1、 上海民航职业技术学院 毕业论文 B737 飞机防冰系统的研究 专 业： 飞机结构维修 班 级 ： 学 号： 姓 名： 完成日期： 指导教师 : 上海民航职业技术学院毕业设计（论文） 摘要 目前，随着全球经济的发展，航空业也在迅猛的发展，随着人流量的流动，飞行器 的安全问题一直是最让人们关注的问题。 B737 飞机防冰系统的研究 ,研究了飞机积冰对飞机的影响，各飞行阶段结冰对飞行的危害以及 B737 飞机的防冰除冰方法。论文首先简单阐述了飞机各部位积冰对飞机的危害 。 其次详细阐述了当代飞机的防冰除冰方法，包括防冰除冰的行为描述及原理。再对震荡式结冰探测器、压差式结冰探测器、 B737 窗户加
2、热控制组件等进行分析，最后对 B737 驾驶舱针对防冰排雨案列进行初步分析 。 关键词 ： 飞机积冰，飞机除冰，防冰， 结冰探测机， 窗户加热控制组件 上海民航职业技术学院毕业设计（论文） II ABSTRACT Now, with the global economy, also the rapid development of the aviation industry, along with the flow of human traffic, aircraft safety issue has been the concern of most people. B737 aircraft
3、s ice protection system studies the influence of ice on a plane. Firstly, this paper briefly expounds the problem of icing in aircrafts different parts. At the same time, possible reasons and the results are provided. Then oscillatory ice detectors, respectively, pressure-ice detectors, B737 windows
4、, heating control components were analyzed, the last ice floe on the B737 cockpit rain for the case against a preliminary analysis of the column. Key Words: Aircraft icing； Aircraft Deicing； anti-icy； ice detectors； windows, heating control components 上海民航职业技术学院毕业设计（论文） 目录 第 1 章 绪论 . 1 第 2 章 飞机积冰对飞机
5、的影响 . 3 2.1 积冰对飞机安全的影响 . 3 2.1.1 机翼结冰 . 3 2.1.2 尾翼结冰 . 3 2.1.3 螺旋桨结冰 . 4 2.1.4 管道结冰 . 4 第 3 章飞机防冰与除冰技术 . 6 3.1 蒸发防冰与流湿防冰技术 . 6 3.2 气热防冰技术 . 7 3.3 电热防冰技术 . 7 3.4 化学溶液防冰技术 . 8 3.5 电液体防冰技术 . 9 3.6 气动带除冰技术 . 9 3.7 电脉冲除冰技术 . 10 3.8 除冰时常采用的两种方案 . 10 第 4 章 B737 飞机的防冰系统 . 11 4.1 窗户加热控制组件 . 11 4.2 结冰信号装置 . 1
6、3 第 5 章 结论与展望 . 15 参考文献 . 16 致谢 . 17 上海民航职业技术学院毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪论 民用航空是航空业和交通运输业中的一个独立、充满活力的部门。自从 1903年，莱特兄弟发明了飞机之后起，航空业迅速发展壮大，取得了举世瞩目的巨大的成就，同时 ，航空业的安全渐渐成了人们关注的首要问题，也正因为此，从航空器初期开始，航空业人士就一直特别关注 飞机防冰 这问题，对可能产生并即将产生的危害抑制在萌芽里，采取一系列的管理规范和技术措施，大大降低了航空事件发生的频率和严重程度 。 1 据统计大约有 9%的飞行事故是由结冰造成的。飞机在结冰情况下飞行，飞行品质
