飛機結冰對飛行安全的影響

2月11日，一架載有71人的俄羅斯安-148客機在莫斯科多莫傑多沃機場起飛後不久墜毀。據相關方面稱，此次空難的原因極有可能是由於飛機空速管結冰致使飛行員無法獲悉準確航速資訊，從而引發一連串錯誤操作，最終導致飛機失速墜毀。

空速管也叫皮託管、總壓管，主要作用是通過感受空氣壓力來反映飛機速度，屬於大氣數據系統傳感器。空速管本身具有加溫功能，使其能在結冰天氣條件下正常使用。然而，這架安-148客機由於空速管加溫功能不正常，使得空速管在結冰天氣條件下結冰，從而造成了不可挽回的後果。類似的悲劇此前已有發生，如2009年法航447班機也是由於空速管結冰而導致飛機失速，最終墜毀，機上228人全部遇難。

除空速管外，飛機其他部位結冰而導致的事故也比比皆是：

1989年，安大略航空的福克28，起飛前在暴風雪中等待35分鐘，未除冰，機翼結冰導致起飛失敗墜毀，全機24人死亡45人受傷。

1990年，瑞安航空DC-9，暴風雪中等待35分鐘，未除冰,起飛失敗墜毀。

1993年，馬其頓航空福克100，起飛後失事，調查發現起飛前未除冰造成。

2004年11月21日，由包頭飛往上海的東航MU5210班機起飛後不久就發生墜落，機上6名機組人員、47名乘客和2名地面人員不幸遇難。

後事故調查證明飛機在包頭機場過夜時存在結霜的氣象條件，飛機起飛前沒進行除霜冰。

2009年2月12日，美國一架機型為龐巴迪DASH8的客機，因機翼和舷窗積冰，機組處置不當，導致墜毀。

2012年4月2日，俄羅斯一架ATR飛機從秋明市起飛飛往蘇爾古特，途中墜毀。空難造成31人遇難，事故原因與未對飛機進行除冰有關。俄羅斯UTAir公司在“秋明空難”後，按照俄羅斯聯邦運輸監督局命令重新修訂了除冰程式。

根據FAA飛行安全部統計，1990～1999年期間由於天氣原因引起的事故共3230起，其中結冰引起的事故達到388起（佔12%）。

2003～2008年之間，有380起與結冰有關的事故報告。因此，飛機結冰被航空界認定為影響飛行的6大天氣因素之一。

造成飛機結冰的因素很多，大氣溫度、雲層範圍、水滴直徑、液態水含量等，飛機的外形、飛行姿態、飛行速度、飛行高度等都與之有關。一般來講，飛機結冰主要出現在冬季，飛行高度在海拔3000米左右的結冰概率最大。結冰飛機以飛行速度較慢的運輸機居多。具體來講，在大氣中經常存在著零度以下仍未凍結的過冷水滴，它是雲層中水滴存在的一種特殊情況，這種過冷水滴多出現在0到-20℃的雲層和降水中。一旦過冷水滴碰到機體，就會立刻在機體上結冰，嚴重影響飛行安全。積冰的類型主要有冰（明冰、毛冰、混合冰）、霜冰等。

在飛行中，機體容易結冰的位置主要在機體的迎風部位，除上述事故中提到的空速管外，還有機翼前緣、尾翼前緣、風擋、發動機進氣道前緣、槳葉、天線等。飛機結冰的危害是顯而易見的。比如，風擋結冰會影響到駕駛員視野；飛機的溫度、壓力傳感器（空速管）結冰導致儀表指示失真，可能導致安全事故。

機翼、尾翼、發動機進氣道前緣等迎風面結冰，會改變氣動特性，增加重量，導致飛行性能、操穩特性惡化（升力減小、阻力增大、力矩特性改變），威脅飛機安全。經試驗表明：在未設有防冰措施保護的機翼表面上結冰可導致機翼阻力增大40%，同時升力減少30%，螺旋槳的結冰則會導致其效率減少19%。而發動機進氣道前緣結冰，則使得進氣道流場發生改變，引起發動機的喘振，也會使進入發動機的氣流減少，降低發動機的推力；冰層脫落會對壓氣機葉片造成機械損傷，甚至導致整台發動機的破壞進而導致停車事故等。

由於危害巨大，2013年11月23日，波音公司發布運行安全通告，通知航空公司避免飛機在可能含有冰晶的雷雨層50海裡以內長時間飛行。原因是飛機存在發動機結冰的風險，應防患於未然。其實，為有效對付結冰這一飛機安全“殺手”，飛機設計師們在設計研發階段就開展了很多工作，包括結冰部位及嚴重冰型研究、冰型對氣動力、飛行特性的影響研究，在此基礎上確定影響飛行安全的結冰部位並提出防護要求，設定必要的防除冰系統。一般來說，對易於結冰的運輸類飛機，防除冰系統是必不可少的。

運輸類飛機設定有防除冰系統，一般包括：結冰探測系統、機翼防冰系統、尾翼除冰系統、發動機進氣道防冰系統和風擋加溫/除雨系統等。所謂防冰系統，即不允許在飛機有些部位上產生結冰的系統；除冰系統，即該系統允許在飛機某些部位結少量的冰，然後周期性地把冰除去。防冰系統通常有以下幾種形式：熱空氣防冰、電熱防冰、液體防冰等。這幾種防冰方式已被適航接受；除冰系統通常有以下幾種形式：氣囊除冰、氣動脈衝除冰、電熱除冰、電動機械式除冰、電脈衝除冰、渦流除冰、電動除冰、形狀記憶合金除冰等。其中氣囊除冰與電磁機械式除冰已被適航接受。

2000年以後，國內運輸類飛機發展迅速，對飛機防除冰關鍵性基礎研究提出了迫切的需求，國內防除冰研究開始快速發展。航空工業第一飛機設計研究院針對運輸類飛機專門設定了研究防除冰系統的專業團隊，並通過ARJ21、運20、MA700飛機的研製建立了完整的設計團隊和理論體系。

目前，航空工業一飛院在飛機結冰機理研究、防除冰理論計算研究、防除冰設計技術與試驗研究等方面取得了重要突破，形成一系列成果，部分研究成果達到世界先進水準。建立了防除冰系統優化設計方法，積累了熱氣防冰系統、電熱除冰系統、氣囊除冰系統的設計經驗，突破了防除冰系統嚴酷點確定、防護區域確定、防冰腔設計與優化、防除冰試驗設計等關鍵技術，具有了防除冰系統的快速設計、試驗設計和適航取證能力，進一步提高了我國在防除冰設計領域的技術能力，成果可以廣泛用於運輸機、支線飛機、直升機、無人機和預警機防除冰系統的設計、試驗和適航取證，還可以對現役飛機防除冰系統的改進提供技術支持。