飛機積冰PPT課件

1、飛機積冰的危害性 飛機積冰對飛行的危害是多方面的，其中主要的影響有以下方面：破壞飛機飛行中的空氣動力性能，使升力減少，阻力增大，并可能破壞飛機的安定性，致使飛行進入不穩(wěn)定狀態(tài)，嚴重的積冰將使飛機操縱變得困難。積冰將降低動力裝置的效率，甚至出現(xiàn)故障。發(fā)動機進氣口積冰使進氣量減少；槳葉積冰使拉力減?。幻撀涞谋鶋K還可能打壞發(fā)動機和機身。影響儀表和通訊。如空速管積冰影響空速表工作；天線積冰影響通訊質(zhì)量甚至使通訊中斷；風擋積冰影響視線等。第1頁/共69頁飛機積冰與云狀的關(guān)系飛機積冰與云狀有密切的關(guān)系。根據(jù)云的類型，厚度，溫度及其相伴的降水現(xiàn)象分析得出：積雨云和濃積云中積冰概率最大層積云、高積云、層云其次

2、雨層云和高層云中積冰概率較小卷狀云中發(fā)生積冰的概率最小第2頁/共69頁積雨云（Cb）第3頁/共69頁濃積云（Tcu）第4頁/共69頁濃積云和積雨云中的積冰濃積云和積雨云，由于云中含水量和水滴都較大，積冰強度也較大，最強的積冰多見于將要發(fā)展成為積雨云的高大濃積云的上半部和積雨云成熟階段的上升氣流區(qū)。在積雨云的消散階段，由于盛行下沉氣流，云中過冷水滴減少，積冰的可能性就減小了。積狀云中飛行，還常伴隨顛簸現(xiàn)象。第5頁/共69頁層積云（Sc）第6頁/共69頁高積云（Ac）第7頁/共69頁高積云和層積云中的積冰 這兩種云多出現(xiàn)在逆溫層下，云中含水量中等，但水滴一般較小，積冰多為輕度到中度，且云的上部比下

3、部強。由于云的面積較大，長時間在云中飛行，也會產(chǎn)生較強的積冰。第8頁/共69頁雨層云（Ns）第9頁/共69頁高層云（As）第10頁/共69頁雨層云和高層云中的積冰這兩種云的水滴含量也比積狀云少，積冰強度一般較弱，但是在鋒面附近的雨層云，由于范圍、厚度很大，也能產(chǎn)生強積冰。另外由于這兩種云是由系統(tǒng)性上升運動生成的，垂直速度很小。云層中下部積冰一般比上部強。第11頁/共69頁卷云（Ci）第12頁/共69頁卷云和卷層云第13頁/共69頁卷狀云中的積冰卷狀云由于高度很高，云基本上是由冰晶組成，并且云層薄，一般不會發(fā)生明顯的積冰，有時會在風擋玻璃和機翼上產(chǎn)生輕微的霜。第14頁/共69頁容易發(fā)生飛機積冰的

4、時間一年四季都可能發(fā)生積冰，但積冰 主要出現(xiàn)在冬半年，其中冬季最多， 占全年的一半以上。我們將主要集中討論冬季穩(wěn)定大氣 中的積冰情況，而對流云中的積冰 不在這次課程之內(nèi)。第15頁/共69頁內(nèi)容主要包括：云物理過程積冰的影響因素積冰的類型和強度凍降水中的積冰課程的主要內(nèi)容第16頁/共69頁云的形成云是由大氣中的水汽達到過飽和狀態(tài)后凝結(jié)而形成的，主要組成部分是小水滴和小冰晶。大氣中的水汽可以通過以下途徑達到過飽和：水汽的持續(xù)補充對流上升過程動力抬升過程輻合過程第17頁/共69頁水汽的相變凝結(jié)、蒸發(fā)、凍結(jié)、融化、凝華、升華第18頁/共69頁凝結(jié)過程水汽的凝結(jié)必須有以下條件：水汽過飽和空氣中存在凝結(jié)核

5、空氣上升過程中冷卻，在高空，空氣中的水汽與凝結(jié)核結(jié)合凝結(jié)成小水滴。第19頁/共69頁蒸發(fā)過程干空氣混入云層，使水滴蒸發(fā)，云層消散。第20頁/共69頁凍結(jié)過程 云中的水滴在氣溫低于0度時并不會立即凍結(jié)，水滴的凍結(jié)需要一種叫做冰核的小顆粒。冰核能促進水滴的凍結(jié)，但是當氣溫高于零下1215度時，云中有效的冰核數(shù)量很少，因此這時云中很容易存在大量過冷卻水滴。當氣溫接近零下40度時，水滴的凍結(jié)不再需要冰核的作用，因此這時云中基本上不會存在過冷卻水滴了。第21頁/共69頁過冷水滴與冰晶的比例情況 這是美國一個氣象研究項目中得到的云中水滴與冰晶的比例圖。可以看出，當氣溫低于零下20度時，大多數(shù)的水滴已經(jīng)凍結(jié)

