1、寒冷天气下的运行2014-12寒冷天气运行道面效应空中积冰地面除冰燃油低温民航安全史上著名的“罗斯兰事件”空中积冰民航安全史上著名的“罗斯兰事件”空中积冰 1994年10月31日午后，美鹰航空4184号航班，一架由法国生产的ATR72，从印地安纳州印地安纳波利斯起飞，前往芝加哥。机上机组和旅客共68人。这是美国最繁忙的航线之一。当飞机接近芝加哥俄亥俄机场开始下降时，由于冷锋过境，恶劣的天气和繁忙的交通原因，飞机被指挥下降到高度10000英尺加入等待。进入等待后，飞机在云中飞行，同时云中夹杂着降水。在等待速度下，为了降低飞机的俯仰姿态，机组将襟翼放到15度。39分钟后，管制员开始指挥飞机下降进近
2、。由于下降导致速度增加，飞行员按例行程序收起了襟翼。当机翼收回后，飞机大翼处突然发出“噗噗噗”的响声，并剧烈抖动，随即向右侧突然翻转，同时开始俯冲。通过事后CVR和FDR提取的数据解到，机组一直拼命操纵驾驶杆，试图恢复飞机回到正常状态，但飞机驾驶盘死死卡在全右位置一动不动，飞机不断滚转俯冲，最后坠毁在芝加哥郊外的罗斯兰。1 飞机防冰能力主要在于发动机和机翼前缘，而对于机翼上下表面，依然存在积冰的情况；因此，在积冰的天气条件下，应避免长时间飞行。在ATR类上单翼飞机上，机组无法目视观察到翼上积冰的情况。“罗斯兰事件”的教训空中积冰 2当飞机襟翼/缝翼放出后，由于翼面弧度增加，增加了迎面气流的面积
3、，恶化了冰的堆积，在具备防/除冰能力的大翼前缘的后部，形成了高起的冰脊（达10厘米厚），加剧了气流分离，同时使得机翼上部外缘，形成了巨大的涡流区。当飞机襟翼收起时，翼面升力已经不足以支持飞机飞行，飞机进入失速。同时，由于翼端涡流区的作用，右翼涡流区产生了巨大拉力（据测算约250磅），将副翼拉起。由于ATR飞机没有液压助力，在当时的条件下飞行员无法将副翼压回中立位置。“罗斯兰事件”的教训空中积冰 3 飞机进入了含有所谓“过冷水滴”的云层中的结论。人们开始关注并研究“过冷水滴”。今天，我们知道：而过冷水滴对于飞行的危险性，十倍于其他积冰现象。“罗斯兰事件”的教训空中积冰思考何谓“空中积冰的天气条件
4、”？空中积冰分析水是大气的组成部分,洁净空气中包含水蒸气的能力取决于空气的温度。比如，在中空，-30摄氏度时，每立方米空气中最大可以包含0.5克水蒸气，而0摄氏度时，这个数值是5克。这个达到极限的状态称为“饱和”，而超出了饱和状态，我们称之为“过饱和”。空中积冰 由于锋面、大气不稳定状态，风的作用加上地形抬升产生大气垂直运动。过饱和的大量水使得云的形成。晴朗夜晚形成的霜冻、露或雾便是这种方式的产物。过饱和可以通过两种方式实现空中积冰分析过饱和可以通过两种方式实现：第一种方式，温暖空气的上升运动。由于锋面、大气不稳定状态，风的作用加上地形抬升产生大气垂直运动。过饱和的大量水使得云的形成。第二种是
5、底层空气出现迅速降温。晴朗夜晚形成的霜冻、露或雾便是这种方式的产物。两种条件下，大量水出现在气团中。而过量的水被析出，最终以水滴、微滴或冰晶的形式存在。空中积冰分析 积冰现象则是由于0摄氏度的水，甚至零摄氏度以下的水，并没有一定变为冰，而是仍然保持液态。这称为“过冷”。过冷水滴或微滴是极不稳定的，当它们遭受冲击或撞击后，立刻凝结。特别是当撞击到的物体处于零下温度时，比如寒冷的飞机表面。飞机积冰的基本原理就在于此。空中积冰分析 积冰现象则是由于0摄氏度的水，甚至零摄氏度以下的水，并没有一定变为冰，而是仍然保持液态。这称为“过冷”。过冷水滴或微滴是极不稳定的，当它们遭受冲击或撞击后，立刻凝结。特别
