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飞机飞行时迎风面为什么容易结冰? 第1页

  

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我们都知道海拔越高,气温也就越低。

当我们坐飞机的时候,飞行高度通常在3万英尺(9000米以上),温度也相应降到零下几十度,可能就会有人疑问,为什么没看到窗户或者机翼上结冰呢?


首先来看下结冰的条件——

  1. 零度以下的温度;2. 充足的水汽。


我们可以看到除了需要足够低的温度,充足的水汽也是必要的条件。飞机巡航时一般在平流层,空气较为稀薄相应的水汽含量也变得极少,所以在大部分情况下我们是看不到飞机出现结冰的状况

但是在整个飞行途中,飞机的部分位置(特别是迎风面)可能会出现结冰的现象,通常会发生在飞到巡航高度之前。


为什么迎风面容易结冰呢?

飞机的迎风面相比飞机舷窗结冰几率大很多,飞机的迎风面包括机翼前缘、发动机进气部件、驾驶室风挡等等,这些位置大多数是我们视线看不到的位置。

之所以这么说的原因很简单——水撞到迎风面表面的几率要高很多,无论是过冷水滴还是冰粒


发动机边缘上有一层薄薄的冰。图/维基

其次,当水滴撞击迎风表面后会部分冻结,而冻结时释放的相变潜热会使冰层表面温度升高,这会进一步加快结冰的速度

所以无论是固态的冰晶还是液态的过冷水滴,都会在飞行途中且热能条件事宜的情况下导致结冰。特别是过冷水滴,一旦飞机碰到过冷水滴时,迎风面就可能会迅速凝结出冰来。


飞行过程中机翼结冰


过冷水,简单来说就是在0℃以下因为缺乏凝结核或者其他原因依然保持液态的水。我们在家可以做个小实验也可以复现飞机迎风面结冰的状况——

把一瓶纯净水静置在冷冻室大约两个半小时,当水的温度低于0℃又没有结冰时轻轻的把水从冰箱中拿出。此时,当我们剧烈晃动水瓶,我们会发现它迅速会由水转变为冰。


过冷水倒出后直接结冰。图/YouTube

​出现这样的现象是因为过冷水非常的不稳定,往往震动就能使其迅速结冰。所以在飞行途中一般都会避开过冷水滴产生的区域,这也是飞机不穿越积雨云的原因之一。


结冰的危害性

如果机翼出现结冰,会影响附面层里的气流流动,而且还会改变机翼的气动外形(结冰会造成表面粗糙),相应的阻力增大,同一迎角下升阻比(飞行时升力与阻力之比)变小。


如果发动机进气部件结冰,堵塞入口从而导致进气量减小,出现发动机性能问题、温度升高、油耗增加等等。此外冰块脱落可能会进入发动机内部破坏构造。


飞机结冰后会变得不容易操控,纵向和横向的动、静稳定性都会受影响。如果飞机操纵面(升降舵、尾翼等等)的缝隙处结冰,会出现卡死的状况导致操纵失效。


飞机驾驶舱

空速管(通过感受空气压力来反映飞机速度)结冰会影响飞机的数据显示。不过空速管本身具有加温功能,使其能在结冰气象条件下也能正常使用。


在航空历史上有不少因为飞机结冰而导致空难事故,其中就有当时震惊世界的「佛罗里达航空90号班机空难/波托马克河空难」——1982年1月一架波音737客机,在起飞阶段由于结冰导致发动机接收到错误的数据,结果因起飞马力不足而掉进离白宫仅两英里的波托马克河中。

图/空中浩劫:冰雪历劫-佛罗里达航空90号班机空难

如今,大多数的飞机在起飞前都会进行除冰,特别是在冬天,同时飞机也会特意避开积雨云等容易产生结冰现象的情况。

飞机起飞前正在进行除冰


如果结冰的话也不用慌张,大部分的飞机会配有结冰防护装置,采用加热的方式来防止结冰。但是由于对发动机的消耗过大,通常只会在一些容易结冰的位置做防护。

其中例外的是波音787,在全机翼上做了电加热防/除冰系统,在民用飞机上仅其使用。


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