(jī)動(dòng)和非對(duì)稱結(jié)冰的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性等，為結(jié)冰后飛行品質(zhì)評(píng)估提供了較為明確的參數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)。但不足之處在于結(jié)冰條件單一，而現(xiàn)實(shí)結(jié)冰條件更為復(fù)雜，因此不同結(jié)冰環(huán)境對(duì)飛行品質(zhì)的影響研究停留在個(gè)例分析上，系統(tǒng)性分析工作仍然不足，SLD 結(jié)冰后的飛行品質(zhì)評(píng)估研究還需要新技術(shù)、新方法的進(jìn)一步支持。

2.3 SLD 結(jié)冰后安全防護(hù)技術(shù)

參考FAR 25-140 修正案的內(nèi)容，SLD 結(jié)冰后安全防護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)，不僅要包括防除冰設(shè)備或部件，還應(yīng)考慮整機(jī)安全的結(jié)冰防護(hù)系統(tǒng)可靠性?；谏鲜鲆螅鑼?duì)傳統(tǒng)防除冰設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，新型防除冰設(shè)備需同時(shí)考慮結(jié)冰環(huán)境及探測(cè)預(yù)警、防除冰響應(yīng)/應(yīng)對(duì)能力以及人為因素在操作過(guò)程中的延時(shí)影響等。

新技術(shù)逐漸融入傳統(tǒng)的電熱防冰、機(jī)械除冰方式，如超疏水表面處理、防冰涂層等[31]新防冰方法[32]，其基本思路是利用微納米物理方法或涂層等化學(xué)方法制備超疏水表面，降低水與壁面的接觸程度，使得水滴不會(huì)停留在飛機(jī)表面。研究表明[33-35]，具有規(guī)整結(jié)構(gòu)的超疏水表面能使撞擊表面液滴在凝結(jié)成核前有效從表面反彈；在低濕環(huán)境下，有效延長(zhǎng)液滴在表面的結(jié)晶成核時(shí)間。但由于超疏水表面在機(jī)翼表面難以長(zhǎng)期保持，影響了該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。新防除冰技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化還需要進(jìn)一步深入探索。

在新型結(jié)冰探測(cè)設(shè)備研制方面，古德里奇（Goodrich）[36]公司已針對(duì)SLD 結(jié)冰環(huán)境，研制出磁滯伸縮探頭型結(jié)冰探測(cè)器。相比較而言，國(guó)內(nèi)在相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)還需繼續(xù)加強(qiáng)。

3 SLD 適航驗(yàn)證/取證探索

為了對(duì)大型民用飛機(jī)涉及的SLD 結(jié)冰問(wèn)題進(jìn)行驗(yàn)證，需要表明飛機(jī)符合適航規(guī)章和條款的要求。下面簡(jiǎn)要介紹表明符合性的方法，并探討SLD 結(jié)冰的取證/驗(yàn)證思路。

3.1 符合性方法

型號(hào)合格審查中，為了獲得所需的證據(jù)資料以表明適航條款的符合性，申請(qǐng)人通常需要采用不同的方法，而這些方法統(tǒng)稱為符合性驗(yàn)證方法（簡(jiǎn)稱符合性方法）。為了統(tǒng)一審查雙方的認(rèn)識(shí)，方便信息交流，在整理審查經(jīng)驗(yàn)、借鑒國(guó)外的管理成果的基礎(chǔ)上，將符合性方法匯總為以下10 種[37]，如表1所示。審查中可根據(jù)適航條款的具體要求選取其中一種或多種組合的方式來(lái)滿足條款的要求。為便于編制計(jì)劃和文件為每種符合性方法編制相應(yīng)的代碼。

表1 符合性方法Tab.1 Means of compliance

3.2 SLD 結(jié)冰表明符合性的探索

飛機(jī)SLD 結(jié)冰條件下的符合性審定，應(yīng)充分總結(jié)現(xiàn)有對(duì)SLD 結(jié)冰和常規(guī)結(jié)冰理論、工程分析和適航條款研究的經(jīng)驗(yàn)。中國(guó)已完成了ARJ21 飛機(jī)結(jié)冰的型號(hào)合格審定過(guò)程，正在有序開展C919 飛機(jī)的結(jié)冰審定。

