第七章 飛機(jī)防冰排雨

第七章飛機(jī)防冰排雨、氧氣系統(tǒng)和機(jī)艙設(shè)備第一節(jié)飛機(jī)結(jié)冰

飛機(jī)在大氣中飛行時，其部件表面上積聚了冰層，稱這種現(xiàn)象為飛機(jī)結(jié)冰。 根據(jù)結(jié)冰時的具體條件，飛機(jī)結(jié)冰可分為三種形式：干結(jié)冰；凝華結(jié)冰；滴狀結(jié)冰(或水滴結(jié)冰)，這是一種常見形式且對飛機(jī)性能影響較大。一、過冷水滴及其存在原因 所謂過冷水滴，就是指在負(fù)溫以下仍未凍結(jié)的液態(tài)水滴。其原因如下：溶液冰點(diǎn)低；曲率大；冰、水分子結(jié)構(gòu)上的差別；缺少冰核。二、過冷水滴與飛機(jī)結(jié)冰 大氣中過冷水滴的存在是飛機(jī)結(jié)冰的最重要因素。1、過冷水滴在飛機(jī)上結(jié)冰的原因受到了初激力；曲率變??；提供了冰核；超聲波加速了自身形成冰核的過程。2、過冷水滴在飛機(jī)上的結(jié)冰過程

第一階段為冰、水共存階段；

第二階段為冰、水蒸發(fā)使剩余水發(fā)生凍結(jié)的階段。第二節(jié)飛機(jī)結(jié)冰對飛機(jī)性能的影響一、結(jié)冰強(qiáng)度和冰形(一)結(jié)冰強(qiáng)度 結(jié)冰強(qiáng)度是指冰在飛機(jī)部件上形成的速度。結(jié)冰強(qiáng)度J0與飛行條件、氣象條件以及形體的外表有關(guān)。由于飛機(jī)各部件表面的外形不同，所以即使他們所處的飛行和氣象條件相同，其結(jié)冰強(qiáng)度也是不同的。結(jié)冰強(qiáng)度分為弱、中度、強(qiáng)、極強(qiáng)四個等級，如下表所示： 所謂結(jié)冰程度，是指飛機(jī)在結(jié)冰條件下飛行的整個時間內(nèi)，表面上所結(jié)冰層的最大厚度。結(jié)冰程度是由冰生成的速度和飛機(jī)在結(jié)冰條件下的留空時間決定的。 結(jié)冰強(qiáng)度和結(jié)冰程度多是以機(jī)翼前緣處的最大結(jié)冰厚度劃分的。(二)冰形 常見的冰形有：槽狀冰、楔形冰和混合冰三類。如圖所示：1、槽狀冰 由于槽狀冰的表面光滑，冰體透明，所以又稱明冰、玻璃冰。2、楔形冰 楔形冰透明度差，多呈乳白色，無光澤，所以又稱不透明冰(霜)、無光澤冰和乳白色冰。3、混合形冰 混合形冰的主要特點(diǎn)：表面粗糙不平，與表面的連接十分牢固。(毛冰)二、結(jié)冰對飛機(jī)性能的影響(一)升力表面結(jié)冰 飛機(jī)升力表面主要是指機(jī)翼和尾翼兩個部件。機(jī)翼、尾翼上所結(jié)的冰層，主要積聚在他們的前緣部分。1、升力表面結(jié)冰對氣動品質(zhì)的影響(1)增加了翼型阻力(2)降低了臨界攻角(3)升阻比下降機(jī)翼結(jié)冰后，引起升阻比下降，使機(jī)翼氣動品質(zhì)變劣。升力表面結(jié)冰對操縱性能的影響：機(jī)翼尾翼結(jié)冰，可以導(dǎo)致飛機(jī)操縱性能降低，特別會使處于起飛、著陸狀態(tài)下的飛機(jī)操縱性嚴(yán)重惡化。(二)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道及動力裝置結(jié)冰1、進(jìn)氣道及進(jìn)氣部件結(jié)冰 發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道及進(jìn)氣部件的結(jié)冰，是指進(jìn)氣道前緣、發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)前的整流罩、支撐及第一級壓氣機(jī)前得到流葉片等部件的結(jié)冰。特點(diǎn):環(huán)境空氣溫度為正溫時，可以發(fā)生結(jié)冰；進(jìn)氣道的內(nèi)表面上結(jié)冰范圍及結(jié)冰強(qiáng)度均比其外表面大得多。2、飛機(jī)螺旋槳的結(jié)冰 在結(jié)冰條件下飛行的飛機(jī)，其螺旋槳的槳葉、螺旋槳的課題和整流罩均可發(fā)生結(jié)冰。(三)風(fēng)擋玻璃、測溫、測壓傳感頭結(jié)冰(四)直升機(jī)的結(jié)冰 直升機(jī)結(jié)冰持續(xù)時間不長，但對于直升機(jī)的飛行具有很大的危險。如圖為主旋翼在飛行時的結(jié)冰情況： 主旋翼結(jié)冰的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：一是結(jié)冰后，翼型氣動特性大大惡化，使阻力增加，升力系數(shù)下降，升阻比下降。另一方面是在結(jié)冰時，為了保證旋翼的轉(zhuǎn)速恒定，要求增加功率。 主旋翼的結(jié)冰特點(diǎn)：在很大程度上與流經(jīng)旋翼的氣流速度變化特性有關(guān)。第三節(jié)飛機(jī)的防冰方法 主要的防冰位置有機(jī)翼、尾翼、風(fēng)擋玻璃、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口、螺旋槳、重要測量傳感頭等。 防冰系統(tǒng)分為兩大類：一為防冰系統(tǒng)；二為除冰系統(tǒng)。一、機(jī)械除冰系統(tǒng)(一)膨脹管除冰系統(tǒng) 典型的膨脹管除冰裝置如圖所示：視頻 典型的膨脹除冰系統(tǒng)（又稱氣動罩除冰系統(tǒng)）如圖所示：(二)電脈沖除冰系統(tǒng) 電脈沖除冰系統(tǒng)的工作原理如圖所示： 電脈沖除冰系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：系統(tǒng)工作溫度范圍大；所需的能量少；重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊；在防冰區(qū)外不會形成冰瘤。二、液體防冰系統(tǒng)