6、成冰晶。第22頁/共69頁在以下天氣系統(tǒng)中，云中飛機積冰的可能性比較大：鋒面系統(tǒng)氣旋系統(tǒng)容易積冰的天氣系統(tǒng)第23頁/共69頁冷鋒的影響 冷鋒引起的暖空氣上升，集中在地面鋒線附近的約10公里范圍內(nèi)，該范圍內(nèi)云比較集中，是積冰多發(fā)區(qū)域。第24頁/共69頁暖鋒的影響 暖鋒在鋒前形成大范圍的云區(qū)，可達1000公里以上，并且可能形成凍降水，在云中飛行，容易積冰。最好的方法是在云層上方飛越，或在云層底下穿過。第25頁/共69頁氣旋中容易積冰的區(qū)域 容易積冰的區(qū)域位于暖鋒前或地面低壓中心后部，冷鋒前也有小范圍的積冰區(qū)。第26頁/共69頁影響飛機積冰的主要因素影響飛機積冰的最主要的氣象因素包括：云中過冷水滴的

7、含 量。大氣的溫度。云滴的大小。 飛機積冰的強度與類型和飛機本身有關(guān)，同時與周圍的大氣環(huán)境有關(guān)第27頁/共69頁 云或者降水是形成飛機積冰的必要條件，其中，云中的過冷水滴含量是一個關(guān)鍵的因素。 第28頁/共69頁大氣的溫度 外界氣溫影響積冰的強度和類型。絕大多數(shù)積冰發(fā)生在0-20度之間。 積冰不會發(fā)生在氣溫低于-40度時，因為此時不存在過冷水滴。飛機積冰與氣溫的相互關(guān)系第29頁/共69頁大氣的溫度 只有4的積冰發(fā)生在溫度低于-20度的情況下，50的積冰發(fā)生在溫度-8-12度之間。第30頁/共69頁大氣的溫度 氣溫對飛機積冰的影響還體現(xiàn)在另一個方面： 當飛機從溫度低于零度的大氣中進入溫度高于零度

8、的大氣中時，由于機體表面保持較低溫度，因此碰到溫度高于零度的水滴時也可能發(fā)生積冰。第31頁/共69頁云滴的大小 云滴的大小影響積冰的類型和強度，但影響的程度比含水量和溫度小。小水滴容易隨氣流繞過飛機，只在機翼及機身前緣積累積冰。第32頁/共69頁云滴的大小 大水滴形成的積冰不僅發(fā)生在飛機前緣，也可能發(fā)生在機翼的中后部，而飛機的防冰除冰系統(tǒng)多安裝在飛機表面前緣，因此大水滴的積冰危害更大。第33頁/共69頁云滴的大小 云滴的大小沒有有效的預(yù)報方法，但是憑經(jīng)驗可以從云的形態(tài)，以及云所在的地理位置等作出一些判斷。1000小時的探測數(shù)據(jù)第34頁/共69頁云滴的大小 美國國家航空和宇宙航行局（NASA/L

9、ewis Research Center ）的積冰模式試驗結(jié)果。云滴大小對積冰的影響比過冷水滴含水量及大氣溫度小。第35頁/共69頁第36頁/共69頁飛機積冰與飛行高度的關(guān)系 積冰可以發(fā)生在任何飛行所能到達的高度，最容易發(fā)生在10000英尺，50發(fā)生在500013000英尺。第37頁/共69頁積冰的類型 無論對于預(yù)報員或飛行員來說，認識積冰的不同類型都是很重要的，因為不同的積冰類型對飛行的危害程度是不一樣的。 三種主要的積冰類型為：霧淞，明冰，毛冰。第38頁/共69頁霧淞和霜（Rime Ice） 當過冷水滴在飛機表面迅速凝結(jié)時形成松脆的不透明的白色霧淞。一般形成于機翼前緣和機體其它突出部位的前

10、緣。第39頁/共69頁霧淞和霜 理論上霧淞多發(fā)生于外界氣溫較低、云中含水量低、水滴小的情況下。 實際的積冰報告表明在溫度低于-15度時，霧淞的發(fā)生率只比其它種類的積冰略多，并非很明顯。第40頁/共69頁霧淞和霜 霧淞是最常見的積冰類型，但它的危害較小，因為它多在機體突出部位的前緣發(fā)生，而防冰除冰裝置也在這個位置。 同時它的積冰形狀對氣流的影響較小，它松脆的質(zhì)地使除冰較容易。第41頁/共69頁明冰（Clear Ice） 明冰凝結(jié)時只有少部分水滴是立即凝結(jié)的，大多數(shù)水滴是有一個流動的過程逐漸凝結(jié)的，因此明冰沒有氣泡，密度大，透明，并且質(zhì)地堅硬。第42頁/共69頁 明冰發(fā)生在液態(tài)水含量較大，水滴較大

