《冻雨对飞行起降的影响分析4000字》

冻雨对飞行起降的影响分析综述目录TOC\o"1-2"\h\u7011冻雨对飞行起降的影响分析综述 1121941.1冻雨产生低能见度影响 1276191.2冻雨导积积冰危及飞行安全 1127591.2.1跑道积冰对飞行起降影响 2324531.2.2飞行中发动机部位积冰危及飞行 4201691.2.3飞行中机身部位积冰危及飞行 4165771.2.4美国鹰4148航班空难 4290561.4空中航路管制造成延误 71.1冻雨产生低能见度影响冻雨天气中若降雨量较大就可能产生低能见度。能见度低会严重干扰飞行的安全起降。能见度直接影响飞行员的视距范围，飞行员也以此判断飞机是否可以正常起飞和降落。能见度低占据了导致飞行事故和航班异常原因中的很大一部分，据统计近50％飞行事故发生在低能见度的天气条件下。能见度与飞机的安全起降息息和机场跑道上空的天气情况相关，其中跑道能见度对飞行起降尤为重要。随着航空业的发展，许多现代机场和航空公司都在不断升级飞机的导航和盲降设施，这大大降低了飞行能见度低的危险。现在飞行员在低能见度条件下进近和着陆时，都会使用机载导航设施/设备然后按照地面导航台引导的飞行路线将飞机引导至跑道[10]。机载导航设备的通用模式是仪表着陆系统（ILS），通常称为盲降着陆系统。可以同时实现水平和垂直精度引导。通常，机场使用“I类标准”，他可以精确的将飞机按规定下滑线下降至200英尺（60米）的高度。在大多数情况下飞机下降到该高度时飞行员可以看到跑道或跑道引导灯。但是在该高度之后，进场将切换为目视。往往就是目视进近着陆对能见度的要求更加高，若是能见度低飞行员还继续着陆就会发生飞行偏差严重就会导致事故发生。1.2冻雨导积积冰危及飞行安全冻雨首先会导致跑道积冰对飞行产生影响其次当冻雨遇到在低温空气下飞行的飞机会导致飞机积冰危及飞行安全，冻雨会让飞机的一些重要外部系统积冰比如操纵面积冰，天线积冰，发动机积冰和空速管积冰等。这些都将影响飞机的飞行或起降。1.2.1跑道积冰对飞行起降影响跑道积冰首先就改变了跑道的摩擦系数，飞机接触跑道就会打滑导致起飞偏差或者落地距离过长严重导致冲出跑道。所以跑道积冰要立马关闭然后清洁积冰。在冬季产生积冰或者冻雨气象条件下机场都会先关闭跑道然后导致航班延误或者取消。2019年11月12日，芝加哥奥黑尔机场发生了一个骇人听闻的事件[11]。由于跑道积冰的雪鹰航4125航班降落时从跑道上冲出。客机起落架撞断，机翼擦地。根据美国国家气象局的数据，当天芝加哥降雪量最大为15厘米。图3-1现场画面美国鹰航空公司发言人说，该架飞机是由美国特使航空(EnvoyAir)运营的美国鹰4125航班，万幸的是事发后飞机上的38名乘客和3名机组人员，全无生命危险安全返回航站楼。图3-2现场工作人员正在施救美国联邦航空管理局（FederalAviationAdministration）在当地时间上午7:45在芝加哥发布的声明中说，一架从北卡罗来纳州格林斯博罗起飞的E-145型地区客机强行降落在芝加哥奥黑尔机场的10号跑道上。当飞机从P4出口驶出跑道时，飞机的起落架突然断裂，整个飞机向右倾斜，濒临坠落在冰上的边缘，最后从跑道入口停了一公里之远[12]。这是飞机第二次尝试强制降落导致事故发生，飞机刚接地，乘客就感到明显晃动。飞行员试图让飞机停下来，但是地面有积冰很滑，地面与飞机之间的摩擦系数太小。飞机降落时，机场跑道残余的积雪在飞机制动时造成了严重的问题。机场的地面人员要对此付出极大的责任。图3-3机场跑道积雪情况1.2.2飞行中发动机部位积冰危及飞行飞行中飞机积冰时，是如何影响飞行？冰积聚在飞机的空气动力学表面上时会改变飞机的空气动力学。从风洞测试表明，机翼前缘的0.5英寸冰滴使升力降低了50％拉力降低了60％。冰的沉淀速度非常快，如果沉淀强烈，并在5分钟内可以达到2-3英寸。通常增长最强烈的是从云层中飞出并出现在湿度大的大气中。然而发动机积冰是因为进气形成的积冰导致内表面空气动力流通不顺畅，进气速度范围的不均匀分布以及局部空气流的分离，导致压缩机叶片，冰屑和压缩机的振动使发动机或点火装置造成机械损坏，然后直接渗透，长期在这样的情况下工作还会减少发动机的寿命。1.2.3飞行中机身部位积冰危及飞行空速管和固定压力口上积冰会影响一些重要的气动驱动工具例如空速指示器，气压高度计，M数指示器和备用空速表等，积冰覆盖在机身外部感受外部空气的气孔上就会让这些气动工具无法收集外部的数据导致气动系统提供虚假信息，让飞行员错误估计当前飞行条件。