浅谈积冰对救助直升机的影响

浅谈积冰对救助直升机的影响

丁传立

交通运输部东海第二救助飞行队 

摘   要

空中积冰是制约直升机安全飞行的重要气象条件因素之一。本文简要介绍了交通运输部救助飞行队发展成果，结合目前飞行队主要使用的机型S76C分析了积冰对救助直升机飞行影响和应对措施。

1 前言

众所周知，救助飞机都是在极其恶劣的气象条件下作业，每一次成功的救助飞行，离不开飞行员、救生员英勇无畏、战斗海浪的顽强精神，更离不开在幕后保障飞行安全、时刻监视气象动态的航务人员，因此气象放行条件对飞行安全有重要影响。下面我将结合直升机性能结构阐述空中积冰天气对救助直升机影响。

2.直升机积冰的形成与强度

1.直升机积冰的形成

直升机积冰的必要条件之一是飞行大气环境中存在着 0℃以下仍未冻结的过冷水滴。过冷水滴是云层中水滴存在的一种特殊情况，过冷水滴虽然在云层大气中不冻结，但是状态不稳定，受到扰动可能迅速凝固成冰，当过冷水滴撞击到空速管、旋翼桨叶、风挡玻璃等部件的迎风表面上时，水滴被打碎，平贴在表面上。由于水滴表面曲率突然减小，液态水受的压力骤然降低，对应的冰点就变大了。而且机体表面温度较低，会很快的吸收水凝固所发出的热量，因此会迅速的在机体表面上凝固，这就是云或降水中过冷水滴撞击到机体上就会冻结形成积冰的原因。

2.直升机积冰强度

直升机积冰强度可划分为4个等级，用以说明积冰情况的严重性。弱积冰:冰在小部件上形成，但冰结成速率很慢，对飞行一般不会造成威胁，因而不需要使用任何防冰系统，除非在不变的高度连续飞行。中度积冰:在没有任何防冰措施下，积冰发生并以一定速率增长，如果继续延飞行时间，会对飞行造成威胁，然而可以通过使用防冰系统消除威胁。强积冰:冰以可能对飞行造成威胁的速率结成，需要使用防冰系统或者改变飞行航线，以消除威胁。极强积冰:冰以直接对飞行造成威胁的速率结成，已经很难通过防冰系统解决问题，直升机的性能继续恶化，需要直接强制飞行路线的改变。

二,直升机积冰对救助飞行的影响

在飞行中，机体容易积冰的位置主要在机体的突出部位。如:旋翼、空速管、天线、风挡、发动机等。不同部位、类型和程度的结冰对飞行的影响不同，直升机积冰将恶化直升机的气动特性，使得阻力增大，升力减小，影响直升机的稳定性和操纵性，严重时会导致事故发生。

1.旋翼积冰

旋翼积冰时，直升机的空气动力特性和飞行特性显著变坏，导致升力系数下降阻力系数增加，破坏空气绕过翼面的平滑流动，使升力减小，阻力增大;爬升速度、升限和最大飞行速度降低，失速空速增大，燃料消耗增加，机动性能和着陆性能变差，严重危及飞行安全。桨叶的前缘积冰时，严重破坏其流线外形，流动提前分离，使得旋翼拉力下降，操纵性能受到破坏:同时桨叶积冰，增加了直升机的重量，改变了直升机重心，破坏了原有的气动性能。当其临界迎角由于积冰而减小时，在低速飞行中，特别是在着陆时是非常危险的，极易出现奖叶失速使直升机失控，同时积冰还易造成操纵面操纵性降低或卡死，酿成事故:积冰较厚时，还可改变直升机重心位置，影响稳定性，会使直升机重心前移，产生下俯力矩:积冰部分脱落、部分残留时，会形成冰瘤，使绕过旋翼的气流性质变化，产生附加力，造成旋翼振动，操纵困难。