11、的情況下。大多數(shù)明冰發(fā)生在0-10度之間。第43頁/共69頁明冰對飛行的危害性 明冰具有較大危險性，因為：它會在積冰部位形成突出的角，這將明顯影響氣流它是透明的，機組不容易發(fā)現(xiàn)它不容易除去，因為它不僅凝結(jié)在機體前緣。第44頁/共69頁毛冰（Mixed Ice）中度毛冰第45頁/共69頁毛冰（Mixed Ice）毛冰形成的溫度一般大于-15度。第46頁/共69頁毛冰對飛行的危害性毛冰與明冰相比，其積冰形式和危害性幾乎是一樣的第47頁/共69頁各種積冰的發(fā)生率 霧淞是最常見的積冰類型，實際飛機積冰的類型取決于溫度、云中液態(tài)水含量以及其它與飛機本身有關(guān)的因素。Clear0 C to -10 CMix

12、ed-10 C to -15 CRime-15 C to - 40 C這只是大概的規(guī)律第48頁/共69頁各種積冰的發(fā)生率 積冰的類型與氣溫沒有絕對關(guān)系，不同的飛行員駕駛不同的飛機同時通過同一個區(qū)域時，可能報告遇到不同的積冰類型，積冰的類型與很多因素有關(guān)。第49頁/共69頁積冰的機組報告 影響積冰統(tǒng)計的一個重要情況是積冰的機組報告經(jīng)常是不準確的。 當機組報告積冰時，飛機所在的位置不一定是飛機發(fā)生積冰的位置。 這種情況在飛機處于上升及下降階段時更明顯。它導(dǎo)致報告的積冰高度層及大氣溫度與實際情況偏離。第50頁/共69頁積冰的機組報告 另一個常見的問題是，積冰強度的報告與飛機的類型有明顯關(guān)系，一架小型

13、的教練機報告的嚴重積冰與一架747報告的嚴重積冰有不同的含義。 另外積冰類型的報告也經(jīng)常不準確，因為機組不容易分辯各種積冰的類型。第51頁/共69頁積冰的強度大型民航客機不容易積冰，因為高度高，速度大，防冰設(shè)備強大。但教練機就不一樣。在一個相同的積冰天氣環(huán)境下，積冰的強度取決于飛機的類型，飛機的設(shè)計，飛行的高度，飛行的速度等因素。第52頁/共69頁積冰強度的定義 目前積冰強度的官方定義是針對飛行員報告的，現(xiàn)在FAA正在對這個定義進行評估，準備重新進行定義以便飛行員、預(yù)報員以及其它相關(guān)人員能有一個統(tǒng)一的積冰強度的定義。 目前的積冰強度有微量、輕度、中度，嚴重4個等級。第53頁/共69頁積冰強度的

14、氣象學定義 積冰強度的定義目前還沒有統(tǒng)一，但是大多數(shù)氣象學家同意云中過冷卻水滴含量、溫度、云滴大小是影響積冰強度的最重要因子。第54頁/共69頁微量積冰 微量積冰指冰層的生成速度略大于其升華速度，這種積冰沒有明顯危害，無需啟動防冰除冰設(shè)備，也無需改變飛行高度或航徑，除非這種積冰達到1小時以上。第55頁/共69頁輕度積冰 輕度積冰指如果這種積冰持續(xù)1小時以上，則對飛行將構(gòu)成威脅，因此間斷使用防冰除冰設(shè)備成為必要，如果需要在這種環(huán)境中長時間飛行，則必須改變高度或改變航徑。第56頁/共69頁中度積冰 中度積冰只要持續(xù)很短時間就會對飛行造成威脅，因此必須啟用防冰除冰設(shè)備，并且如果預(yù)計持續(xù)的時間略長，則

15、要求改變高度或航徑。第57頁/共69頁嚴重積冰 在嚴重積冰的環(huán)境下，防冰除冰設(shè)備已經(jīng)無法將冰層除去或防止積冰增加，需要立即改變高度或航徑。第58頁/共69頁各種強度積冰發(fā)生的頻率輕度積冰是最常見的第59頁/共69頁降水中的積冰SLD：Supercooled Large Droplet 過冷卻大水滴（直徑大于40微米的水滴）這種水滴比云滴大，主要存在于凍雨中，它引起的明冰對飛行有特別重大的影響。第60頁/共69頁凍降水中的積冰 凍雨中的積冰可以產(chǎn)生大塊的明冰，嚴重擾亂氣流，降低飛機的氣動性能。 凍雨滴碰到機翼等表面時，會向后部流動，逐漸凝結(jié)，結(jié)果形成大片結(jié)冰，機上防冰除冰設(shè)備無法起作用。第61頁/共69頁凍降水中的積冰 凍降水的積冰常是大塊的和凹凸不平的，它將引起氣流的紊亂，并且除冰以后情況更加糟糕。 在飛機操縱面上的積冰嚴重影響操縱性能。第62頁/共69頁過冷卻大水滴形成的物理機制過冷卻水滴形成有兩種途徑：冰晶或雪花在下降過程中遇到暖空氣層部分融化合并，然后在低層的冷空氣中達到過冷卻形成在適當?shù)沫h(huán)境中直接由小的過冷水滴合并形成第63頁/共69頁暖空氣層機制 由暖空氣層形成大過冷卻水滴的一種天氣情況是冬季的暖鋒， 大過冷卻水滴可以以凍雨或凍毛毛雨的形式存在第64頁/共69頁暖空氣層機制形成凍雨或凍毛毛雨的影響因素有：雪花的大小