可作防冰液的有乙烯乙二醇、異丙醇、乙醇等。

防冰液的分配方法主要有三種：1、微孔金屬板供液2、霧化噴嘴來分配防冰液3、利用離心力來分配防冰液三、熱防冰系統(tǒng) 熱防冰用熱能加熱表面，使表面溫度超過零攝氏度，以達(dá)到防冰或除冰的目的。(一)表面連續(xù)加熱1、完全蒸發(fā)防冰2、不完全蒸發(fā)防冰系統(tǒng)(二)表面周期加熱(除冰系統(tǒng))(三)熱氣防冰系統(tǒng)(四)電熱防(除)冰系統(tǒng) 機(jī)(尾)翼電熱除冰系統(tǒng)有下列部分組成：漸熱元件1、轉(zhuǎn)換器4、過熱保護(hù)裝置2、3及電源，如圖所示：四、直升機(jī)旋翼的微波除冰 直升機(jī)旋翼微波除冰的基本原理是利用微波能對冰層加熱，使旋翼表面的冰的溫度升高，但微波能不一定把冰融化。如圖所示為TE型表面波導(dǎo)功率密度分布圖：旋翼微波除冰罩如圖所示：五、結(jié)冰探測系統(tǒng)(一)結(jié)冰探測系統(tǒng)組成結(jié)冰信號器→延時裝置—{結(jié)冰信號；防冰系統(tǒng)防冰工作}(二)結(jié)冰信號器類型1、直觀式結(jié)冰信號器2、自動式機(jī)械式結(jié)冰探測器壓差式結(jié)冰信號器電導(dǎo)式冰信號器射線式冰信號器電熱式冰信號器第四節(jié)飛機(jī)透明表面的防冰、防霧和除雨