6、是当撞击到的物体处于零下温度时，比如寒冷的飞机表面。飞机积冰的基本原理就在于此。空中积冰积冰现象无所不在 大气物理和气象学告诉我们，积冰天气条件通常出现在FL100上下，温度则从略大于零上的温度直至-40摄氏度。不仅如此，在零下12度也曾出现过强积冰。另外，零上的温度、高高度都可能出现积冰现象。不仅积状云，层状云也可能出现强烈的积冰现象。空中积冰积冰现象无所不在空中积冰积冰现象无所不在空中积冰积冰现象无所不在空中积冰积冰现象无所不在本天气条件易于积冰。低高度的层状云和其他灰暗的云系可能具有很高的含水量。这种积云云团可能藏有断续的严重积冰空中积冰积冰现象无所不在尽管灰暗色的云系含有过冷的液态水，
7、此状况下由于太强的风力，除在积雨云CB中，强积冰的威胁不大。这种厚实的像绵羊皮一样的层状云，且有山脉阻隔/封锁，可能是一个强积冰威胁的信号。空中积冰思考如何判明飞机的实际积冰情况？什么时候需要防冰呢？空中积冰避开危险天气，雷雨中心、危险的云系、零度等温线使用发动机和机翼防冰的时机飞机进入了含有所谓“过冷水滴”的危害分析空中积冰空中积冰 当地面或起飞时OAT，或飞行中TAT在或小于10摄氏度，空气中含有可见水汽（比如云中、雾中能见度小于/等于1英里，雨，雪，雨夹雪，冰晶），或滑行道、跑道上有积水、雪水、冰或雪。这是由适航当局定义的保守的限制，引导飞行员不必确认他们确已遭遇积冰条件，而直接选择防冰
8、。空中积冰 当上述条件下，发动机/短舱防冰NAI必须立即接通。这个程序防止发动机进气道的冰凝集，从而保护风扇叶片不受吸入的冰块（FOD）损坏。而大翼对于冰则具备较高的容限。FCOM要求，当机体框架出现积冰时，选择接通翼面防冰。大翼防冰作用于机翼前缘，既可以防冰，又可作除冰使用。机体框架的积冰既可以通过风挡雨刷器上的冰直观的观察到，也可以通过两风挡间防冰探头目视观察到。空中积冰 A330飞机选装有双积冰探测咨询系统DUAL ADVISORY ICE DETECTION SYSTEM，当系统触发ECAM“SEVERE ICE DETECTED”（严重积冰被探测）警告时，大翼防冰必须选择接通。我们要
9、知道，积冰探测系统警告的触发可能会比雨刷器出现积冰来得晚，这是因为某种条件下雨刷对冰的形成更为敏感。然而，探测系统是经过大量飞行和风洞试验反复计量过的，严重积冰的警告证明一定量的冰出现在大翼前缘，这种条件下并不会对飞机气动性能和操纵特性产生严重影响。但是积冰探测系统作为一种咨询，机组不应依赖于此，应按照FCOM 手册的要求及时操作防冰空中积冰过冷水滴 大小约是水滴的1%大小，约头发丝的直径大小，温度在零下甚至17摄氏度，液态的状态；过冷水滴存在于积状云/少数层状云中，（积状云）相对温暖的云顶，云中温度-8至-12摄氏度；过冷水对飞机撞击使得过冷水滴凝结，从而使飞机造成迅速结冰，即使我们飞机所有
