民用飛機(jī)自然結(jié)冰試飛技術(shù)研究

劉立蘇

摘 要 當(dāng)飛機(jī)在飛行過程中遇到結(jié)冰云層時，飛機(jī)表面將產(chǎn)生結(jié)冰，由于結(jié)冰，飛機(jī)性能、操穩(wěn)特性將迅速惡化。自然結(jié)冰試飛就是要試驗飛機(jī)在最為嚴(yán)苛的氣候條件下飛機(jī)結(jié)冰情況，以及飛機(jī)結(jié)冰后是否還能安全飛行。自然結(jié)冰試飛充滿了危險性和復(fù)雜性，是民用客機(jī)適航取證中最為艱難的幾個科目之一。本文從自然結(jié)冰試飛適航要求、試飛測試改裝、試飛測試保障和組織模式等幾個方面對自然結(jié)冰試飛進(jìn)行概述，對國內(nèi)民機(jī)自然結(jié)冰試飛成功實施具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 自然結(jié)冰；試飛；適航；飛行試驗；附錄C

中圖分類號 V2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）15-0177-02

當(dāng)飛機(jī)在飛行過程中遇到結(jié)冰云層時，飛機(jī)表面將產(chǎn)生結(jié)冰，由于結(jié)冰，飛機(jī)性能、操穩(wěn)特性將迅速惡化。若不掌握飛機(jī)結(jié)冰后的飛行特性，將會使飛機(jī)進(jìn)入危險狀態(tài)?？v觀航空歷史，因為飛機(jī)空中結(jié)冰而產(chǎn)生的空難不勝枚舉，無數(shù)的人因此失去了生命。自然結(jié)冰試飛就是要在真實的最為嚴(yán)酷的結(jié)冰氣象下對飛機(jī)進(jìn)行測試，驗證飛機(jī)防除冰系統(tǒng)能否保障飛機(jī)在結(jié)冰氣象條件下安全飛行。

自然結(jié)冰試飛是民用飛機(jī)適航取證過程中十分重要的科目，對結(jié)冰氣象、飛機(jī)測試改裝、飛行組織保障都非?？量痰囊蟆１疚膶淖匀唤Y(jié)冰試飛適航要求、試飛內(nèi)容和目的、試飛飛機(jī)測試改裝、結(jié)冰氣象保障、飛行組織管理模式等幾方面對民用飛機(jī)自然結(jié)冰試飛進(jìn)行介紹。

1 適航要求

云層是否能夠結(jié)冰強(qiáng)度由云層的中的液態(tài)水含量、水滴平均有效直徑和周圍空氣溫度3個變量決定。自然結(jié)冰試飛所需的氣象條件由CCAR25部附錄C進(jìn)行規(guī)定。附錄C將空中大氣結(jié)冰狀態(tài)分為連續(xù)最大結(jié)冰和間斷最大結(jié)冰。中國民用航空規(guī)章（CCAR）主要參考了美國聯(lián)邦航空規(guī)章（FAR），CCAR25部附錄C的內(nèi)容與FAR25部附錄C②相同。

2 試飛內(nèi)容和目的

自然結(jié)冰試飛的目的是驗證飛機(jī)在25部附錄C所規(guī)定的真實的結(jié)冰氣象條件下飛行時，飛機(jī)各系統(tǒng)（環(huán)控、防冰、電源、發(fā)動機(jī)、APU、導(dǎo)航、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)等）是否能夠正常工作使飛機(jī)防護(hù)表面不產(chǎn)生結(jié)冰及即使結(jié)冰后也要具有足夠的性能和操縱品質(zhì)使飛機(jī)安全飛行。同時通過自然結(jié)冰試飛時飛機(jī)未防護(hù)表面結(jié)冰的形狀來檢驗?zāi)M冰型試飛所采用的冰型的正確性。

3 試飛飛機(jī)測試改裝

為了保障飛機(jī)在自然結(jié)冰試飛時試飛安全和測量自然結(jié)冰云層參數(shù)，測試飛機(jī)需要進(jìn)行專項試飛測試改裝。通常來說，為了進(jìn)行自然結(jié)冰試飛而進(jìn)行的專項試飛測試改裝包括攝像頭改裝、機(jī)翼前緣噴漆改裝、平尾結(jié)冰標(biāo)尺改裝、發(fā)動機(jī)吊掛和唇口噴涂改裝、CCP及監(jiān)控改裝等5個方面。

1）攝像頭改裝。自然結(jié)冰試飛過程中需監(jiān)控、記錄飛機(jī)各個位置結(jié)冰情況。攝像畫面可以拍攝飛機(jī)各關(guān)鍵部位實時畫面，并在客艙監(jiān)控平臺上顯示，幫組機(jī)組監(jiān)控飛機(jī)表面結(jié)冰情況，保證飛行安全。同時，攝像畫面記錄的結(jié)冰情況是適航符合性的重要依據(jù)。