飛機(jī)透明表面，是指飛機(jī)風(fēng)擋玻璃、照像窗口玻璃、天文觀測窗口玻璃、旅客及窗口玻璃和座艙蓋玻璃等。如圖所示為具有多發(fā)動機(jī)的運(yùn)輸機(jī)上風(fēng)擋防冰、防霧的典型安排形式：一、風(fēng)擋防冰 目前飛機(jī)風(fēng)擋上使用的防冰方法有熱力防冰和化學(xué)防冰中的液體防冰兩種。(一)熱力防冰 就風(fēng)擋熱力防冰方法的熱源進(jìn)行分類，可有電熱防冰、氣熱防冰和紅外線加熱防冰三種。１、電熱防冰 風(fēng)擋電熱防冰可分為阻絲式和導(dǎo)電膜式兩種。其中阻絲式風(fēng)擋電熱防冰方法在目前飛機(jī)上較少使用。如圖為小型飛機(jī)的導(dǎo)電膜式電熱風(fēng)擋的典型結(jié)構(gòu)： 如圖所示分別為大型飛機(jī)的非矩形和接近舉行風(fēng)擋的導(dǎo)電膜式電熱風(fēng)擋的典型結(jié)構(gòu)：２、氣熱防冰 風(fēng)擋的氣熱式防冰有雙層壁式熱空氣防冰系統(tǒng)和外壁面噴射熱氣流式防冰系統(tǒng)兩種。雙層壁式熱空氣防冰系統(tǒng)的組成如圖所示：(二)物理化學(xué)法防冰 在物理化學(xué)法防冰中，目前飛機(jī)風(fēng)擋上較多使用的是液體防冰系統(tǒng)。液體防冰系統(tǒng)示意圖如圖所示，常用的防冰液有甲醇、乙醇、乙醇和丙三醇(甘油)的混合液以及異丙醇酒精等。二、透明表面防霧 透明表面結(jié)霧后，不僅會降低玻璃的透明度，而且因結(jié)霧引起光的折射和反射，還會導(dǎo)致視覺表象的失真。如果內(nèi)表面溫度低于零度時，其表面上還會結(jié)上霜層，當(dāng)雙層厚度達(dá)0.1mm時，將嚴(yán)重影響玻璃的透明性，使飛行員難以判明及外情況。 防霧是指防霧表面溫度，連續(xù)保持在飛機(jī)全部飛行時間內(nèi)可能遇到的座艙空氣的最大露點(diǎn)以上，從而避免了表面結(jié)霧。 除霧是指當(dāng)表面結(jié)霧后，接通防霧系統(tǒng)工作，使已結(jié)的霧層除去。 按防霧系統(tǒng)的工作原理，可分為機(jī)械法、物化法和加熱法三類。(一)物化法防霧1、采用不結(jié)霧的風(fēng)擋玻璃材料 在不結(jié)霧的玻璃材料中，含有一種特殊增塑劑，當(dāng)它與水接觸后，立即水解為濕潤劑，因而降低了水的表面張力，使水在表面上延展成一層視覺看不出來的均勻透明的膜層，從而保證了玻璃的透明度。 防霧涂層可有兩種形式：一種是在防霧表面上粘結(jié)一層用表面活性劑或親水性物質(zhì)浸漬過的塑性基片，另一種型式是在防霧表面上涂上一層防霧劑。２、吸潮防霧系統(tǒng) 吸潮防霧系統(tǒng)是由吸潮砂筒、管道及接頭組成。如圖所示：３、干燥氣體壁防霧系統(tǒng)(二)加熱法防霧１、電加熱防霧 風(fēng)擋的防霧問題只需考慮在較低的環(huán)境溫度時，風(fēng)擋內(nèi)表面溫度能否保持在座艙露點(diǎn)之上。2、雙層壁板式熱氣防霧 雙層壁板式熱氣防霧是利用熱空氣在雙層玻璃壁板之間的流動加熱玻璃表面而實現(xiàn)防霧的，如圖所示：３、自由射流空氣防霧 自由射流空氣防霧系統(tǒng)是由氣源、減壓器、引射器和噴嘴等組成。如圖所示為自由射流空氣防霧系統(tǒng)示意圖：三、風(fēng)擋除雨(一)風(fēng)擋雨刷除雨系統(tǒng) 風(fēng)擋雨刷除雨系統(tǒng)是由控制開關(guān)、電動機(jī)、齒輪減速機(jī)構(gòu)、液壓動力源、雨刷組成。(二)風(fēng)擋液體除雨劑除雨系統(tǒng) 液態(tài)除雨劑是一種無毒、對玻璃無腐蝕、冰點(diǎn)在-40℃左右，能耐低溫和高溫的化學(xué)制劑。液態(tài)除雨劑系統(tǒng)的組成如圖所示：(三)外壁噴射器流式除雨系統(tǒng) 外壁噴射器流式除雨系統(tǒng)是利用系統(tǒng)所提供的高速、高溫氣體，在風(fēng)擋的外壁上形成一層防護(hù)氣壁，將風(fēng)擋表面遮蔽起來。第五節(jié)防冰和排雨系統(tǒng)示例 需要防