10、的防冰手段都工作的情况下，也是非常危险的。寒冷天气运行道面效应空中积冰地面除冰燃油低温空中积冰地面除防冰思考在何种地面天气条件下我们可能需要除冰呢？地面除防冰 地面结冰条件：在外界温度低于+3摄氏度（37.4华氏度）并有任何形式的可见湿气（如能见度低于1.5KM的雾，雨，雪雨夹雪或冰晶），或跑道上存在水，雪浆，冰或雪。我们要注意的是有时温度低于0摄氏度，晴朗的天气也会形成霜。有时即使温度大于0摄氏度，只要机体的温度低于0摄氏度潮湿的条件下也可能结冰。我们是否需要进行除冰，主要还是看机体上是否有污染的存在。这里特别要值得注意的是明冰一般在机翼或机身，尤其反光或光线暗的情况下，很难发现。分析地面除
11、防冰思考除防冰液有几种呢？区别是什么？地面除防冰 我们所用的大体上有三种常用的除冰液（I型，II型和IV型，III型暂不适用）：I型除冰液即丙二醇，乙二醇浓缩液体，它也可以根据一定的温度进行稀释以节约成本，雾化性强，毒性小。我们国内比较常见，常加热使用。（其用在防冰目的是效果有限，它一般只在没有降水是才有防冰作用，从其施用后查看的最低保持时间看，几乎无法获得效用）II型和IV型除冰液的粘度较高，有一定毒性，但防冰持续时间较长。分析地面除防冰思考防冰液是如何工作的呢？地面除防冰 除冰液喷洒到机体上后形成了一层膜，而除冰液的冰点很低（如浓度50:50的I型除冰液，它的冰点在零下50摄氏度以下）。从
12、而使湿气或降水不会在机体上结冰。地面除防冰 防冰液吸收外界降水从而稀释了浓度，混合液的冰点还是低于OAT或机体表层温度，从而达到防冰的目的，我们可以认为防冰液有效。地面除防冰 随着时间的增加，防冰液被稀释，浓度变得越来越低，其混合液的冰点逐渐升高，当它达到OAT或机体表层温度时，机体开始结冰，防冰液失效。除冰通训程序的应急程序完成除/防冰程序后注意事项除冰/防冰的方式地面除防冰地面除防冰1.一步除冰/防冰法：通过使用加热后的除冰防冰液来完成，用于飞机除冰的液体完全保温在机体表面可以有限的提高防冰的能力。2.两步除冰/防冰法：是由两个不同步骤组成：第一步采用除冰液先进行除冰，除冰后再次喷洒防冰保
13、护相关的机体表面，从而最大限度的提高机体防冰能力。如果希望获得较长的保持时间，则在采用二步除冰的第二步使用未被稀释的液体。注：一般国内采用一步除冰/防冰法。除冰/防冰的方式地面除防冰 除防冰的过程中与地面人员的通讯联络是至关重要的。在此过程结束后地面人员应向机组报告:A.最后一次喷洒除冰/防冰液操作的起始时间。B.所用除冰/防冰液的类型和浓度。C.除冰/防冰后效果检查，飞机按规定程序进行了检查。D.除冰设备开始撤离，除冰工作完成。E.持续效应保持时间开始计时。F.飞机系统保持或恢复到适当的除冰后位置。机组应当记录开始使用防冰液的时间、防冰代码并确认保持时间。（确认的持续效应保持时间的起始点为最
14、后一次喷洒除/防冰液操作的起始时间，即一步除/防冰法开始除冰的时间；两步除/防冰法的第二步防冰操作开始的时间。）除冰通训程序的应急程序地面除防冰除冰通训程序的应急程序：1.在远离登机门的除冰地点，到达该地点后机组应把飞机的所有外部灯光关掉，对地面除冰人员来说，这是建立与驾驶舱之间通讯联系的信号。2.如果在除冰操作期间通讯联系不可用或被中断而飞机必须执行紧急撤离时，飞行机组应打开飞机全部外部灯光向地面除冰人员发出警报；该信号通知除冰人员将所有设备撤离飞机并做好准备，根据需要在飞机撤离时予以协助。3.在推/拖飞机过程中，通讯不可用或中断而飞机必须停止滑动时，飞行机组应频繁打开或关闭着陆灯光，该信号