7、及飞行性能将受到很大影响。结冰不仅会增加飞机重量，降低螺旋桨效率，进而导致飞机可用推力减小，而且还干扰气流，造成阻力增大，升力减小。机翼、尾翼及操纵面上的结冰会破坏翼型上的气流，导致失速速度增大，从而引起飞行事故 。 高空飞行飞机的迎风表面通常会伴随三种不同形式的结冰现象，即“水滴积冰” , “干结冰”和“升华结冰”。在大气对流层下半部的云雾中，常常存在大量温度低于冰点而仍未冻结的液态水滴即“过冷水滴”。“水滴积冰”指的是飞机部件表面的平衡温度低于冰点，过冷水滴撞击并积聚冻结于部件前缘表面而发生的积冰现象。水滴积冰严重时常常会飞机的气动外形、危害飞机的飞行安全，因此，是飞机防冰与除冰技术的主要
8、研究对象。“干结冰”指的是飞机在含有大量冰晶或有雨夹雪的云中飞行时因气动力加热或飞机防冰设备工作等原因使部件迎风表面温度 高于冰点，冰晶沉积融化、然后再冻结成冰的现象。飞机干结冰现象很少遇到，一般无危险，但发动机进气道拐弯处和进气部件表面发生的干结冰现象，积聚的冰晶进人发动机后，会损坏压气机叶片或使发动机熄火，具有一定的危害性。“升华结冰”指的是飞机由冷区飞入暖区，机体表面温度低于周围气温达到结霜温度时空气中水汽在飞机表面凝华成冰的现象。升华结冰只要飞机表面温度与周围气温平衡时，冰层便能很快地被融化消失，故不存在危险。因此，“水滴积冰”成为本文讨论的主要内容。 影响水滴积冰的形成及其严重程度的
9、因素很多，包括气象条件、飞机部 件外形及飞行状态等诸多因素。一般来说，在液态水含量较大的过冷云中飞行时，容易发生积冰；大气温度约为 0 -15 时，发生积冰的概率最大；水滴直径大于 20 微米时，积冰会威胁飞行安全；飞行速度越大，由干过冷水滴撞击数增加使积冰量加大；但飞行速度超过冰极限飞行速度时，又会因气动力加热使部件表面不再发生积冰。 上海民航职业技术学院毕业设计（论文） 2 图 1.1 NPRM 中对积冰条件下飞行性能的要求 飞机表面积冰的形状则主要取决于云层中的水滴直径、大气温度及飞行速度。高速飞行，飞经单位体积内过冷水滴多而大、过冷却程度 较小的云中时，易形成如图 l.2(a)所示的“
10、双角状冰”。“双角状冰”通常透明坚硬，增长很快，冻结牢固，不易破除，对飞机气动性能影响很大，对飞行安全具有严重的危害性。低速飞行，飞经单位体积内过冷水滴少而小、过冷却程度较大的云中时，飞机表面的积冰形状通常呈现粒状或多孔的白色不透明冰层，称作“矛状冰”（图1.2( c ) ）。该冰结构较“双角状冰”为松飞机振动和颠簸时易脱落，对飞机气动性能和飞行安全影响较小。介于两者之间的，多形成所谓的“中间冰”（图1.2 ( b ) ) ，其危害程度和增长速度介于“双角状冰” 和“矛状冰”之间。 图 1.2 为飞机表面结冰形状图 上海民航职业技术学院毕业设计（论文） 3 第 2 章 飞机积冰对飞机的影响 2
11、.1 积冰对飞机安全的影响 当飞机出现积冰时对飞行会有什么影响，这是应该考虑到的很重要的问题。总的来说，当飞机空气动力表面出现积冰时，对空气动力的影响是很大的。风洞试验表明，当机翼前缘有半英寸厚的积冰时，会减少 50%的升力和增加 60%的阻力。 积冰的速度是非常快的，有时在严重积冰的情况下， 5 分钟内的积冰厚度可达 2 3 英寸。最严重的积冰情况一般发生在云外飞行时、在结冰温度下遇到降雨的 时候。 2.1.1机翼结冰 飞 机外部结冰， 特别是机翼表面结冰严重影响飞行安全。即使冰或雪或霜造成轻微污染也能损害翼面，相当于中粒砂纸的冰粗糙度可导致操纵品质降低到危险程度和失速范围。根据风洞试验数据
12、，直径 12 毫米、食盐大小的细小霜粒或冰粒，按每平方厘米一个的密度稀疏分布在机翼上表面，造成机翼上表面粗糙，会使最大升力系数在地面效应和自由空气两种条件下分别损失 22%和 33%。其造成的升力损失之大，足以使具有高性能的超临界翼型机翼的飞机无法起飞。 波音公司的试验表明，砂纸般粗糙度的机翼表面使板条机翼的最大升力降低32%，而且在振杆器发出失速报警前失速。 平直机翼螺旋桨飞机和有前缘增升装置的后掠翼喷气机都受薄冰的不利影响。试验表明，翼面升力对翼弦最初 20%的平滑绕流很敏感，哪怕很薄的一层冰也会妨害附面层，造成阻力增加并导致早期气流分离。 2.1.2尾翼结冰 当尾翼前缘出现积冰时，有可能
