圖1：Ameco正在為國(guó)航一架波音737-800飛機(jī)實(shí)施慢車除冰。

　　提到冬春航季，旅客的深刻印象就是雨霧雪天氣對(duì)航班的影響。特別是在降雪情況下，不僅會(huì)因?yàn)榕艿婪e冰、機(jī)身除冰等因素造成航班延誤，更為嚴(yán)重的是，如果飛機(jī)機(jī)身積冰不能及時(shí)有效地得到清除，還會(huì)嚴(yán)重危及飛行安全。

飛機(jī)積冰 威脅航班冬季運(yùn)行安全

　　1991年12月27日，瑞典的一架麥道81型飛機(jī)在起飛后不久，由于發(fā)動(dòng)機(jī)吸入機(jī)翼上掉落的冰塊，造成發(fā)動(dòng)機(jī)停車，飛機(jī)緊急迫降在機(jī)場(chǎng)之外，機(jī)身斷成三截。2009年2月12日，美國(guó)大陸航空公司一架通勤飛機(jī)在紐約布法羅地區(qū)墜毀，造成50人罹難，可能的事故原因是飛機(jī)起飛前表面即已大量結(jié)冰。2004年11月21日，東航在包頭發(fā)生墜機(jī)事故。初步調(diào)查顯示，在飛機(jī)起飛過(guò)程中，可能由于機(jī)翼結(jié)霜污染使機(jī)翼失速臨界迎角減小，造成飛機(jī)失速，直至飛機(jī)墜毀。

　　根據(jù)過(guò)去25年的統(tǒng)計(jì)，由于飛機(jī)積冰原因已經(jīng)造成多起空難，數(shù)百人罹難。因此，飛機(jī)積冰已經(jīng)成為威脅冬季航班安全的因素之一。

　　那么，飛機(jī)積冰到底是如何影響飛行安全的，其原理又如何解釋？中國(guó)民航地面特種設(shè)備研究基地負(fù)責(zé)人、中國(guó)民航大學(xué)教授王立文告訴記者，飛機(jī)積冰對(duì)飛行安全的危害主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是破壞飛機(jī)的空氣動(dòng)力性能，使升力系數(shù)下降、失速迎角減小，可能造成飛機(jī)抖動(dòng)，甚至失控。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，機(jī)翼前緣和上表面形成的冰、雪、霜具有與中粗粒砂紙相似的厚度和表面粗糙度，能夠降低30%的機(jī)翼升力和增加40%的阻力。二是易導(dǎo)致飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)效率低下或損壞。如發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道和動(dòng)力裝置積冰，最典型的危害就是使發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流流量減小，減小發(fā)動(dòng)機(jī)推力，脫落的冰層容易被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)，易導(dǎo)致壓氣機(jī)機(jī)械損傷或者整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。三是影響機(jī)載儀表和通信系統(tǒng)。機(jī)身積冰會(huì)使裝在機(jī)身表面的測(cè)溫、測(cè)壓傳感器信號(hào)失真或者產(chǎn)生誤報(bào)。

飛機(jī)除冰 我國(guó)民航的重要科研課題

　　既然飛機(jī)積冰對(duì)飛行安全有如此大的威脅，那么對(duì)于航空公司和機(jī)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，冬季飛行就需要在飛機(jī)起飛前對(duì)飛機(jī)積冰進(jìn)行清除。飛機(jī)除冰技術(shù)目前是我國(guó)民航科研領(lǐng)域中的一個(gè)重要課題。

　　相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)現(xiàn)有的176個(gè)民航機(jī)場(chǎng)中，受降雪影響的機(jī)場(chǎng)有82個(gè)，主要分布在東北、華北、西北、華東和中南部分地區(qū)。王立文表示，同歐美等民航發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)民航的飛機(jī)地面除冰技術(shù)還是相對(duì)落后的，主要表現(xiàn)在除冰流程控制技術(shù)和除冰裝備技術(shù)上的差距。

