“冬已立,天转冷,鸟语遁无形;百花凋,千林黄,莫忘添衣裳。”这是一位好友给我发来的短信。
是啊,不知不觉之中,又进入了千里冰封、万里雪飘的银色世界。
此时此刻,我想,我们有必要来探讨探讨冰雪对飞行安全的影响及其预防吧。
1968年12月27日,某航空公司一架DC9客机,因未除掉机翼上的冰就起飞了,在收起落架时发生滚转而坠毁。
1982年1月13日,某航空公司一架B727客机,在下雪的情况下等待起飞指令达50分钟,起飞后爬升困难,撞在前面的桥上,一下子冲进了水中。
1985年2月15日,某航空公司一架DC9客机,机翼上大约有4mm厚的冰没有除掉,起飞后,两台发动机发生喘振坠毁。
1991年12月27日,某航空公司一架MD客机,在降雪的情况下停留约30分钟,未除雪就起飞了。上升中,从机翼上脱落下来的冰被两台发动机吸入,不得不迫降。
1993年3月5日,某航空公司一架F100客机,因机翼上有冰,起飞过程中发生失速性滚转,无法控制而坠毁。
……
2004年11月28日,某航空公司一架庞巴迪挑战者飞机在美国坠毁。初步调查发现,当时的大气条件很可能使机翼上表面形成了积冰。
1986年至1998年,因雪和冰引起的世界民用客机事故有42起,其中18起是在起飞时发生的事故。仅这18起事故就造成323人死亡。
机翼上表面积冰污染,为什么能对飞行构成如此大的安全威胁呢?机翼上表面如果出现大量可见积冰,将造成飞机空气动力性能显著降低,引起操纵困难。根据风洞试验:直径1-2毫米也就是仅食盐大小的颗粒,约每平方厘米一个分布在机翼上表面,造成机翼上表面粗糙,会使升力在地面效应和自由空气两种条件下损失22%和33%。
如果左、右机翼上表面的冰、雪、霜积存的程度、污染的区域不一致,必然造成左右升力大小不一样,升力差对飞机纵轴形成明显的滚转力矩,起飞过程中,飞机速度本来不大,安定性不好,一旦滚转力矩超过了操纵力矩,在低高度、小速度、大载重的情况下,将很难逃出坠毁的命运。
然而有的飞行同仁,对此并没有引起足够重视。有的朋友认为,如果透过飞机驾驶舱或客舱窗户看不见机翼有冰或霜,即使有冰有霜存在,只要看不见,就不足以造成任何后果。以为机翼上表面的一层薄冰或浅霜对飞行构不成太大威胁,飞机起飞一加速,就会被吹掉。实际上,机翼上表面的少量积冰与大量可见积冰,对于飞机空气动力特性产生的影响同样严重。也有一种观点认为,如果发动机可用推力足够大,就可以轻易克服因机翼上表面少量积冰所造成的性能下降。但是,发动机推力无法避免起飞离地时产生的飞机失速和操纵失控,因为此时迎角往往较大,甚至接近临界迎角。机翼上表面一小团积冰或结霜都会产生机翼局部不均匀的气流分离,往往会造成飞机离地时不稳定性滚转,很难准确地进行横侧操纵控制。因此,从空气动力学角度来看,必须严格确保飞机的关键表面在起飞离地时无结冰污染。中国民航颁布的《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》(CCAR-121FS-R2)中第121.649条(b)中明确规定:“当有霜、雪或者冰附着在飞机机翼、操纵面、螺旋桨、发动机进气口或者其它重要表面上,或者不能符合本条(c)款时,任何人不得使飞机起飞”。
易受冰、雪、霜污染影响的飞机部件一般有:增升装置;操纵面;发动机整流罩及导向片;起落架;传感器,以及其他部分;机翼部分。
冰、雪、霜污染给空气动力性能带来的主要影响是:升力明显减少,失速提前,失速速度增大;临界迎角减小,起飞滑跑距离增长;飞机的重量增加,阻力增加,耗油率增加;升力中心位移,操纵品质变差。
冰、雪、霜污染给飞机系统带来的不利影响是:发动机进气口结冰时,发动机进气量受影响,最大推力减小,发动机容易喘振;如果操纵面的主要区域有冰、雪、霜,操纵面会冻结在原有位置或动力受阻;起落架装置上的结冰,会在收轮时损坏起落架装置或设备,积聚在起落架上的冰雪在起飞时脱落,会损坏飞机;飞机外部传感器探孔、探头和传感器附近区域有污染的话,飞行仪表、发动机仪表或其他仪表,以及自动系统会提供错误的信息。
那么,什么情况下容易结冰结霜呢?
一是外界温度在0℃以下时的降水,冻雨和毛毛雨。雨滴保持在过冷状态,一旦与地面物体接触便会结冰。
二是冻结的降水,如雪、雨夹雪或冰雹。湿雪出现于“温度”和“露点”之差通常在1℃以内,外界温度大约在-4℃至1℃之间。干雪出现于温度/露点相差5℃以上。
三是过冷的地面雾和低云。在寒冷天气条件下,带过冷水滴的云雾会在物体上结冰/霜。
四是相对湿度很高,温度在冰点以下的情况,飞机表面会形成霜。飞机停场过夜以及飞机从巡航高度下降着陆后,飞机表面和燃油温度仍保持在冰点以下时,霜的积聚是很常见的。当飞机机翼下表面结霜积聚少于3毫米时,可放行飞机。
五是在降雨条件下,且机翼温度达到结冰温度以下时,机翼上表面就容易结冰。在机翼寒冷的地方也可能积冰。此外,机翼下表面也可能有相当多的霜或结冰。这时的机翼外表上给人的印象可能有点潮湿而已,结成的冰也很难被发现。
六是飞机在地面遇到疾风和高吹雪时,机身上不受空气动力干扰的地方会受到吹雪的污染。
七是TAT为10℃或低于此温度,以及出现目视可见湿气(云,能见度少于1英里的雾、雨、雪、冻雨、冰晶等),或停机坪,滑行道或跑道上有积水、冰或雪时,存在结冰条件。
我国的冰雪天气,在地理分布上具有什么特点呢?
