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浅谈飞机自然结冰天气条件

来源:民航资源网 作者: 适航与安全 2014-10-10 15:22:50

专业分类民航安全

  

  我国自主研制的新支线飞机ARJ21-700型号在进行自然结冰飞行试验时,在国内新疆地区历经四年艰苦的“追云”历程,最终不得不辗转3万公里在加拿大五大湖地区顺利寻得了这种天气条件并完成了自然结冰飞行试验。那么,到底需要怎样的自然结冰天气条件竟使得ARJ21-700试飞团队找寻的如此艰苦?本期将和大家探讨一下飞机自然结冰天气条件。

  结冰天气条件主要由结冰云层范围、液态水含量(LWC)、过冷水滴平均有效直径(MVD)和空气温度(T)等参数确定。CCAR/FAR/CS-25部规章附录C给出了飞机申请结冰天气条件下运行时所必须能够安全飞行的自然结冰天气条件,包括连续最大结冰、间断最大结冰和最大起飞结冰三种极端自然结冰天气条件。这些飞机自然结冰天气条件是美国FAA等机构在对北美乃至全球各地区结冰云层经过多年的潜心测量和统计分析的基础上得出的,是开展飞机防/除冰设计和符合性验证的重要依据。

  1. 连续最大结冰

  满足连续最大强度结冰天气条件的云层的液态水含量(LWC)、过冷水滴平均有效直径(MVD)和空气温度(T)三个变量的相互关系见图1所示。在进行连续最大结冰试飞验证时,结冰云层必须满足以下几个条件:

  (1)LWC在0~0.8g/m3范围内;

  (2)MVD在15~40μm范围内;

  (3)云层水平范围达到17.4海里(32.3km)。

图1:连续最大结冰天气条件参数

  图2给出了连续最大结冰天气条件的高度-温度包线范围,由图可知这种结冰天气的云层只可能在海拔高度7km以下以及飞行高度处大气温度-30℃~0℃范围内出现,这对于寻找这种结冰条件有一定指导作用。

图2:连续最大结冰天气高度-温度包线

  2. 间断最大结冰

  大气结冰状态的最大间断强度(间断最大结冰) 的液态水含量(LWC)、过冷水滴平均有效直径(MVD)和空气温度(T)三个变量的相互关系见图3所示。在进行间断最大结冰试飞验证时,结冰云层必须满足以下几个条件:

  (1)LWC在0~3.0g/m3范围内;

  (2)MVD在15~50μm范围内;

  (3)云层水平范围达到2.6海里(4.8km)。

  由上述参数可知这是一种短时而又非常严重的结冰天气条件,稍不留意就可能在飞机表面迅速形成影响致命的冰层,因此其危害性较大,需重点防范。

图3:间断最大结冰天气条件参数

  图4给出了间断最大结冰天气条件的高度-温度包线范围,由图可知这种结冰天气的云层可能在海拔高度9km以下以及飞行高度处大气温度-40℃~0℃范围内出现,这比连续最大结冰条件可能出现的高度-温度范围大。

图4:间断最大结冰天气高度-温度包线

  3. 最大起飞结冰

  起飞时最严重的结冰条件(最大起飞结冰)为云中水含量0.35g/m3,平均水滴直径为20 微米,地面环境温度为-9 ℃。最大起飞条件从地面延伸到起飞表面上457 米(1500英尺)的高度。

  以上自然结冰气象条件主要是根据北美、欧洲等地区结冰云层测量统计所得结果,而这些地区平均维度较中国高,年平均气温较中国低,且年平均大气湿度也较中国高,因此出现极端严重结冰天气条件的可能性也较中国高。这也是为什么ARJ21-700试飞团队在国内苦寻而不得的自然结冰天气条件一到北美地区就很快获得的重要原因。

  可能会有人问,既然中国的结冰天气条件不如国外严酷,那为什么不采用我国适用的结冰条件进行试飞呢?这一方面是因为国内对于结冰云层的测量和研究有限,未分析形成我国特有的自然结冰天气条件;另一方面是因为包括欧洲、俄罗斯、中国在内的很多国家和地区已经认可美国FAR-25部附录C的结冰条件,我国研制的飞机要想出口国外,还是必须获得国外适航当局的认可,那么就需要与国际接轨,按照国际公认的结冰气象条件进行合格审定。

  【注:本文由工信部民航局适航性技术研究与管理中心适航与安全微信团队(微信公众号:适航与安全)授权民航资源网刊登,作者:胡涛】

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