　　我國(guó)絕大多數(shù)機(jī)場(chǎng)在除冰流程控制技術(shù)方面還是以機(jī)位除冰為主，這種傳統(tǒng)的人工除冰流程存在很多弊端。第一，機(jī)位除冰的時(shí)間安全裕度難以保證。飛機(jī)地面除冰所使用的防冰液和除冰液都有一定的保持時(shí)間，一旦超過(guò)除冰液的保持時(shí)間，飛機(jī)二次積冰的概率就會(huì)增加，并將給飛行安全帶來(lái)極大隱患。目前的機(jī)位除冰方式不僅除冰時(shí)間長(zhǎng)，除冰后還有推出、啟動(dòng)、滑行、排隊(duì)等待等多個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)由于機(jī)位距跑道距離遠(yuǎn)，滑行道和聯(lián)絡(luò)道交通情況復(fù)雜，飛機(jī)除冰后的滑行、等待時(shí)間很難精確控制，無(wú)法保證飛機(jī)在除冰液的保持時(shí)間內(nèi)起飛，導(dǎo)致飛機(jī)地面除冰時(shí)間安全裕度不可控，存在安全隱患。

　　第二，機(jī)位除冰除了在時(shí)間上不具備優(yōu)勢(shì)外，對(duì)于機(jī)場(chǎng)運(yùn)行來(lái)說(shuō)，運(yùn)行效率也不高。由于機(jī)位空間狹小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多種除冰裝備的并行組合作業(yè)，因此導(dǎo)致除冰作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，效率低下；同時(shí)，由于機(jī)位資源的占用，使機(jī)位資源使用率降低，從而導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)的整體容量和運(yùn)行效率降低。第三，機(jī)位除冰方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)基于航班動(dòng)態(tài)的除冰集中統(tǒng)一指揮調(diào)度。由于機(jī)位除冰時(shí)間和滑行、等待時(shí)間的不可控性，導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)不可能按照航班離港動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)除冰的統(tǒng)一指揮調(diào)度。在實(shí)際運(yùn)行情況下，會(huì)給飛機(jī)造成更多的延誤，并導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)整體運(yùn)作秩序的混亂，也使航空公司、機(jī)場(chǎng)、空管的運(yùn)行成本提高和安全風(fēng)險(xiǎn)增加。

　　除了除冰流程技術(shù)不合理外，我國(guó)民航飛機(jī)地面除冰裝備自動(dòng)化程度不高，以人工手動(dòng)作業(yè)為主。至于飛機(jī)地面積冰短時(shí)預(yù)報(bào)和實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)、飛機(jī)地面除冰多參數(shù)優(yōu)化控制技術(shù)、飛機(jī)除冰后微量殘冰檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)還未在飛機(jī)地面除冰中實(shí)際應(yīng)用，除冰技術(shù)裝備亟須更新。

集中除冰 實(shí)現(xiàn)技術(shù)與流程的完美配合

　　目前，集中除冰和完備性飛機(jī)除冰系統(tǒng)裝備技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)外民航飛機(jī)地面除冰技術(shù)的最方面新發(fā)展方向，而我國(guó)在飛機(jī)集中除冰技術(shù)方面的研究也已經(jīng)開(kāi)始。

　　在國(guó)家自然科學(xué)基金民航聯(lián)合研究基金的支持下，中國(guó)民航地面特種設(shè)備研究基地飛機(jī)集中除冰課題組自成立以來(lái)，一直從事飛機(jī)地面除冰技術(shù)的研究，在國(guó)內(nèi)首次提出“飛機(jī)集中除冰系統(tǒng)”的概念，并設(shè)計(jì)了基于除冰時(shí)間精確控制的飛機(jī)集中除冰的時(shí)間安全裕度流程，其研發(fā)的飛機(jī)集中除冰系列裝備已經(jīng)應(yīng)用到北京、哈爾濱、鄭州等地的機(jī)場(chǎng)。

