飞机积冰的成因和类型及其对飞行的影响

通讯员  金花

飞机积冰的飞机形成与云中过冷水滴有关，所谓的积冰及过冷水滴就是指温度低于0℃而仍未冻结的云滴和雨滴。

在0℃等温线以下高度的成对飞云层中充满水滴，0℃至-20℃的因和影响高度之间大多是过冷水滴，-15℃至-20℃高度范围内偶尔会有少量冰晶，类型-20℃至-40℃的飞机高度层内主要分布有冰晶和少量过冷水滴。

另外根据实践观测表面：-10℃到-20℃的积冰及高度层内大小过冷水滴是共存的，而在-20℃到-40℃的成对飞高度层主要是小的过冷水滴存在，大的因和影响过冷水滴都几乎冻结成冰了，而在气温-40℃以下的类型高度层中只有非常小的过冷水滴有可能存在，其他的飞机过冷水滴都冻结成冰了。

积状云中即使到了-20℃至-40℃的积冰及高度，仍然有大量的成对飞过冷水滴存在，这主要是因和影响由于形成积状云的上升气流以及凝结释放的潜热所致。

由于过冷水滴的类型含量、大小都会影响飞机积冰的形成，加之冻结过程中释放的热量排走的快慢程度不同，所以形成的冰层在结构强度和外观上各有不同，有的光滑透明，有的粗糙不平，有的坚硬牢固，有的松脆易碎；根据积冰的结构形状和飞行的影响程度，大致可以分为明冰、毛冰、雾凇和霜四种。

明冰是光滑透明、结构坚实的积冰，一般形成于冻雨中或积状云中，云中温度在0℃到-10℃，并且存在大的过冷水滴。在这样的云滴中，由于水滴较大温度相对较高过冷水滴碰上机体表面后，并不完全在碰撞处冻结，而是部分冻结、部分顺气流向后流动，在流动中逐渐冻结。由于冻结时夹杂空气很少，故形成明冰没有气泡、密度较大、光滑透明、质地坚硬。明冰主要出现在机翼水平安定面的前缘，飞机机头整流罩和发动机的进气口，对飞行的危害较大。它能改变飞机的空气动力特性。如果积冰较厚，还可能使飞机的重心改变，产生俯仰力矩，使飞机的稳定性变坏。冰层破坏后的冰块，有时还会打坏飞机其他部件。

雾凇是由粒装冰晶组成的，表面粗糙，结构松脆，不透明的积冰。一般形成在毛毛雨或层状云中，云中温度为-20℃至-15℃，存在有小的过冷水滴。由于在低温条件下，过冷水滴较小，它的直径可以小于10μm。当这些过冷水滴碰到机体后，冻结很快，几乎保持原来的颗粒状，在聚集的过程中，各冰粒之间留有空隙，因此冰层变得不透明。雾凇一般形成于机翼前缘和机体其他突出部位的前缘，而防冰除冰装置也在这个位置，对飞行的危害小些。但如果聚集较厚时，也会改变空气动力特性。如果风挡有雾凇时，则会影响飞机的目视飞行。

毛冰是明冰和雾凇的混合体，表面粗糙不平、冻结比较牢固、不透明、呈白瓷色。一般形成在温度为-20℃至-5℃的过冷云或混合云中，云中大小过冷水滴同时存在，有时还夹杂有冰晶一起冻结。所以毛冰比较坚固，内部结构不均匀。毛冰比明冰大，对飞机空气动力特性的改变比明冰大，所以对飞行的影响不亚于明冰。

霜是晴空中飞行时出现的一种积冰，它是由于水汽在寒冷的机体表面直接凝华而成的。霜的维持时间不长，一旦机体增温后立即消失，受到震动时也容易从机体表面脱落。除在风挡上会短时出现影响目视飞行外对飞行没有影响。霜可以形成于飞机从寒冷的高空迅速下降到温暖潮湿但无云的气层时，也可以形成在从较冷的机场起飞，穿越明显的逆温层时。冬季停放在地面上的飞机，在条件适合的情况下也会形成霜。

风动测试结果显示飞机外部所凝固的结晶状物体，按每平方厘米一个的密度在机翼上表面稀疏分布，会使最大升力系数在两种不同状态下分别损失33%22%，而这种升力的巨大损失完全有能力使具有高性能的超临界翼型机翼的飞机无法起飞。

稳定的高空航天飞行是要求极其严苛的自然环境和机体状态的，因此飞行前无论积冰严重程度如何，都需在除冰后方可飞行，以保证飞行安全。