15、通知拖车司机立即停止推/拖飞机滑行。4.若进行发动机工作时，通讯联络失效，要关闭发动机。除冰通训程序的应急程序地面除防冰完成除/防冰程序后注意事项完成除/防冰程序后，机组应注意：1.由于除/防冰液可能污染停机坪或滑行道面而使摩擦力减小，转弯和刹车效应都会受到影响，所以要防止飞机打滑或侧偏，对于正常的操纵检查意外还需将减速板拉到升起位置再压下。地面除防冰 2.在起飞前5分钟之内必须要进行起飞前检查程序，以确保飞机关键表面无污染。A.起飞前检查应在防冰液保持时间内完成，以保证在保持时间内起飞；B.起飞前检查通常由飞行机组从驾驶舱开始（重点区域是风挡，雷达罩，必要时可以打开侧窗进行检查）；如果驾驶舱
16、检查不能确定有代表性的机体表面是否存在结冰现象，还需要到客舱观察机翼前缘、机翼、发动机是否有冰、雪、霜。（由于从内部仅能观察三分之一左右机翼表面、前缘，要检查全部机翼是不现实的。所以如果这些区域是干净的，应确信其他区域也是干净的。当机翼下表面由于燃油过冷及机身上有3MM含以下的霜也是可被接受的。）完成除/防冰程序后注意事项地面除防冰 3.若是起飞前检查表明飞机存在污染，或超出防冰液保持时间，需要进行再次除防冰时，必须先进行除冰处理然后在进行下一步的防冰处理，而不能进行一步除/防冰法。完成除/防冰程序后注意事项地面除防冰 4.防冰保持时间不是一个精确的数据，当天气恶劣（大风，喷漆尾流会导致防冰液
17、附着机体的量变少，高水分含量，飞机蒙皮温度低于外界大气温度）时会减少保持时间。相反当确切的天气报告和目视观察以不存在结冰条件并经过起飞前检查后，机长可以慎重地增加或忽略保持时间。一旦机长改变保持时间，必须通知ATC和地面人员。完成除/防冰程序后注意事项地面除防冰5.发动机起动后的防冰操作：A.当存在结冰条件或预计存在结冰条件情况，发动机起动后必须立即接通发动机防冰；B.如果地面滑行或停留时间较长，在存在结冰条件或预计存在结冰情况时，应按手册执行卸冰程序；C.起飞前遵守滑油的最低温度限制，并在飞机静止的状态下，加大发动机推力停留至少10秒，观察发动机运转和仪表指示正常方可起飞；D.当TAT高于1
18、0摄氏度时，不要使用发动机防冰。6.如果OAT为-15摄氏度或更低，应使用地面电源起动APU。完成除/防冰程序后注意事项寒冷天气运行道面效应空中积冰地面除冰燃油低温道面效应道面效应寒冷天气运行中，道面效应一直是航空公司最重视的问题之一。更好的理解影响飞机道面性能的各种因素，一方面，能有效的提高在不利条件下的安全水平；另一方面，通过性能的科学分析，减少商载损失，提高经济效益。在湿滑、不洁净的道面上，刹车性能会受到很大影响，同时加速性能和水平的方向控制也会受到影响。道面效应思考什么是污染跑道？道面效应分析当25%以上的跑道表面覆盖有积水、雪水、雪和冰的道面，我们称之为污染跑道。FCOM的特殊运行章