2）機(jī)翼前緣噴漆。為了更好地觀測機(jī)翼前緣的結(jié)冰情況，需在機(jī)翼前緣噴涂黑色啞光底漆和黃色刻度線。另外，由于機(jī)翼前緣結(jié)冰可能會超過縫翼上表面，因此，要將上翼面的噴涂區(qū)域向后方主翼表面延伸150mm。

3）結(jié)冰標(biāo)尺改裝。為了測量機(jī)翼前緣和平尾前緣結(jié)冰厚度，需在機(jī)翼前緣和平尾前緣安裝結(jié)冰標(biāo)尺。標(biāo)尺為扇形鋁板，用黃色、黑色啞光漆標(biāo)出刻度，最小刻度為1英寸，共4英寸。從實際需求出發(fā)，只在左側(cè)機(jī)翼翼尖和左側(cè)平尾翼尖安裝兩個標(biāo)尺。

4）吊掛及發(fā)動機(jī)唇口噴涂改裝。為了更好地觀測發(fā)動機(jī)吊掛前緣的結(jié)冰現(xiàn)象，將吊掛前緣噴涂黑色啞光漆，并在吊掛前緣附近的短艙外表面以及沿吊掛弦向噴涂標(biāo)尺以測量結(jié)冰厚度和結(jié)冰范圍。為了更好地觀測發(fā)動機(jī)唇口結(jié)冰情況，將發(fā)動機(jī)唇口噴涂黑色啞光漆。

5）CCP及監(jiān)控改裝要求。自然結(jié)冰試飛中用來測量結(jié)冰云層中水滴直徑和水含量的儀器是組合式云測量探頭（CCP）。CCP能夠?qū)崟r探測外界大氣中水滴直徑（MVD）、液態(tài)水含量（LWC）、溫度、空速。CCP主要由CDP、CIP、HOTWIRE、空速管等幾個部分組成。

CCP在飛機(jī)上安裝位置的選擇，必須使其脫離飛機(jī)流場對水滴的影響，測量出外界大氣的真實情況。安裝前需用CFD計算出飛機(jī)表面水滴流場分布，找出合適的安裝位置，避開水滴加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)。

4 結(jié)冰氣象保障

自然結(jié)冰氣象預(yù)報主要預(yù)報自然結(jié)冰氣象條件，對自然結(jié)冰氣象條件出現(xiàn)的概率、位置、時機(jī)和氣象特征進(jìn)行預(yù)報。高質(zhì)量的氣象數(shù)據(jù)對于結(jié)冰試飛的成功至關(guān)重要。自然結(jié)冰氣象保障主要用到的預(yù)報資料有高質(zhì)量的衛(wèi)星云圖、氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)，探空氣球數(shù)據(jù)、地面觀察站數(shù)據(jù)以及民航飛行員結(jié)冰報。

預(yù)報內(nèi)容包括結(jié)冰云團(tuán)的分區(qū)區(qū)域，云團(tuán)的大小和連續(xù)性，出現(xiàn)結(jié)冰的概率；結(jié)冰云層的溫度、液態(tài)水含量和水滴直徑；結(jié)冰云層的運(yùn)動趨勢，最佳采集時間和采集策略等。

氣象專家在講評的時候，使用衛(wèi)星云圖和雷達(dá)數(shù)據(jù)來講述自然結(jié)冰氣象出現(xiàn)的位置，使用等溫線、液態(tài)水含量分布曲線等來說明建議的飛行高度和采樣策略，使用杰普遜航圖來說明建議的飛行路徑。

5 試飛組織模式

由于自然結(jié)冰氣象條件極其難得，往往需要在很大的空域范圍內(nèi)開展追云試飛，而地面遙測系統(tǒng)的有效范圍總是有限的，國外自然結(jié)冰試飛普遍不設(shè)置地面監(jiān)控，以提高追云試飛的工作范圍。而在國內(nèi)，該類試飛科目不設(shè)置地面監(jiān)控并沒有先例。國內(nèi)某型飛機(jī)在國外開展的自然結(jié)冰試飛中，首次采用了此模式，飛行中不設(shè)置地面遙測監(jiān)控，使得飛機(jī)追云試飛的范圍不再受遙測監(jiān)控范圍的限制，大大增加了自然結(jié)冰試飛靈活性。所有的安全保障和技術(shù)決策均由機(jī)上人員完成，提高了技術(shù)決策的效率。

6 結(jié)論

一次成功的自然結(jié)冰試飛對飛機(jī)測試改裝、結(jié)冰氣象保障、飛行組織管理模式等方面都有極其嚴(yán)苛的要求。本文基于某型飛機(jī)自然結(jié)冰成功經(jīng)驗對這幾方面進(jìn)行了介紹，對其他機(jī)型自然結(jié)冰試飛成功開展有一定借鑒、指導(dǎo)意義。

注釋

①CCAR25 R4 中國民用航空規(guī)章第25部.運(yùn)輸類飛機(jī)適航

標(biāo)準(zhǔn).

②FAR25 PART25 Airworthiness Standards：Transport Category Airplanes.endprint