航空器除冰综述--翻译.doc

对美国联邦航空管理局关于航空结冰的航空安全研究的纵览摘要：本文介绍了FAA近来在航空安全领域中的航空结冰方面的研究成果。包括研究的初衷和目的，探讨了影响研究方向和范围的一些历史事件，展示了为了确保有限的研究资源集中在当前迫切需要解决的安全问题上FAA所使用的管理流程，阐述了对于飞机起飞前和飞机飞行中结冰的除冰方面的研究成果，展示了FAA最近在除冰研究方面的亮点。在本次研究中体现出的一个基本问题是：这样的研究需要国家和国际间的合作。关于航空结冰的航空安全研究非常复杂，需要具有多个科学领域的广泛知识和工程素养。完成研究所需的资源、资金、人力、基础设施都远超出个人研究组织或国家科研机构所能承受的能力，因此要想完成这样的研究需要国家和国际间的通力合作。介绍FAA在很多领域做了研究。FAA的研究目标是致力于一个安全、有效率的全球航空系统。FAA的航空安全研究没有涉及到推进基础航空动力学科方面（除非该学科与FAA在航空安全领域有共同的目标）。FAA的研究遵守FAA的战略目标、FAA的共同使命：航空安全领域的已知威胁以及FAA感兴趣的领域内的新技术的引进和应用。FAA感兴趣的航空安全研究包括：监督国家领空、火灾研究和安全、推进和燃油系统、先进材料和结构安全、飞机老化、人为因素、航空安全危险分析、航空天气、航空机、基本飞行和垂直飞行、航空大气威胁。以下阐述了FAA的飞行安全和航空大气威胁方面的研究，特别是飞机飞行中结冰和在冰雹或有雾气的天气飞机起飞前的除冰。 这次的FAA的飞行安全研究是由两个组织合作完成的。它们是：AVS和ATO-P。AVS的主要职责是航空安全，基于此AVS的主要职能如下：航天制药、事件调查、航空取证、飞行标准服务、标准制定、监督国家领空。因此，AVS资助的航空研究主要集中于以下：飞行员医疗标准、事件调查、飞机制造和维护、飞机操作、航空电子设备、遵守航空许可和操作规则要求、支持需要制定标准的研究。 AVS资助的研究允许它采取一些规定性的措施，评估许可信息的提交，调查未完成的适航问题，验证为遵守FAA要求而采取的一些方法和工具。虽然许多AVS资助的研究都需要ATO-P的批准来完成，AVS认为对于一些关键技术领域FAA必须通过维持内部基础设施和专门技术来确立研究主导地位。这些关键研究领域包括：防撞性能、火控系统、机舱安全、机构完整性、燃油、毒物学、人为因素。FAA支持内部造型和模拟，比如飞行模拟和操作评估程序。FAA的研究还涉及：材料特性的长期支持、工艺过程和质量控制、维护和检查流程、软件许可、许可设计蒙皮定义、天气、飞行路况、操作环境。ATO-P研究和发展部位于新西兰州亚特兰大城的FAA的William J Hughes技术中心，CAMI位于Oklahoma州的Oklahoma市。研究组织对于AVS资助的研究提供特别的技术支持，保证这些研究成果能及时的传递流通。 FAA的研究规划是由ATO-P来制定的。ATO-P负责提供其他FAA组织的研究和技术支持。因此，研究的具体方法是由ATO-P负责提出的。航空机和航空安全研究的资助是由AVS来确定的。 FAA的航空安全研究也会受到其他一些因素的影响。通过政府执行部门对FAA的监管和美国国会的年度财政预算流程，国会可以重新审核或重定向FAA的研究项目。此外，国会也可以通过对年度财政预算的控制权来制定对于某个研究项目的制定拨款。FAA的JRC部门负责管理FAA的任务需求、投资和需求。为了获得来自工业、学术界以及其他一些政府机构的公正独立的审核意见，FAA的众多研究项目是由REDAC下属的各分会来审核的，这些分会包括：SAS、SHF和其它负责交通服务、机场技术、飞行安全、环境和能源的分会。这些REDAC的分会将就FAA计划的研究项目的适当性和潜在价值给出自己的意见并据此给出自己的更改研究方向的意见。由NTSB和其他国家事件调查组织提交的飞行安全建议（ASR）也会影响到FAA的研究。国家飞行安全小组，比如CAST、GASS、由FAA管理人公布的安全计划也会影响FAA的飞行研究。研究一旦形成就会被送到OST和OMB办公室提交审核。 其它的一些FAA研究项目来自于MOU和联合研究。这一类型的研究项目对于FAA来说越来越重要，特别是对那些研究经费超出FAA独立支持能力的项目。当寻求到共同的研究目标时，联合研究的方式可以平衡FAA和其它研究机构的研究资源。 由FAA、JAA、TCCA一起完成的联合研究项目就是民用航空机构联合研究的一个例子；AIRA是另一个国际联合的例子，旨在附近国际间飞机除冰的研究。由于欧洲正在重建从JAA到EASA的航空安全职责，他们的民用航空机构间的联合研究停滞了。