19、节，将污染道面进行了细分和定义，在此，我们就不赘述了。道面效应道面效应 当污染物的厚度、强度达到一定标准，我们才称之为污染道面。道面效应思考什么是摩擦系数？道面效应道面效应 摩擦系数MU或，是单位轮胎的垂直载荷下，最大可用的轮胎摩擦力。在机轮滚动中，通过刹车，使机轮与跑道接触的速度小于飞机运动速度，通过机轮与道面摩擦实现飞机减速。飞机速度与轮速之间的差异，我们定义为拖胎率。道面效应 从上表试验数据所知，纵轴为摩擦力，横轴为机轮不同的拖胎率，机轮刹车的摩擦力随轮子的刹停，先增大后减小，在拖胎率12%时达到最佳。道面效应 实际飞行中，出现需要急需减速的情况时，飞行员经常把刹车踩满，试图尽快减速，实
20、际效果并不理想。A330 飞机具有防滑系统，它通过比较主轮速和飞机基准速度（IR提供），提供最大的刹车效能。当轮速降到飞机基准速度的87%时，防滑系统指令放松刹车，保持最佳的拖胎率。当防滑工作时，飞行员工作负荷大大减小，更多的精力可以关注于水平方向控制。道面效应 试验数据还告诉我们，机轮刹车能力随速度赠加，不是恒定的，而是逐渐减小。在起飞中断和着陆滑跑中，迅速地选择地面扰流板、反推，可以在高速度时有力补偿机轮刹车的效能。（当然，扰流板升起后，同时增加了飞机的垂直载荷，帮助减速）。在湿滑冰雪道面上，由于机轮摩擦系数的进一步降低，扰流板和反推的作用就更明显。在污染跑道起飞、着陆性能计算中，需要考虑
21、反推就是这个原因。道面效应道面效应思考机场提供的同样摩擦系数，飞机的刹车效应是相同的吗？道面效应分析实际上，不同的测试装置之间、测试装置和实际飞机之间，对跑道性能的评估，也存在较大的差异。主要困难在于评估污染道面不能仅依据跑道表面滞动特性。因为损失的摩擦力还取决于跑道与胎面的相互作用，摩擦力的大小与垂直载荷、轮胎磨损、胎压、防滑系统效用都有关。测试车辆在很低的速度、很小的自重下取得的测试值，与飞机实际刹车效应存在较大误差。直到今天，科学界仍然没有解决这一问题。关于可靠和普遍适用的MU还在继续研究验证中。三道面效应思考方向控制三道面效应 转弯能力通过转弯力实现。当机轮可以自由滚动时，可以取得最大
22、转弯效用，而机轮刹死时，转弯力为零。然而，自由转动的机轮相当于没有刹车，也就是说，我们必须在转弯方向控制和刹车之间，取得一个最佳平衡。三道面效应 上图可见，当飞机取得最大刹车效能（12%拖胎率）时，同时已经失去了大部分的转弯效能。在干跑道上，由于在转弯和刹车上取得的分力有足够裕度，这个问题不显著。但在污染道面上，总的摩擦力显著减小，飞行员需要在刹车和方向控制上做出选择。三道面效应 转弯力还取决于机轮转角，即机轮滚动方向与机轮运动方向之间的夹角。当机轮转角增加时，转弯力先增大，后迅速减小。试验数据说明：最大转弯力干跑道时出现在机轮转角8度，湿滑道面在5度左右，而冰面降至约3度。反推对方向的控制也
23、有明显影响。当侧风中减速时，飞机向上风有一个偏转，反推的推力因而会产生一个将飞机向下风方向拉动的分力，同时由于反推扰动作用，方向舵的效应也不同程度受到影响。三道面效应 实际飞行中，出现反响控制问题时，我们应该怎么做呢？适当松刹车就会增加转弯力。随着飞机速度减小，同样的蹬舵量会产生不同的前轮偏转，因而慎重增加。反推减小，待恢复水平控制后再逐渐增加。寒冷天气运行道面效应空中积冰地面除冰燃油低温燃油低温 冷天气运行，在某些特殊航路上，必须考虑燃油低温。燃油低温 不同的燃油种类，具有不同的不同的闪点（flash point)、化点(end point)，凝结点（freezing point）当达到闪点