　　那么飛機(jī)集中除冰，到底是一個(gè)怎樣的概念呢？飛機(jī)集中除冰是以最大限度地提高飛機(jī)地面除冰的時(shí)間安全裕度為目標(biāo)的除冰作業(yè)模式。提高除冰時(shí)間裕度的核心問(wèn)題，就是如何最大限度地減少飛機(jī)除冰作業(yè)時(shí)間，以及除冰后地面滑行等待時(shí)間。因此，除冰裝備的集中整合和除冰作業(yè)流程的集中優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)地面除冰作業(yè)的高效、安全和除冰作業(yè)時(shí)間及滑行、等待時(shí)間的精確控制。

　　在除冰作業(yè)流程設(shè)計(jì)方面，為減少飛機(jī)除冰后的滑行、等待時(shí)間，王立文課題組根據(jù)機(jī)場(chǎng)的不同情況在靠近跑道區(qū)域?qū)ｉT設(shè)計(jì)了多個(gè)飛機(jī)除冰坪，每個(gè)除冰坪有4個(gè)-6個(gè)除冰位。與此同時(shí)，在除冰作業(yè)過(guò)程中，將飛機(jī)除冰過(guò)程與飛機(jī)起飛時(shí)刻相銜接，并根據(jù)待除冰飛機(jī)的機(jī)型和積冰狀況，通過(guò)除冰坪除冰裝備噴嘴數(shù)量的優(yōu)化組合，精確控制飛機(jī)除冰時(shí)間，確保飛機(jī)能夠在除冰液保持時(shí)間內(nèi)按設(shè)計(jì)的安全裕度和預(yù)定時(shí)刻起飛。這從根本上避免了由于飛機(jī)的二次結(jié)冰所帶來(lái)的安全問(wèn)題，也在很大程度上減少了由于冰雪天氣造成的航班大面積延誤。

　　在除冰裝備技術(shù)研究方面，飛機(jī)集中除冰基礎(chǔ)裝備已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用。在國(guó)家自然科學(xué)基金民航聯(lián)合研究基金的資助下，王立文課題組正在開(kāi)展的飛機(jī)完備性除冰關(guān)鍵技術(shù)研究可望與現(xiàn)有的研發(fā)裝備結(jié)合，形成包括飛機(jī)地面結(jié)冰短時(shí)預(yù)報(bào)、飛機(jī)除冰過(guò)程控制與調(diào)度、飛機(jī)除冰后微量殘冰的準(zhǔn)確檢測(cè)等功能的完備性自動(dòng)化除冰系統(tǒng)，促進(jìn)我國(guó)飛機(jī)地面除冰技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并最大限度地保證飛機(jī)除冰的安全性，提高除冰效率。

　　集中除冰系統(tǒng)目前已經(jīng)在北京、哈爾濱、鄭州等地的機(jī)場(chǎng)應(yīng)用，效果良好。根據(jù)首都機(jī)場(chǎng)提供的數(shù)據(jù)，采用集中除冰后，中雪情況下，波音737飛機(jī)的平均除冰時(shí)間由原來(lái)的30分鐘縮短到7分鐘-8分鐘，可以保證飛機(jī)在除冰液的有效保持時(shí)間內(nèi)起飛，從根本上杜絕了飛機(jī)在地面的二次結(jié)冰問(wèn)題，消除了飛機(jī)冬季運(yùn)行的安全隱患。同時(shí)，由于除冰效率的提高，也減少了由于冰雪天氣所帶來(lái)的航班大面積延誤。

　?。ǜ兄x中國(guó)民航大學(xué)特種設(shè)備研究基地邢志偉教授為本文所提供的幫助。）

　　圖2：首都機(jī)場(chǎng)率先在國(guó)內(nèi)成功實(shí)施航空器慢車除冰演練。