2.空速管积冰

空速管结冰造成动静压失准，对于依据动静压参数改变操纵系统传动比的直升机，失准的动静压可造成操纵系统传动比异常变化，飞空速失真，飞行状态异常，飞行员不能获得准确信息而无法操作。空速管积冰也会导致部分飞机自动驾驶系统断开，引发相关告整系统工作。空速管通常伸出飞机表面，管上动压孔和静压孔较小，结冰条件下飞行易被冰晶堵塞。同样，迎角传感器、温度传感器和压力传感器等是为飞行员提供必需的飞行参数的传感器，一日结冰，也将导致仪天线积冰能扭曲天线的形状，严重的可能发生机械折断，增加飞行后拖力，引起颤动，使无线电通信失效，中断联络。另外，天线积冰还可能使无线电罗盘失效。这对于在复杂气象条件下飞行是极其危险的。

3.风挡积冰

风挡积冰会严重影响飞行员目视飞行，特别是在起降阶段，影响目视，使起飞着陆困难。直升机起飞前如风挡上已结有小冰粒或霜，它将起到凝华核的作用，起飞后水汽迅速在风挡上凝华，使目视困难，目前直升机在搜救过程主要还是以目视为主，因此风挡积冰对直升机救援实施开展影响较大。

4.发动机积冰

发动机积冰常出现在进气道前缘、发动机压气机前的整流罩，支撑及压气机叶片前的导流叶片等。特别是轴流式压气机迎风面上具有更低的温度，在气流改变流动方向的凸面上更易积冰。发动机前方进气道积冰，会导致进气量减少，排气温度增加，振动值上升，进气道或发动机发生喘振现象，进气道速度场分布不均匀，气流发生局部分离，发动机的动力下降，易引发发动机富油熄火;如果有冰块脱落进入压气机，会造成压气机叶片损伤，严重时可造成发动机空中停车。

三.S76C救助直升机除防冰技术分析

1.气动除冰罩技术

气动除冰罩又称“膨胀管除冰技术”。利用机体前缘表面上膨胀管的膨胀作。用，使其外表面冰层破碎而脱落的机械除冰的技术。该技术系统由空气泵，控制阀、卸压阀、输气管及膨胀管等组成。膨胀管常由涂胶织物制成。用于机体前缘的膨胀管通常有展向、弦向两种形式。周期地使膨胀管充气而膨胀，卸压而收缩，从而伸冰层破裂，脱离管面，然后被气流吹去，通过如此往复地使膨胀管充气而膨胀，卸压而收缩，来实现对机体前缘的除冰。

气动除冰罩技术主要缺陷为:①除冰罩需要经常更换(一般 2~3年即须更气动除冰罩技术主要缺陷为:①除冰罩需要经常更换(一般 2~3年即须更换)，由于防冰罩的任何孔洞引起的漏气都会导致其除冰功能的丧失。因此，几乎每次起飞前都需要认真检查。②在重度积冰环境下，积冰的速度可能远大于防冰罩能够除冰的速度，因此并不能处理此类积冰问题。③在无防冰罩区域，残余积冰的重量会逐渐增加，进而会影响到飞行的安全性。

2.引气除冰

热气防冰是目前应用最为广泛的一种防冰方式，主要通过高温气体对结构壁。面的加热达到防冰目的。防冰热空气多利用直升机发动机、压气机产生的高温苏汽进行防除冰，为了避免过冷水滴在积冰表面冻结积冰，需通过热气的加热使防护表面的温度升高，去除表面积冰。防冰时由电门通电机扛开增温节气门与热源活门，加热的空气进入防冰通道。防冰热空气经压力调节器调节控制压力，并经温度传感器感受温度后，进发动机进气口的防冰管道时，一定压力的热空气从管道小孔高速喷出现成局部低压区，将腔内冷空气吸入混合而增温，加热周围后排出，这样就破坏了直升机积冰基本条件中温度低于 0℃的条件，而起到有效防止积冰的作用。主要应用于旋翼、加热器和发动机进气口、飞行操作面。

但在热空气防除冰系统中，直升机气热防冰系统的引气会对直升机的操作性。能产生影响，甚至过量的引气会造成直升机发动机动力不足，造成机毁人亡的严重飞行事故加之更有效的高涵道比发动机限制了防除冰系统的用气量且受直升机全电化/多电化设计影响，电力驱动替代液压、气压、机械系统和直升机的附件传动机匣，导致引气除冰技术将逐步被其他防除冰方式替代。

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