24、温度时，液态燃油的表面将形成的足够蒸汽，当遇到明火时会引起燃烧；当到达汽化点温度时，燃油完全气态化。同时，不同的油品，凝结点温度也存在差异。凝结点温度即，此温度后，燃油中会出现蜡状的沉淀。燃油在达到凝结点温度后的物理特性不同于水的马上固化，它会随着温度降低，蜡状的沉淀逐渐增多，在一个相当长的温度区间保持固液态混杂。燃油低温最低允许的燃油温度 2008年1月，一架英航波音777飞机由北京首都飞往伦敦希思罗，由于发动机燃油加温系统设计缺陷，随着大量水结晶凝结在发动机燃油入口处，飞机在五边1000英尺时彻底断油，双发熄火，坠毁在了跑道头附近。燃油低温 最低允许的燃油温度：飞机制造商所公布的，写在飞机
25、的操作手册中，它比飞机适用的环境包线更为严苛。从发动机工作的考虑，包括两个限制：燃油凝结点限制和燃油加热管理系统限制。当在燃油凝结点限制包线外运行时，燃油会产生蜡状沉淀，阻塞油路、油滤，造成发动机工作不稳定、功率不足、甚至熄火。使用的燃油不同，燃油凝结点限制的飞行包线也不相同。多数发动机装有燃滑油热交换式的燃油加温系统，由于发动机及油路系统的设计，可接受的燃油凝结点限制温度也有所差异。燃油加热管理系统限制反映了发动机加热燃油流，从而使得燃油中的水结晶不致于积聚，而阻塞燃油率的能力。当可用时，燃油加热管理系统限制是一个固定温度，而低于这个温度飞行是不允许的。燃油低温 最低燃油温度即是这两个温度中
26、最保守的值。事实上，最低燃油温度与燃油实际凝结点之间，还存在较大的裕度。但是，机组不应该有意在最低燃油温度以下飞行。在A330飞机内侧、中央、配平油箱和左外侧油箱装有燃油温度传感器，当油温降至相应值时，ECAM警告会出现：当内侧油箱低于-37摄氏度，外侧或配平油箱低于-40摄氏度时，提示机组采取相应的程序；当内侧油箱低于-42摄氏度，外侧或配平油箱低于-47摄氏度时，警告会再次出现。燃油低温 FCOM对我们机组的要求是内侧油箱温度低于-37 C 或外侧油箱或配平油箱温度低于-40 C 时，本信息出现。然而,在临界值:只有JET A燃油才要求机组采取动作，其他燃油类型都不要求机组采取动作。对于其
27、它所有燃油类型：如果温度到达-44 C(内侧油箱温度)或-47 C(外侧或配平油箱温度)，则此信息自动重现。无论哪种燃油类型，飞行机组可能都要考虑延迟应用程序的剩余部分，直到达到这些燃油类型规定的最低温度。增加飞行速度和下降飞行高度也可以一定程度增加燃油温度。燃油低温FCOM上的相关描述：正常运行中，燃油温度极少会下降到限制点。但长时间的巡航飞行会增加燃油温度下降到冰点的潜在可能。燃油温度会缓慢向TAT降低。燃油冷却率可预计为每小时3 C，在最极端的情况每小时最大为12 C。若燃油温度接近允许的最低温度，应考虑去获取较高的 TAT：l可考虑下降高度或改航到较暖的气团中。在对流层以下，每下降4 000 ft，TAT增加7 C。在严重的情况下，可能需要下降到 25 000 ft。l增加马赫数也会增加 TAT。每增加M 0.01马赫，TAT增加大约 0.7 C。当然，偏离最佳飞行高度和巡航速度，也要考虑增加的燃油消耗。谢谢大家
