防冰系統(tǒng)試驗方法

趙澎渤

防冰系統(tǒng)試驗方法

趙澎渤

冰，對飛機(jī)的飛行安全有著舉足輕重的影響。如何對防冰系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行驗證成為不可避免的課題。本文就常用的防冰系統(tǒng)試驗方法展開描述，為相關(guān)工作提供借鑒。

概述

對飛機(jī)的防冰系統(tǒng)進(jìn)行試驗主要有兩個目的：1.通過試驗確證使用此防冰系統(tǒng)的飛機(jī)在自然結(jié)冰狀態(tài)下能夠安全飛行，也就是要證明防冰系統(tǒng)的性能是符合設(shè)計要求或者是超出設(shè)計要求的。2.確定不防冰表面結(jié)冰對飛機(jī)的操縱性及其他飛行性能的影響，從而決定此表面是否需要防冰。

常見的防冰系統(tǒng)的試驗有冰風(fēng)洞試驗、干空氣飛行試驗、自然結(jié)冰狀態(tài)飛行試驗、模擬自然結(jié)冰飛行試驗。

冰風(fēng)洞試驗

冰風(fēng)洞是一種對飛機(jī)部件表面進(jìn)行結(jié)冰和防冰研究的地面模擬試驗裝置。在冰風(fēng)洞中對飛機(jī)部件進(jìn)行防冰試驗，可以很快地比較各種設(shè)計方案。而且冰風(fēng)洞試驗全年都可以進(jìn)行試驗，不受外界氣候條件的限制，其中的試驗可以確定防冰系統(tǒng)所需要的最小功率（電功率、防冰熱氣需用量等）。冰風(fēng)洞試驗的缺點是模擬的水滴尺寸較大，且只能進(jìn)行部件的模型試驗，不能進(jìn)行整機(jī)試驗。

典型的冰風(fēng)洞組成如圖1所示。該冰風(fēng)洞由風(fēng)扇1.通風(fēng)塔2.冷卻器3.噴水系統(tǒng)4及試驗段5組成。風(fēng)扇由電動機(jī)帶動；通風(fēng)塔吸入外界的空氣，與風(fēng)洞中的氣流混合，有利于風(fēng)洞內(nèi)空氣溫度的提高，縮短調(diào)溫時間；風(fēng)洞中氣流的熱量通過冷卻器3傳到制冷系統(tǒng)；噴水系統(tǒng)位于試驗段前，用空氣引射噴嘴中的水，使其霧化后吹向試驗件；試驗段有一轉(zhuǎn)動體，用于安裝試驗件，并且可在試驗時轉(zhuǎn)動模型。

冰風(fēng)洞可以對空氣的液態(tài)水含量、水滴直徑、氣流速度及氣溫等進(jìn)行調(diào)節(jié)，容易達(dá)到試驗所需的條件，但在冰風(fēng)洞中不能模擬高空狀態(tài)，所以對防冰系統(tǒng)驗收時，可以先在冰風(fēng)洞中進(jìn)行地面試驗，初步確定防冰系統(tǒng)的工作性能。

干空氣飛行試驗

圖1　冰風(fēng)洞示意圖

防冰系統(tǒng)的干空氣飛行試驗比較容易進(jìn)行，只要按照設(shè)計高度及外界氣溫進(jìn)行飛行，飛行時測得干表面溫度，然后可根據(jù)飛行速度及外界氣溫推算出濕表面溫度，從而可以初步確定防冰性能。

自然結(jié)冰狀態(tài)飛行試驗

自然結(jié)冰狀態(tài)飛行試驗即在一定高空、氣溫、液態(tài)水含量及水滴直徑條件下，飛機(jī)以一定的設(shè)計速度飛行。飛機(jī)在投入正式航線飛行前，必須要按照結(jié)冰設(shè)計狀態(tài)進(jìn)行試飛，由于飛行中很難找到與設(shè)計狀態(tài)完全相同的氣象狀態(tài)，一般是在盡可能嚴(yán)重的結(jié)冰條件下飛行，然后根據(jù)已進(jìn)行過的地面試驗、飛行試驗結(jié)果進(jìn)行外推，來求出在設(shè)計狀態(tài)下防冰系統(tǒng)的性能，從而確定防冰系統(tǒng)是否能可靠地工作。

自然結(jié)冰狀態(tài)飛行試驗分為兩類：1.防冰系統(tǒng)的功能及性能試驗。2.飛機(jī)和發(fā)動機(jī)在改變功率及飛行狀態(tài)時的特性試驗，以確定防冰系統(tǒng)在所有狀態(tài)下是有效的或者在某些狀態(tài)下不足以防冰。

在自然結(jié)冰狀態(tài)飛行試驗時，還要檢查防冰系統(tǒng)的恢復(fù)特性，即將發(fā)動機(jī)和進(jìn)氣道防冰系統(tǒng)關(guān)閉2～3min，把機(jī)翼及尾翼防冰系統(tǒng)關(guān)閉25～30min，然后再接通防冰，看是否能在一定時間內(nèi)有效的恢復(fù)防冰能力。這是為了保證在遇到結(jié)冰信號器損壞的情況時，直到飛行員發(fā)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)冰再接通防冰，仍然能保證飛機(jī)的防冰效果。

干空氣飛行試驗就是在晴空中進(jìn)行飛行試驗，通常在實際結(jié)冰狀態(tài)試飛以前完成，保證試飛安全。試驗時，飛機(jī)在晴空中進(jìn)行各種功率及速度的飛行，以確定飛機(jī)不足以防冰的狀態(tài)。將晴空中試飛的結(jié)果與地面冰風(fēng)洞試驗及理論計算值進(jìn)行比較，可以初步判定防冰系統(tǒng)的防冰性能。

模擬自然結(jié)冰飛行試驗

模擬自然結(jié)冰飛行試驗的方法有兩種。

1.將模擬結(jié)冰云的霧化噴嘴架及試驗件裝在同一飛機(jī)上，飛機(jī)內(nèi)裝有一套控制及測量設(shè)備，它能控制防冰試驗部件的結(jié)冰條件，即產(chǎn)生一定水含量及水滴尺寸的人造云。這種方法很適合對飛機(jī)部件進(jìn)行試驗，但不適用于整機(jī)試驗。

圖2　噴水架示意圖

2.用帶有水槽及噴水裝置的飛機(jī)來制造云，這種飛機(jī)人們稱為“水槽飛機(jī)”，試驗防冰系統(tǒng)的飛機(jī)在水槽機(jī)后面飛行，兩飛機(jī)保持相同的飛行速度，這樣使試驗比較穩(wěn)定。水槽飛機(jī)常見的噴水架如圖2所示，將幾個同心的圓管環(huán)固定在骨架上，環(huán)上均勻地裝著霧化噴嘴，保證噴出的水滴均勻分布。

結(jié)語

本文對防冰系統(tǒng)試驗進(jìn)行了介紹，簡單描述了四種常見的防冰系統(tǒng)試驗方法，分析了不同試驗的優(yōu)點與缺點，有助于對飛機(jī)防冰系統(tǒng)驗證的一般程序有所了解，使其最終能夠滿足飛機(jī)飛行安全的要求，對于飛機(jī)防冰系統(tǒng)的設(shè)計有一定的借鑒作用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.09.007