我国属于大陆性季风气候,气候复杂多样,单就每年降雪情况来说,从最北端的黑龙江到整个长江流域都存在不同程度的降雪天气。长江以南的湖北、湖南、安徽、贵州及江浙一带,甚至号称春城的昆明也偶尔会有较大的降雪或冻雨光顾。另外,全国大部分地区还存在降水后因气温骤降造成地表面大范围结冰的现象。
据统计,我国大陆现有运输机场137个,从2000年到2004年五年内有降雪报告的机场77个,占机场总数的56%。其中,降雪天数最多的是新疆塔城机场,年降雪高达126天;年降雪10天以上的有19个机场,主要集中在东北地区和西北高原地区;年旅客吞吐量50万人次以上有降雪报告的机场33个,约占机场总数的25%。
因此,我国民航冬季飞行过程中,除冰/防冰任务是很重的。
作为机长来说,只要存在结冰、结霜的可能,每次起飞前都建议做好以下七个方面的工作:
一是在地面出现结冰条件时,机长执行有关操作程序,打开发动机和机翼防冰,检查大翼加温的工作情况。
二是飞机除冰/防冰后,按当前天气条件记录和监视持续效应时间,保证在效应时间内完成起飞。
三是机长在起飞前5分钟内完成起飞前冰情检查,评估飞机表面条件,确定满足“光洁飞机”条件,调整有关的起飞性能数据。否则,机组可申请地面人员对飞机外部进行检查。
四是飞机外部检查可以由合格的地面机务人员或指定人员进行。如需要,必须重新执行除冰/防冰程序,清除飞机的附着物。
五是如果持续效应时间已过,而未完成起飞前冰情检查时不要试图起飞。飞行机组或合格的地面机务人员必须在起飞前5分钟(地面结冰条件时,应在起飞前5分钟内)按要求进行目视检查,评估机翼表面情况。如何判定效应时间是否过期?可以通过检查飞机表面,尤其是机翼上表面,可以断定除冰/防冰液是否已失效。当飞机表面由湿表面变成有雪或冰覆盖的表面时,I型除冰/防冰液则不再有效。当飞机表面由光滑胶状表面变成雪水般表面,最后成为有雪或冰覆盖的表面时,II型防冰液不再有效。
六是起飞前的附着物检查应集中在机翼前、后缘。由于燃油温度低,在机翼下表面形成一层3mm厚的薄霜是可以起飞的;但是所有的前缘装置,所有的操纵面、调整片表面、机翼上表面以及平衡面板夹缝必须无雪或冰。如果所有的通风口和静压口清洁,那么,在机身上表面有一层薄的灰白色的霜是可以的。薄的灰白色霜是一种白色的晶状沉积物,通常在寒冷无云的夜晚,在物体表面上形成。它很薄以致于不妨碍观察其下面的表面特征,如漆线、标志或字母。
七是不得完全按照机翼中弦部分的情况代表整个机翼表面的情况。如果在完成附着物检查后,飞机不能在5分钟内起飞,则必须重新进行除冰/防冰处理。
如何实施除冰程序呢?
在地面除冰/防冰操作过程中,飞行机组应与地面机务(除冰/防冰)人员通过内话系统保持通讯畅通,了解除冰/防冰的进程和飞机的适航状态。
——开始除冰/防冰前,地面机务(除冰/防冰)人员应通知机组:“除冰/防冰即将开始,请机组做好除冰/防冰准备”。
——机组接到通知后,关闭飞机空调和APU引气活门,做好飞机除冰/防冰的准备后,告知地面人员。
——地面人员确认空调组件和APU引气活门关闭后,开始除冰步骤。
——除冰/防冰结束,地面机务(除冰/防冰)人员通知机组:“机长,除冰/防冰工作已经完成,给飞机喷洒的是——类除冰/防冰液,液体的浓度为——;飞机的持续效应时间计时应从——分钟前开始,持续有效时间为——分钟,冰情检查完毕,飞机是清洁的。”
——除冰/防冰工作结束至少一分钟后,机组方可打开APU引气活门和空调组件。
——机组进行操作系统检查。以确保飞行操纵系统不受结冰或冰雪卡阻,如果发现任何操纵装置有卡阻现象,通报机务人员,请求除冰/防冰人员在相关的操纵面铰链处喷洒除冰液。
——机组完成检查后立即通知ATC,以便在持续效应时间内尽快起飞。
——飞机APU不工作的情况下,应使用地面电源车和气源车。如机组选择在除冰/防冰时让发动机仍然继续工作,应安排飞机在登机门以外一个较远的地点进行。
——在严重结冰条件下,可以安排在跑道入口处进行除冰。除冰完毕,立即起飞。
以上个人观点,仅供飞行同仁们参考借鉴。
(本文仅代表作者观点,中国民用航空网保持中立。)