道面除冰液對(duì)增稠型飛機(jī)除冰液防冰性能影響的研究

彭華喬，王強(qiáng)，張亞博，吳海濤，張帆，趙芯，鄧兵

(中國(guó)民航局第二研究所，四川 成都 610041)

我國(guó)地域遼闊，南北跨度大，各個(gè)機(jī)場(chǎng)所處的地區(qū)氣候條件差異很大，除廣東、廣西、福建、海南等少數(shù)南方地區(qū)的機(jī)場(chǎng)很少出現(xiàn)下雪天氣外，西北、東北、華北等地區(qū)的機(jī)場(chǎng)冬天經(jīng)常是漫漫冰雪，這使得機(jī)場(chǎng)道面和航空器表面結(jié)冰、起霜和積雪。若不及時(shí)除去，極易導(dǎo)致飛行事故，這方面國(guó)內(nèi)外航空都有著血的教訓(xùn)［1］。因此，為了保證飛機(jī)在冬季能安全起降，必須采用除冰液對(duì)飛機(jī)和機(jī)場(chǎng)道面進(jìn)行除冰。

由于I 型飛機(jī)除冰液粘度低，防冰時(shí)間較短，容易造成二次結(jié)冰，因此我國(guó)民航已逐漸推廣使用粘度高、防冰時(shí)間較長(zhǎng)的II 型和IV 型飛機(jī)除冰液，該類除冰液添加了增加粘度，能提高除冰效率的增稠劑等添加劑，所以又俗稱增稠型飛機(jī)除冰液。

道面除冰液噴灑在機(jī)場(chǎng)道面，飛機(jī)除冰液噴灑于飛機(jī)表面，但道面除冰液仍然可能通過(guò)以下幾種方式濺到飛機(jī)表面從而使飛機(jī)除冰液受到污染:①?gòu)那捌鹇浼車姙⒌烂娉?②道面除冰液被飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴吹起;③發(fā)動(dòng)機(jī)推力反向器工作時(shí)［2］。如果道面除冰液污染了增稠型飛機(jī)除冰液會(huì)導(dǎo)致沉淀生成，使增稠型飛機(jī)除冰液保持時(shí)間減少，附著力減小，防冰性能降低。國(guó)外的報(bào)道主要表述了這一現(xiàn)象，未進(jìn)行深入研究。因此，本文對(duì)道面除冰液對(duì)增稠型飛機(jī)除冰液防冰性能的影響做了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

II 型飛機(jī)除冰液ADF-2、IV 型飛機(jī)除冰液ADF-4、道面除冰液RDF-A、道面除冰液RDF-B 均為工業(yè)品;試劑水，符合ASTM D 1193 IV 型要求［3］。

AE240 型電子天平;LV-DV-Ⅲ型BROOKFIELD粘度計(jì);自制防冰性能測(cè)試儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

分別將道面除冰液RDF-A 和道面除冰液RDFB 以質(zhì)量百分比0.1%，0.5%，1%，2%的比例加入II 型飛機(jī)除冰液ADF-2 和IV 型飛機(jī)除冰液ADF-4中，立即出現(xiàn)渾濁，并產(chǎn)生白色沉淀。沉淀經(jīng)丙酮洗滌、抽濾，室溫干燥，稱重。分別按照ASTM D 2196［4］和SAE AS 5901［5］測(cè)試混合液的粘度［6］，以及在水噴霧實(shí)驗(yàn)條件下的防冰性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 沉淀量

表1 和表2 分別列出了RDF-A 和RDF-B 分別與增稠型飛機(jī)除冰液產(chǎn)生的沉淀量。

表1 RDF-A 與增稠型飛機(jī)除冰液產(chǎn)生的沉淀量Table 1 Precipitate quantity of mixture of RDF-A and thicken aircraft deicing fluid

表2 RDF-B 與增稠型飛機(jī)除冰液產(chǎn)生的沉淀量Table 2 Precipitate quantity of mixture of RDF-B and thicken aircraft deicing fluid

由表1、表2 可知，隨著道面除冰液RDF-A 和RDF-B 添加量的增加，沉淀量也逐漸增加，而且在IV 型飛機(jī)除冰液中產(chǎn)生的沉淀量大于在II 型飛機(jī)除冰液產(chǎn)生的沉淀量。這可能是由于IV 型飛機(jī)除冰液中添加的增稠劑比II 型飛機(jī)除冰液中添加的增稠劑多的原因。

2.2 粘度

II 型和IV 型飛機(jī)除冰液粘度較大，能較好地附著在靜止飛機(jī)表面，防止冰霜積雪的形成，起到防冰作用，并能在起飛時(shí)從飛機(jī)表面吹脫，不影響飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)性能。因此，粘度是評(píng)估II 型和IV 型液的重要理化指標(biāo)。表3 ～表6 給出了RDF-A、RDF-B 與ADF-2 和ADF-4 混合后的粘度。

