在特定的氣候條件下,高空飛行的飛機(jī)迎風(fēng)表面通常會(huì)伴隨三種不同形式的結(jié)冰現(xiàn)象,即“水滴積冰”,“干結(jié)冰”和“升華結(jié)冰”。冰在飛機(jī)表面持續(xù)積累,最終因厚度和質(zhì)量不斷增大,以至于冰以較高的速度向外甩出,飛出的冰塊可能導(dǎo)致飛機(jī)本身或設(shè)備的損壞。
據(jù)資料統(tǒng)計(jì),1990年至2000年全球民航飛機(jī)因天氣原因造成的飛行事故共有3230起,其中與飛機(jī)積冰有關(guān)的有388起,在這388飛行事故中 ,飛機(jī)在飛行中因結(jié)構(gòu)積冰占40% (153起),地面積冰占8% (32起),其他積冰方式占52% (203起)。
螺旋槳槳葉,飛機(jī)機(jī)翼前緣,以及所有迎風(fēng)面部件,都是飛機(jī)防除冰要解決的重要部位。截止今日,飛機(jī)在空中飛行中遇到結(jié)冰仍然是現(xiàn)代航空的主要威脅,也是事故的主要原因之一。冰保護(hù)系統(tǒng)必須定位在空氣動(dòng)力學(xué)敏感區(qū)域,在那里氣流的小影響會(huì)對(duì)整體飛機(jī)的效率和性能產(chǎn)生重大的負(fù)面影響。在一定的結(jié)冰條件下,冰會(huì)在飛機(jī)風(fēng)擋、螺旋槳、直升機(jī)旋翼、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道前緣及進(jìn)氣部件,螺旋槳、機(jī)瑟、尾翼等表面迅速堆積,破壞平滑的氣流,增加阻力,降低升力。
為防止飛機(jī)受積冰的影響,通常會(huì)選擇在飛機(jī)(如上述區(qū)域)進(jìn)行主動(dòng)防冰系統(tǒng),所有這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的都是為了防止或清除前緣表面的積冰,并給飛行員留出離開結(jié)冰環(huán)境的時(shí)間,目前氣動(dòng)除冰仍然作為通用航空、公務(wù)機(jī)和商用渦輪螺旋槳飛機(jī)最常用的除冰方案。
目前即使在具有主動(dòng)除冰系統(tǒng)(例如電熱除冰系統(tǒng)),也會(huì)有一些冰在表面上無法及時(shí)去除,經(jīng)過國外30多年的研究,大連義邦Villinger研發(fā)了一種適用于航空前緣、螺旋槳及其他部件,除冰的超薄柔性加熱層系統(tǒng),適用于各種表面的電加熱的半導(dǎo)體涂料 (<0.2mm thickness, <150g/m2),當(dāng)施加電壓時(shí),加熱層提供了一個(gè)均勻的、全面的熱量積聚,并發(fā)出紅外熱輻射,與零件的3D形狀精確地匹配,只增加0.2 mm的厚度,反復(fù)破損之后還可以繼續(xù)工作。只要接觸線保持完好的狀態(tài),即使柔性加熱層被損壞出現(xiàn)多個(gè)孔洞,加熱層依然可以正常工作。
飛機(jī)結(jié)冰,地面和高空都存在影響氣動(dòng),飛行性能下降和安全隱患等諸多問題,目前處理飛機(jī)表面結(jié)冰較為常用的還有“滲透機(jī)翼”液體除冰和“氣體罩”系統(tǒng),但這兩種方法都存在一定的缺點(diǎn),目前德國“艾莎”航空已于Villinger合作,利用半導(dǎo)體柔性加熱層技術(shù)用于機(jī)艙地板內(nèi)飾,也在新能源電池保溫領(lǐng)域有所應(yīng)用,避免局部熱點(diǎn)以及由于熱效應(yīng)可能造成的結(jié)構(gòu)面或碳纖維層損壞等。
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