作者:张双虎 来源:科学时报 发布时间:2011-6-13 9:38:37
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除冰“专利群”为飞机护航
中国民航大学王立文等飞机除冰研究取得系列成果

工作人员为飞机除冰图片来自中航传媒网
 
国内外航空公司在飞机除冰方面都有着血的教训。
 
在国家自然科学基金民航联合基金的支持下,中国民航大学教授王立文及其合作者在飞机除冰研究领域取得了系列研究成果,在飞机除冰方面形成技术“专利群”,构建了集中除冰平台,将我国飞机除冰时间从半小时缩短到小于7分钟,这为提高飞行安全,减少航班延误提供了重要保障。
 
【科学时报 张双虎报道】
 
大灾难源自小疏忽
 
随着国际民航旅客吞吐量的增加,因冰雪天气造成的不正常航班率随之增加,由冰霜带来的飞行安全问题引起人们高度重视。
 
2004年11月21日,中国东方航空云南公司一架客机执行从包头飞往上海的任务时,在客机刚起飞不久就坠入距机场不远的南海公园。该事故造成机上47名乘客、6名机组人员全部遇难, 2名公园工作人员失踪。
 
据现场目击者称,当时飞机还没飞到6层楼高,就开始左右摇晃,像喝醉酒了一样,左右摇晃了四五下,就听到“轰”的一声坠入距机场不远的南海公园,一阵浓烟伴着难闻的烧焦的味道扑面而来。
 
据新华网报道:2006年12月21日,国家安全生产监督管理总局、监察部通报了中国东方航空云南公司“11·21”包头空难事故调查处理结果,认定是一起责任事故。事故原因为飞机起飞过程中,由于机翼污染使机翼失速、临界迎角减小。事故调查组认为,飞机在包头机场过夜时存在结霜的天气条件,机翼污染物最大可能是霜。飞机起飞前没有进行除霜(冰)。
 
美国东部时间2009年2月12日晚10点11分左右,美国大陆航空公司的3407号通勤班机在飞往水牛城途中坠毁,机上无人生还。此后美国国家运输安全委员会调查发现,飞机降落前30分钟间与塔台对话一直正常,其后发现驾驶室警告系统发出结冰警告,显示机身可能结冰。机长亦报告于挡风玻璃及机翼前缘有明显结冰迹象,当飞机伸出襟翼及放下起落架准备降落时,飞机突然出现一连串猛烈的俯冲与翻滚动作,紧接着飞机便坠毁于民宅。
 
据世界民航有关冰雪天气引起42起的事故数据分析看,有18起是在起飞时发生的,死亡人数达323人。除冰是关系到飞机和乘客人生安全的大事,容不得半点马虎和疏忽。
 
一个必不可少的环节
 
我国现运行的137个民航机场,有降雪报告的就有77 个,而突发的雨雪冰冻灾害更是带来大量航班延误和取消。
 
“光洁机身是飞机冬季安全飞行的核心理念。”中国民航大学教授王立文说,“理论上讲,机身上蚊子苍蝇都不应该有,更不要说霜、雪和冰了。以737客机来说,如果机身分布有一平方厘米大小的霜点,会使飞机迎角降低两度,抬升力降低1/3,就有可能导致飞行事故发生。”
 
王立文解释说,机翼不光洁时,其粗糙度就会不同,根据空气动力学原理,空气和机翼分离的线型就不是光滑的流线,会导致漩涡和湍流的产生。而漩涡和湍流是不可控、不对称的,会引起飞机抬升力不平衡。这种不平衡会更加重湍流的不均,从而增加飞机的控制难度,导致飞机翻转、倒立,引起飞行事故。
 
美国联邦航空管理局(FAA)规定:在飞机表面的主要部分,如机翼、发动机等部位有霜,结冰及积雪时,禁止任何人指挥或尝试飞机起飞,如果主飞行员不能确定飞机是“干净”的,应禁止尝试让飞机起飞。
 