表3 RDF-A 與ADF-2 混合后的粘度Table 3 Viscosity of mixture of RDF-A and ADF-2

ADF-2 和ADF-4 都添加了增稠劑，屬于粘度較大的液體，其在容器中都有掛壁現(xiàn)象，而且能將空氣泡附著在液體內(nèi)部。但當(dāng)添加0.1%的道面除冰液后，ADF-2 和ADF-4 的粘度都明顯下降。隨著RDF-1 和RDF-2 的添加量繼續(xù)增大，上述現(xiàn)象更加明顯。由表3 和表4 可知，隨著剪切速率的增加，溶液的粘度都不斷減小。添加0.1%的RDF-A 分別使ADF-2和ADF-4 的粘度從1 430，6 020 mPa·s降低到620，3 010 mPa·s，降幅分別是57%，50%;添加RDF-A的量至2%，ADF-2 和ADF-4 的粘度分別降低到30，100 mPa·s。RDF-B 對(duì)ADF-2 和ADF-4 的粘度也有相似的影響。原因在于，ADF-2 和ADF-4 中加入增稠劑，其機(jī)理在于分子鏈的離子作用，使得分子鏈?zhǔn)嬲?，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，達(dá)到增稠的目的，而加入少量跑道除防冰液后，打破增稠體系的電荷平衡，導(dǎo)致網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)減少或者消失，最后直接導(dǎo)致粘度大幅度降低。

表4 RDF-A 與ADF-4 混合后的粘度Table 4 Viscosity of mixture of RDF-A and ADF-4

表5 RDF-B 與ADF-2 混合后的粘度Table 5 Viscosity of mixture of RDF-B and ADF-2

表6 RDF-B 與ADF-4 混合后的粘度Table 6 Viscosity of mixture of RDF-B and ADF-4

2.3 防冰性能

水噴霧實(shí)驗(yàn)是在(5.0 ±0.2)g/(dm2·h)的降水條件下和(－5.0 ±0.5)℃的溫度條件下，將飛機(jī)除冰液傾倒在已預(yù)冷的測(cè)試板上，記錄冰層達(dá)到失效區(qū)域的時(shí)間，即為防冰時(shí)間。將RDF-A 添加到增稠型飛機(jī)除冰液ADF-2 和ADF-4 中的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表7。SAE AMS 1428 明確要求II 型和IV 型飛機(jī)除冰液的防冰時(shí)間分別不應(yīng)低于30，80 min。

由表7 可知，未添加RDF-A 的ADF-2 和ADF-4的防冰時(shí)間分別是35 min 和117 min，滿足SAE AMS 1428 對(duì)II 型和IV 型飛機(jī)除冰液的防冰時(shí)間要求。當(dāng)添加0.1%的RDF-A 到ADF-2 和ADF-4 后，防冰時(shí)間分別降低到12 min 和45 min，降幅分別是66%，62%;繼續(xù)增加RDF-A 的添加量，ADF-2 和ADF-4 的防冰時(shí)間隨之降低，當(dāng)添加2%的RDF-A時(shí)，ADF-2 和ADF-4 的防冰時(shí)間分別是7.5 min 和10 min，降幅分別是79%，91%。

表7 RDF-A 與增稠型飛機(jī)除冰液的防冰時(shí)間Table 7 Anti-icing time of mixture of RDF-A and thicken aircraft deicing fluid

3 結(jié)論

道面除冰液對(duì)Ⅱ型和Ⅳ型增稠型飛機(jī)除冰液的防冰時(shí)間影響很大，僅僅0.1%的道面除冰液，即可使增稠型的Ⅱ型和Ⅳ型飛機(jī)除冰液的防冰時(shí)間大大降低，不能滿足SAEAMS1428 的要求。因此，在飛機(jī)地面運(yùn)行和除冰防冰作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)避免兩種類型的除冰液接觸，以確保航空安全。

［1］ 金宜斌. 飛機(jī)積冰與冬季飛行［J］. 中國(guó)民用航空，2007，83(11):41-43.

［2］ Haruhiko，Philip Adrian，Michael Arriaga，et al.Safe Winter Operations［N］.AERO，QTR_04.10.

［3］ ASTM. ASTM D 1193 Standard specification for reagent water［S］.USA:ASTM，2006.

［4］ ASTM.ASTM D 2196 Standard test methods for rheological properties of non-newtonian materials by rotational(brookfield type)viscometer［S］.USA:ASTM，2005.

［5］ SAE.SAE AS 5901 Water spray and high humidity endurance test methods for SAE AMS1424 and SAE AMS1428 aircraft deicing/anti-icing fluids［S］.USA:SAE，2008.

［6］ SAE.SAE AMS 1428 G Fluid，aircraft deicing/anti-icing，non-newtonian (pseudoplastic)，SAE types II，III，and IV［S］.USA:SAE，2010.