虽然FAA并没有参与AIRA的建立，但它参与了由AIRA赞助主导的关于气候传感器的联合研究项目。 第二部分FAA航空安全研究的规划与研究经费管理 AVS的研究计划、优先级、预算分配过程需要遵守联邦政府提前两年的惯例。首先，由工作组织确认研究需求，TCRG确认研究需求和它们在工作中的优先级。比如，TCRG是由来自AVS的四个董事会派出的代表组成，每年TCRG确定研究需求和它们在工作中的优先级并审核研究经费需求。RCRG的成员作为审查的主力，督察AVS资助的研究项目并阶段性的审核正在进行的研究以确保研究方向没有偏离轨道。一些突然出现的亟待解决的研究需求的审核也是由他们完成的。 来自OPI的研究项目管理员继续加强来自TCRG的研究建议，并形成一份研究项目描述（RPD）。然后，OPI的代表将这份研究项目描述（RPD）提交给REDMT，REDMT收到提交后将使用预定的排列方法给这些研究需求排序并把这些需求分发给不同的AVS部门。AVS各部门按由REDMT决定的优先级审核研究需求来确认各研究项目的关键性。 AVS的PPT团队根据AVS各部门提交的审核意见加强并修改这些研究需求，然后将它们提交给AVS-1.总共有6个PPT团队分管不同的研究领域，PPT团队成员是由来自AVS和ATO-P的高级安全研究员组成的。AVS-1审核通过后会提交给FAA的研究部门审核，FAA审核通过后就会提交给OST，OMB和国会等待最终审核和拨款。第三部分FAA大气结冰研究纵览FAA的大气结冰研究可以分为以下几部分：飞行中结冰、结冰侦测、诊断、结冰预测、预报意结冰天气、在起飞前除冰防冰中的问题。飞行中结冰的研究涉及到飞行取证的问题（CFR中有规定）。航空天气研究包括：研制可用于探测结冰状况的传感器、研究分析传感器数据的方法、向社区宣传研究成果。FAA科研中心的飞机结冰研究项目组负责飞行中结冰研究的其它方面，在文后会有提到。飞机起飞前的除冰和防冰属于飞机操作问题，在14CRF中有相关的要求。对于在大气结冰状况下的机场操作方面的研究也是有需求的，不过本文并没有涉及这方面的研究。A 飞行中结冰的研究 自1997年，FAA的飞行中结冰的研究就开始着重于在SLD结冰状况下的飞行和气动除冰的实现与有效性的调查，发生于1994年10月31日印第安纳州的航空飞行事故引发了对SLD结冰状况下的飞行的研究。在SLD结冰状况下当飞机下降时需要收回副翼时会导致飞机失去控制。对于气动除冰的实现和有效性方面的研究是由发生于1997年1月9日密歇根州的航空飞行事故引发的。印第安纳州的航空飞行事故发生后，FAA发起资助了1996年5月的关于飞行中结冰的国际会议。在会议中航空业和其它民用航空机构就FAA应如何改进飞行中结冰特别是SLD状况下的结冰时的安全操作问题提出了大量的合理化建议。密歇根州的航空飞行事故后，FAA又在1999年华盛顿召开了一次类似的飞行中操作安全的会议。 在对印第安纳州、密歇根州和由其它飞行中结冰导致的飞行事故调查后，NTSB发布了航空安全建议（ASR），特别针对FAA的航空结冰相关的研究给出了建议。建议中与航空结冰有关的有： A-96-054：根据最近关于航空结冰的研究和飞机设计与使用方面的最新发展修正CFR的14条款中的结冰标准。如有需要，在附录C中添加冻雨、雨夹雪等天气状况。 A-96-69：引导资助关于机载结冰侦测与预防系统的研究，该系统将实现当飞机遭遇冻雨等天气状况时警告机组人员的功能。 A-98-091：要求涡轮螺旋桨飞机的生产厂家在他们的手册和培训教材中添加有关飞行结冰的信息，强调飞机在遇到结冰天气状况时应尽快打开机翼前缘的除冰装置。 A-98-092：联合国家航空局、空间管理局和其它相关的飞行管理组织，加强对飞行中实际结冰积聚的研究。研究应包括：结冰积聚残留、在未受保护的表面上的结冰积聚、结冰积聚的影响等。研究中的相关成果应及时合并进适航要求和飞行员培训项目中去。 在审核了来自1996年关于飞行中结冰的国际会议的建议后，FAA发布了1997 Inflight Aircraft Icing Plan，该计划展示了FAA为改善飞行中结冰状况下的飞行安全问题将要做出的努力，包括：规则的制定、飞行结冰方面的研究。计划中的飞行结冰方面的研究也包含恶劣1996年NTSB的航空安全建议。FAA的计划中与航空结冰研究相关的任务有： 任务2：加强机组人员和调度员对结冰天气相关信息的了解。 A FAA会继续资助结冰预测方面的研究，来改善提供给天气预报员的数据质量，从而提高他们预测飞行中结冰状况的能力。 