參考《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》（CCAR-25R4）、《一般運(yùn)行和飛行規(guī)則》（CCAR-91R3）、《大型飛機(jī)公共航空運(yùn)輸承運(yùn)人運(yùn)行合格審定規(guī)則》（CCAR-121R5）以及FAR 25-140 修正案、EASA 最新CS-25 的要求，大型客機(jī)需對(duì)飛行性能、操穩(wěn)品質(zhì)、防冰系統(tǒng)、傳感器、動(dòng)力裝置、排水照明等系統(tǒng)進(jìn)行SLD 結(jié)冰條件下運(yùn)行的適航符合性驗(yàn)證。

建議優(yōu)先完成的驗(yàn)證工作有：確定SLD 臨界結(jié)冰條件、確定SLD 臨界冰型、飛機(jī)各個(gè)部件上SLD 臨界冰型的計(jì)算分析、冰風(fēng)洞試驗(yàn)、帶模擬冰型的氣動(dòng)力評(píng)估風(fēng)洞試驗(yàn)、帶冰后氣動(dòng)力影響評(píng)估、機(jī)體結(jié)冰質(zhì)量計(jì)算分析、模擬SLD 冰型試飛等。

根據(jù)條款要求和審定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通常主要采用的符合性方法為：MC1、MC2、MC4、MC6。例如，大型客機(jī)可通過(guò)數(shù)值模擬方法獲得SLD 臨界結(jié)冰條件和臨界冰型，通過(guò)結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證；對(duì)帶SLD 臨界冰型的操穩(wěn)性能進(jìn)行冰風(fēng)洞試驗(yàn)或試飛，確認(rèn)結(jié)冰后失速保護(hù)參數(shù)及性能數(shù)據(jù)，視情開展SLD 自然結(jié)冰條件下的演示驗(yàn)證等。

4 SLD 結(jié)冰研究和適航驗(yàn)證的挑戰(zhàn)

未來(lái)要突破SLD 技術(shù)瓶頸，必須以民機(jī)適航需求為牽引，注重理論與工程應(yīng)用相結(jié)合，堅(jiān)持結(jié)冰性能評(píng)估和防除冰方法的技術(shù)革新，完善飛機(jī)結(jié)冰安全評(píng)估體系。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外工業(yè)界和局方面臨著共同的適航驗(yàn)證和研發(fā)取證的難題，建議SLD 結(jié)冰研究和適航驗(yàn)證工作，進(jìn)一步關(guān)注以下3 方面。

4.1 理論研究與工程應(yīng)用相結(jié)合

在SLD 結(jié)冰理論研究中要進(jìn)一步明確工程導(dǎo)向。加強(qiáng)對(duì)理論研究成果的消化、吸收和創(chuàng)新，并最終應(yīng)用到飛機(jī)設(shè)計(jì)中；進(jìn)一步將結(jié)冰機(jī)理的研究成果應(yīng)用于新型防除冰系統(tǒng)研發(fā)中，并進(jìn)行驗(yàn)證。目前，眾多新型防除冰技術(shù)方法還沒(méi)有在SLD 結(jié)冰條件下進(jìn)行功能性、耐久性評(píng)估，磁流體防冰、微波除冰等新技術(shù)還未形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，SLD 結(jié)冰理論研究需迅速與防除冰技術(shù)對(duì)接才能產(chǎn)生核心競(jìng)爭(zhēng)力和效益。結(jié)冰理論研究一旦脫離工程實(shí)際，將無(wú)法形成技術(shù)—研發(fā)—生產(chǎn)的完整鏈路，理論成果的作用也會(huì)大打折扣。

4.2 加強(qiáng)臨界條件驗(yàn)證能力建設(shè)

當(dāng)前工業(yè)界取證/驗(yàn)證能力主要受限于符合性驗(yàn)證工具不成熟，主要表現(xiàn)在：冰風(fēng)洞試驗(yàn)中大粒徑水滴模擬生成能力不足，無(wú)法產(chǎn)生與自然結(jié)冰環(huán)境相似的雙峰水滴云圖；混合翼模型設(shè)計(jì)方法未驗(yàn)證；結(jié)冰模擬過(guò)程中，大水滴直徑下的結(jié)冰算法準(zhǔn)確性有待提高，某些收集率和冰型計(jì)算代碼在凍雨條件下無(wú)法驗(yàn)證；三維過(guò)冷大水滴計(jì)算代碼模擬能力未評(píng)估；縮比試驗(yàn)的方法有待進(jìn)一步完善；自然環(huán)境試飛中SLD 結(jié)冰環(huán)境較難捕獲等問(wèn)題。

