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上一版3 2021年9月8日 星期 放大 缩小 默认
飞机“必修课”之模拟冰型试飞
□ 王欣艺 赵晶慧

在高空飞行时,飞机常常会遇到结冰的情况,这种结冰通常发生在飞机的迎风部位,如风挡、机尾翼前缘、发动机进气道、空速管等部位。飞机结冰不局限于冬天,也不局限于雨、雪、雾等恶劣天气,只要飞机飞到一定高度,周围空气相对湿度足够大,温度足够低,飞机表面就有可能结冰。根据适航条款,民用飞机需要完成结冰飞行试验,以考察飞机的气动和操稳特性。

结冰对飞机的危害

结冰飞行试验包括模拟冰型飞行试验和自然结冰飞行试验。从试飞条件上来讲,模拟冰型飞行试验是在干空气中使用模拟冰积聚进行飞行试验,而自然结冰飞行试验是在自然条件下产生的冰积聚进行飞行试验。

由于在飞机试飞阶段,自然环境下的结冰条件可遇不可求,因此适航规章要求的验证都是在模拟冰型上完成符合性试飞。

在自然结冰飞行试验之前进行模拟冰型试飞,可以减少自然环境结冰飞行试验的次数,从而大大降低成本,提高效率。

结冰容易导致飞行事故,是飞行中一个不容忽视的问题。结冰对飞机的危害主要包括以下几点:

一是破坏飞机的空气动力性能。机翼和尾翼结冰会使飞机的流线型受到破坏,特别是飞机着陆时,极易出现尾翼失速使飞机失控。

二是降低动力装置效率,甚至使发动机产生故障。发动机进气道前缘结冰会使进气道流场发生改变,引起发动机喘振,也会使进入发动机的气流减少,导致发动机推力减小。更严重的情况是,发动机若将碎冰吸入其内部,轻则使燃烧室熄火,重则打坏发动机风扇或压气机叶片,进而导致停车事故。

三是影响仪表和通讯,妨碍飞行员目视飞行。飞机空速管结冰后,会导致速度表显示错误,影响飞行员对飞机状态的判断,而天线结冰则会影响通讯,可能造成通讯中断,甚至发生短路,使无线电设备失灵。飞机风挡一旦结冰,会影响飞行员的视野,干扰正常飞行,特别是在起飞和着陆阶段,容易引发飞行事故。

模拟冰型试飞的难点

模拟冰型试飞是必须进行的I类风险试飞科目,是在飞机上安装前期通过各种工况下计算得到的对飞机性能和操稳特性影响最严重的人造模拟冰型进行的飞行试验。

根据适航规章要求,现在申请型号合格证的飞机,需要分析、验证至少9种冰型的影响。包括:起飞阶段的临界冰型、起飞最后阶段的临界冰型、航路阶段的临界冰型、待机阶段的临界冰型、进场阶段的临界冰型、着陆阶段的临界冰型、失效阶段的临界冰型、延迟打开阶段的临界冰型、水平安定面冰污染冰型。

由于飞机每带一种模拟冰型进行试飞,就相当于改变了一次飞机的气动外形,也就是一架新飞机,9种冰型使得模拟冰型试飞的风险和难度大大提高。另外,由于带冰后飞机气动特性的恶化,试飞安全问题也尤为重要。

如何进行模拟冰型试飞

确定临界冰型。一般通过数值模拟获得各种工况下最严酷的冰型,得到的冰型经过风洞试验验证之后,就可以确定为模拟冰型试飞使用的冰型。

确定模拟冰条设计安装方案。模拟冰条的主体材料应当选取密度小、易加工、尺寸稳定性高的常规材料,同时材料也要易于保存和运输,具有良好的胶接性能。试飞前,设计人员使用三维数控进行材料加工,再在飞机相应位置按需分步安装人造模拟冰条。

然后就到了最关键也是风险最高和难度最大的环节——模拟冰型试飞。试飞前飞机需要经过大量的仿真、评估分析,对飞机特性进行摸底。再根据相关条款确定试飞科目,包括带待机模拟冰型的机动特性、冰污染水平安定面失速、带延迟打开冰型的机动特性和失速特性、带失效模拟冰型的机动特性和失速特性等。

模拟冰型试飞风险高、难度大,在试飞过程中,要时刻关注飞机的状态参数,尤其是失速状态,确保试飞安全。

飞行完成后,对试飞数据的分析是最终确认的手段。飞机的操稳特性和性能是否满足设计以及规章要求,飞机带冰的气动影响是否符合预期,飞机带冰后的性能损失多大,都需要设计人员通过试飞数据一一解答。

(作者为上飞院飞机气动能源工程技术所职工)

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