“首都国际机场基本上每年从11月就开始至次年二三月份要除冰,哈尔滨机场有约半年的时间要除冰。”王立文说,“容易出现问题的主要是除霜。而轻微的霜冻往往被忽视,从而引发事故。”
 
飞机除冰指的是在低温气象条件下,使用物理或化学手段对临近起飞航机的机翼、推进器、水平尾翼等关键部位冰、雪、霜的消除。我国在2011年1月正式颁布实施的《航空安全管理手册》中强调:即使是少量冰、雪、霜的堆积,也会引起起飞重量增加和升力损失,对飞行的影响也将是致命的。因此,除冰是低温起飞前一个绝对必不可少的环节。
 
用技术实现管理有序化
 
此前,我国对飞机结冰情况没有预报系统。比如,气温零下3度或零下5摄氏度,飞机结冰厚度怎样、采用什么除冰设备或手段都没准备,要到第二天才开始除冰前临时准备,这极大影响了飞机的准时起飞。
 
针对这个难题,在自然科学基金的资助下,王立文团队在飞机除冰基础理论和实际应用方面进行深入研究,研制了一个能对飞机冰霜进行综合分析的预报系统。
 
“比如,我们根据天气预报,未来24小时或10小时气温多高、空气湿度多大,飞机上会结多厚的冰、霜,出现什么样的冰型都能预报。我们还有一套探测系统,模拟飞机的铝合金外壳,放在飞机机位附近,以获取相关数据。通过我们的计算,再用探测模型得到的数据进行修正,就能比较准确地预报目前飞机的结霜、结冰情况,及早调整飞机除冰车辆多少、除冰液的用量、温度、压力、流量等除冰参数。”王立文说。
 
为提高除冰效率,在国家自然科学基金的资助下,王立文团队将传统的机位除冰发展为集中除冰。
 
机位除冰即飞机停在登机廊桥旁,一架或几架除冰车过来为飞机除冰。但首都机场有几百架飞机,机位也有远有近,移动除冰设备进行机位除冰效率很低。而且除冰液有一定的有效时间,有时除完冰飞机不一定能得到起飞指令,它还会二次结冰。在极度寒冷的情况下,有时可能后边刚除完,前边除的又结冰了,这会严重影响飞行安全。
 
王立文等人在首都机场设了6个集中坪,集中除冰设备不动或少量移动,飞机过来除一架起飞一架。
 
“集中除冰极大提高了除冰效率,在中雪的情况下,一架737原来约为半小时,现在平均只要6、7分钟。”王立文说,“机身上有冰雪不能起飞,但自由移动是没问题的。现在哪架飞机要起飞,就开过来除冰,除完就飞走了。这样就减少了除冰车因飞机分散来回奔波的次数,提高了效率,减少了延误,也最大限度地保障飞机安全。这就是用技术实现管理的有序化。”
 
优化系统 护航飞行
 
“我们的飞机集中除冰系统研究,将温度控制、能源、液压、控制、机械等多种成熟技术应用到机场除冰系统。在这方面我们拥有几十项专利,形成了一个‘专利群’,从而实现了高效快速安全的除冰功能。目前我们的设备已经应用于首都国际机场、郑州机场、哈尔滨机场。”王立文说。
 
因为没有相关研究,目前我国飞机除冰时,除冰液用量都采用“宁多勿少”的方式来保证飞机安全。比如某天在气温较高、机身结霜较轻的情况下,本来用平时30%的除冰液量就能解决问题,但却一直都用50%的量;由于还缺少坚实的理论与技术支撑,不得已要用一些“浪费”换来安全。
 
“因为我们没有可信数据支持,没有充分的理论依据,在保证飞机安全前提下,不能盲目减少除冰液的用量。目前我们正在作基础理论与优化研究,就是通过积累基础数据、通过理论研究和实验检验。期望在不久的将来,能够做到在保证飞机安全的情况下,合理使用除冰液量,达到节约资源也节省时间的目的。”
 
《科学时报》 (2011-06-13 A4 科学基金)
 
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