因此，SLD 結(jié)冰條件下的工程分析重點(diǎn)是臨界冰型模擬、氣動(dòng)性能損失和飛行品質(zhì)變化的臨界估算。加強(qiáng)工程評(píng)估能力，需從試驗(yàn)、計(jì)算和試飛等多角度考慮。試驗(yàn)加強(qiáng)冰風(fēng)洞環(huán)境模擬及配套測(cè)試能力的建設(shè)，在SLD 環(huán)境模擬和同步測(cè)試等方面作進(jìn)一步完善，并開展系統(tǒng)試驗(yàn)研究，獲得可靠的試驗(yàn)冰型數(shù)據(jù)。發(fā)揮國(guó)內(nèi)計(jì)算資源的優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)完成臨界區(qū)的能力驗(yàn)證，提高計(jì)算模擬效率，面向飛機(jī)真實(shí)構(gòu)型開展數(shù)值算法研究，實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)的不穩(wěn)定性分析。性能方面應(yīng)建立面向全包線的動(dòng)力學(xué)模型，完成結(jié)冰包線的邊界劃定，制定完整的試飛任務(wù)規(guī)劃，排查風(fēng)險(xiǎn)源。

4.3 推動(dòng)SLD 結(jié)冰適航標(biāo)準(zhǔn)和程序修訂

中國(guó)CCAR 25 部正在修訂中，與FAA 和EASA在SLD 適航標(biāo)準(zhǔn)上還存在差異，目前國(guó)內(nèi)對(duì)SLD 結(jié)冰問(wèn)題采用的符合性驗(yàn)證方法，主要參考2014年11月FAA 發(fā)布的咨詢通告《運(yùn)輸類飛機(jī)結(jié)冰適航符合性認(rèn)證需求》（AC 25-28），并進(jìn)行分析和細(xì)化；SLD 結(jié)冰的專用條件、等效安全、豁免方式等均需進(jìn)一步研究，形成系統(tǒng)的符合性驗(yàn)證程序。在飛機(jī)持續(xù)運(yùn)行監(jiān)管方面，應(yīng)密切關(guān)注民機(jī)結(jié)冰運(yùn)行狀態(tài)，打通航空公司、研制企業(yè)、部附件廠商和局方的溝通渠道，適時(shí)主動(dòng)發(fā)布適航指令；在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面，SLD 的結(jié)冰防護(hù)與探測(cè)將涉及相關(guān)的新設(shè)備、電子元器件的審定需求，相關(guān)的探測(cè)、告警及防除冰設(shè)備生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)都需要依托適航平臺(tái)完成研發(fā)、制造和取證工作，形成相互支撐的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)體系，切實(shí)解決SLD 結(jié)冰的適航問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

SLD 結(jié)冰安全研究對(duì)中國(guó)民機(jī)研制和取證具有重要意義。如何圍繞適航需求，突破傳統(tǒng)結(jié)冰理論認(rèn)知界限，提高飛行系統(tǒng)結(jié)冰安全評(píng)估水平，提升飛機(jī)防除冰設(shè)計(jì)能力，是未來(lái)SLD 結(jié)冰研究面臨的主要挑戰(zhàn)。這需要認(rèn)真梳理國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的發(fā)展歷程，借鑒世界先進(jìn)成果，并結(jié)合中國(guó)民機(jī)研制和取證的實(shí)踐不斷創(chuàng)新，以工程應(yīng)用為基礎(chǔ)，堅(jiān)持結(jié)冰模擬、結(jié)冰氣動(dòng)和結(jié)冰飛行力學(xué)等領(lǐng)域的技術(shù)革新。以結(jié)冰適航需求為牽引，建立防除冰創(chuàng)新設(shè)計(jì)及結(jié)冰安全評(píng)估之間的科研融合，形成完善的SLD 結(jié)冰研究體系，盡早解決民機(jī)適航驗(yàn)證中即將面臨的關(guān)鍵難題。