13、导致尾翼失速。积冰引起的尾翼失速一般发生在五边进近阶段，这是因为五边进近时襟翼全部伸出，作用在平尾上的气动力载荷达到最大。由于前缘积冰对气流的干扰引起平尾失速，平尾上负升力突然消失，机头急剧下俯。 从这种失速中改出的操作程序与机翼失速的情况不同，机翼失速时是应用全动力和向前推杆 的方法来改出，但在只是尾翼失速而机翼不失速的情况下用这种上海民航职业技术学院毕业设计（论文） 4 方法则会带来问题。从尾翼失速中改出的正确方法是将动力减小到慢车状态，同时向后拉杆。 1989 年联合捷运公司的一架喷气流飞机在华盛顿的帕斯科发生的撞地事故是尾翼失速的一个例子。事故发生时的飞行情况是飞机在夜间进行 ILS
14、进近，云底高度是离地 1000 英尺，低于目视飞行条件，飞机表面温度是 32F，露点温度是 30F。 NTSB 的调查报告认为，在下降过程中，飞机在积冰条件下飞行了 9.5 分钟。进近是不稳定的，导致五边进近时速度大于正常空速，最后导致撞地， 2 名飞行员和 4 名乘客死亡。 NTSB 说，水平安定面的失速和失去控制是这次事故的可能原因；由于积冰造成飞机性能下降被认为是一个影响因素。 无论什么时候，当发现飞机有积冰时要注意着陆时的襟翼情况，特别是在预计到平尾有积冰时，更应该特别注意着陆襟翼问题。 2.1.3 螺旋桨结冰 除了机翼和尾翼积冰外，积冰还可能出现在螺旋桨上。螺旋桨积冰会减小动力和降低
15、空速，同时增加燃油消耗。螺旋桨积冰还会破坏螺旋桨平衡。造成严重的振动。 2.1.4 管道结冰 管道积冰的部位包括空速管、喷气飞机的 N1 压力传感器、雷达天线和燃油系统通气管，管道积 冰会给飞行带来其他问题。 （ 1）空速管积冰空速管积冰是个很严重的问题。有的飞行员对此不太注意。仪表中最重要的是空速指示，它的读数是根据空气的动压和静压给出的。当空速管因积冰受堵，该仪表将变成一个 “ 高度计 ” ，如空速增加，高度指示会随之增加，这就会给飞行员以错误的指示。 1974 年在美国纽约 Thiels 附近发生的波音 727 坠毁事故就与空速管积冰有关。飞机在爬升时遇到积冰条件，机组没有打开空速管除冰
16、设备，得到了错误的仪表读数。当飞机爬升到 22000 英尺时出现失速，最后落地坠毁。 （ 2） N1 压力传感器积冰 N1 压力传 感器积冰会造成传感器堵塞，引起错误的大功率指示，导致机组在起飞时使用比实际需要小的推力。 1982 年在华盛顿国家机场，一架波音 737 因 N1 压力传感器堵塞及没有使用空速管除冰设备，导致机组用过小的推力起飞，最后飞机掉到了 Potomac 河里。 （ 3）天线积冰可能引起天线折断，严重干扰雷达通信。 上海民航职业技术学院毕业设计（论文） 5 （ 4）燃油系统通气管堵塞，会影响燃油的流动，导致发动机功率的下降。2 上海民航职业技术学院毕业设计（论文） 6 第
17、3 章 飞机防冰与除冰技术 为了防止飞机某些部位结冰，或结冰时能间断地除去冰层保证飞机积冰时安全飞行，人们常常要采取适当的防冰 与除冰技术。常见的需要采取防冰与除冰技术的飞机部位主要有风挡、空速管、螺旋桨、直升机旋翼，机瑟、尾冀、发动机进气道前缘及进气部件。飞机防冰与除冰技术按工作方式可分为机械除冰技术、液体防冰技术和热力防冰技术等如图 3.1 飞机防冰、除冰技术所示。其中，机械除冰技术又可分为气动带除冰和电脉冲除冰技术；热力防冰技术分别按热源和加热方式又分别分为电热防冰、气热防冰技术，以及连续防冰和间断除冰技术。 图 3.1 飞机防冰、除冰技术 采取何种具体的防冰、除冰技术种类，取决于机种、
18、动力装里、电源功率、待保护表面大小以及防冰重 要程度等因素。一般来说对于待保护表面积较大、防冰要求较高的机翼、发动机进气道前缘等部件常采用气热防冰技术；对待保护表面积较小、防冰要求较低的尾翼、螺旋桨等部件，可采用电热周期除冰技术；对不允许结冰而且耗电功率不大的风挡、空速管等部件，则多采用电热防冰技术。下面我将对图 2-1 中的各种防冰、除冰技术进行一一阐述。 3.1 蒸发防冰与流湿防冰技术 蒸发防冰技术又称“干防冰”技术，是气热防冰技术方式的一种。它是指飞机在云层 中飞行时，气热防冰系统对部件防冰表面连续加热，将飞机表面收集的水份全部蒸发的防护技术。这种技术需热量大，一般用在不允许防冰表面后部形成冰瘤的部件，如悬挂（或后机身两侧吊挂）发动机的机具群根前缘表面。流湿防冰技术又称“湿防冰”技术。它是指飞机在云层中飞行时，热力防冰系统对部件防冰表面连续加热不能将飞机表面所收集的水量全部蒸发的防护技术。该技术