B FAA会继续支持在航空结冰侦测和诊断中传感器技术的使用，同时也会考虑支持在该方面的新型传感器技术的发展 任务3：通过与他人合作，加速能够远程获取结冰状况的机载技术的发展。 任务5：给ARAC分派一个短期任务，要求他们创建一个规程，规程内容包括：要求安装结冰探测器、空气动力性能监视器、一个在当机翼关键工作面出现结冰积聚时能及时警告机组人员的预警装置。给ARAC分派一个长期任务，要求他们继续发展取证标准和建议性材料。 任务9：当条件允许时，FAA，协同世界上其它的适航机构，将会对全球大气结冰状况认证封皮重新定义。 任务11：研究用于确定飞机上结冰形状的模拟算法。 A 验证需求：组建一个工作小组来验证除冰设备、点冲击、冰积聚代码集的需求。验证需求会被用于取证。工作小组最终会给出结冰模拟设备的验证标准。这样的工作需要研究组织和规则制定组织的通力合作。形成的材料经FAA评估后作为指导材料。 B 验证数据：FAA应当支持致力于结冰积聚数据和空气动力学影响方面的研究，这样的研究可以用来对结冰积聚代码集的验证和因结冰导致的空气动力学性能下降的分析，还可以用来评估冰块外形特性导致的飞机关键性能下降问题。 C 模拟改善：FAA将支持结冰模拟算法研究方面的最新进展。FAA将引导研究组织着重加强理解结冰积聚的物理过程方面。 任务12C：FAA会继续支持在结冰积聚对翼型性能和飞机稳定性的影响方面的研究，这将会鼓励其它政府、学术、私人和国际机构进行这方面的研究。FAA应引导所有的研究联合互助以达成最大效应。FAA支持的与本任务有关的研究项目有： 任务13：给出空中SLD的特征、评估大气飞行环境的混合天气状态。 A FAA会使SLD滴大小在参与的各研究组织之间循环流通，从而评估不同的滴大小处理方法。 B FAA会收集、加强、分析有能力获取的SLD数据。FAA会建议个体的民用航空机构资助对于他们本国内天气存档数据的分析的研究，来提供他们本地出现冻雨几率方面的统计信息。 C FAA会引导进行一场研究，以确定混合状况天气给航空安全带来的确定危险系数。 D 子任务，故意留空 E FAA会支持对空中冻雨和地面冻雨形成机制的基础研究 F FAA会招揽专业人士为进行SLD和混合状态结冰方面研究的研究人员提供相关指导。 G FAA支持NASA和AES的隧道测试。 H 出于操作、模拟和取证的目的，FAA支持对SLD特征的进一步研究。这项研究包括收集那些空中SLD数据尚未被采集的地区的SLD数据。该项目计划用于为验证预测算法、培训、指导材料、SLD特征化、SLD模拟等提供相关信息。FAA会要求国际组织（AES，NRC，TC等）继续他们对于类似研究的支持。 I 一个工作小组将就FAA是否应征求操作型飞机的合作来进行结冰和冻雨方面的深入研究做出可行性研究。 在FAA结冰计划中介绍的结冰研究和上面讨论的对1998 NTSB建议的回应基本总结了自1998年以来FAA在飞行中结冰的研究成果。 SAE的负责飞机结冰防护系统的子委员会提供了一个用于评估FAA的飞行结冰研究有效性的绝妙地点，并且它还提供了三种结冰模拟的算法AP5903,ARP5904,ARP5905来支持上面提到的任务11A。SAE的专家小组也资助了一个对结冰外形的机构内的评估用于北美和欧洲的结冰风洞来理解不同实验室内生成的结冰外形的区别。 由NATO资助的一个研究组织也支持任务11C，该组织为北美和欧洲的结冰积聚代码开发者提供了地点，以方便他们评估由他们的代码模拟出来的结冰外形与由结冰风洞实验产生的结冰外形的区别。B 结冰状况天气研究 FAA结冰计划的任务2和任务13基本描述了FAA在结冰天气信息传递方面的计划。最近在FAA气候研究项目重组后，任务2,任务13E和任务13I被合并进航空气候研究项目。 由FAA的OATSD办公室资助的NCAR完成了大部分的研究工作，包括：用于获取与结冰状况相关的测量参数的传感器技术、用于诊断传感器数据的算法、用于检测可导致航空结冰的天气状况的算法、用于预测可能的结冰天气状况的强度的算法。NCAR也被资助来开发一套系统，用于测量和报告雪的实时的沉积率（航空公司用于飞机起飞前的防冰与除冰）。FAA AVS也资助了一项研究，用于调查在探测结冰状况强度时的多频率雷达的使用。该组织还资助了一项研究，用于发展和校正探测结冰状况的陆地传感器技术。C 飞机起飞前的除冰和防冰 三起涉及尝试在飞机关键活动面结冰的情况下起飞导致的事故给确保飞机起飞进行除冰和防冰的研究带来了极大的关注。 在1982年1月13日华盛顿国家机场发生一场因航空结冰导致的航空事故，事故发生后，欧洲的航空公司联合英国、法国、德国的化工公司进行了防冻液的研究。这些伪塑料液体相对于当前在美国广