空速管上的积冰是一个严重的问题，但一些飞行员对此不太重视。空速管最重要的是读取风速。其读数取决于动态和静态气压[13]。当风速管进气口被积冰阻塞时，该设备将成为气压高度计。随着高度的增加，速度指示器将相应增加，因此飞行员会获取到错误信息导致错误的处置方法。还有操纵面积冰是会对飞行产生极大的影响，积冰会使控制表面冻结在原地，让飞机失去操纵力导致飞机失速。1.2.4美国鹰4148航班空难1994年10月31日中午，美国鹰4184航班在芝加哥奥黑尔国际机场外盘旋等待进近着陆使由于机身部位积冰导致飞机在改变着陆构型时失速，一直向右偏转并且进入螺旋连续翻滚随后就坠毁在附近农田里，机上68人全部罹难。飞机在起飞后不久就遭遇颠簸气流，随后机组人员联系空管并爬升到16000feet，并且副驾驶使用自动驾驶仪设置自动爬升至指定的高度。当美国鹰4148航班即将到达目的地机场时，机组成员下降到10000feet高度，并且由于流量管控该航班被批准加入此高度进行等待程序，位于印第安纳州西北部做等待程序，等待空中交通管制员的降落许可（图4）[14]。不久之后美国鹰4148被要求下降到八千英尺高度。飞机在进近着陆过程中，速度保持175节襟翼保持15度角但是表速很快到180节，在该飞机形态下触发了超速警报，随后飞行员打算改变襟翼形态，不料机身发出抖动声。飞机的操纵杆突然自动向右急转，并且进入螺旋，飞机一直翻转。机长试图改出螺旋，但可惜高度过低速度过大。飞机急迅速下沉，这时飞机的腹部朝天，以425英里/小时的速度与罗斯兰附近的农田以65度角碰撞。机上没有幸存者，美国鹰4148航班被认为是航空历史上的一个里程碑的重大事例。图3-4：美鹰4148号航班排队等候降落事故发生后的第二天早上，美国国家运输安委会派出调查员前往坠机现场。在空旷地上，飞机残骸成一个扇形散落。调查人员通过线索判断，在飞机着陆之前，两个机翼的10英尺外部分与水平尾翼是分开的。瞬时过载已达到5.2。飞机的“黑匣子”并未遭受到严重的破坏，调查人员立刻将它送到NTSB实验室进行分析。在提取研究黑匣子数据的同时，调查人员也在寻找飞机其他重要部件的碎片。在正常情况下，研究人员可以根据机头，机尾和机翼尖端碎片位置推断飞机是否处于飞行员的控制之下。有证据表明飞机的这些重要部分相距遥远，机头和座舱被毁。因此，调查人员获悉，飞机首先撞向地面时坠毁。调查人员还找寻到了飞机的一些重要仪器设备，包括姿态指引仪指示器，该设备能显示飞机是否处于水平飞行以及引导飞行员改变飞行姿态。若此操纵指引设备失效，将误导飞行员采取更错误的操纵措施。检查人员经过测试发现，飞机该设备没有任何问题，并且最后的仪器显示飞机实际上处于水平状态。数据还与飞机撞击地面的实际位置相匹配，证明飞行员明白飞机马上会触地，这让调查员更了解到飞机触地前真实情况。根据空中交通管制中心的记录，由于空中交通流控，该飞机在芝加哥东南进行等待大约39分钟后才坠毁。因此调查人员觉得该航班的等待空域区的天气情况可能对飞机产生了影响。当时还有别的飞机经过那片区域，随后通过询问当时经过飞机的飞行员，调查人员获取了重要情报，在当时的天气下飞机机身处于积冰状态，有些飞机机身上的冰甚至厚达3/4英寸。专业航空气象专家指出，飞机上有积冰是飞行安全的重大隐患。若冰覆盖在飞机机身上，它将改变飞机机翼构型，降升增阻，还会引发别的严重问题。气象记录还显示，气旋的中心覆盖着印第安纳中西部，云层高度不到1000英尺和能见度不到3英里。同时，中等强度的冷锋从气旋中心向西南延伸，中等强度的静锋也从气旋中心向东延伸。在该系统下冷锋以西和静锋以北处产生了强降雨。这是环境特征，会产生中度到中度的雨凇。大型客机可以轻松飞行到足够安全的高度，但是作为支线客机的ATR-72没有这种条件。该事件中座舱语音记录仪还显示，飞行员注意到飞机在坠机前9分钟处于冻结状态。坠机事故发生前2分钟，飞行员进行了一次有关飞机结冰的讨论，这证明飞行员知道飞机正在结冰。调查员通过黑匣子知道了飞行员采取了何种方式来处理。ATR-72模型具有复杂的除冰系统。黑匣子记录显示，坠毁前17分钟，结冰传感器可能检测到飞机正在结冰于是引起了警报，并且记录还显示，飞行员听到警报后立刻打开除冰系统并操作系统到最强除冰，不仅这样，机长还增油门增速，这样可以增加机翼表面的空气流速从而减轻飞机的结冰，具体系统工作效果还取决于是否工作于是调查人员带着除冰系统的碎片赶到了原装工厂。可是工厂测试结果除冰系统一直在正常工作。调查员了解到，航空公司的工程师非常了解结冰对飞机的影响，并清楚地标出了除冰罩在什么位置，还标出了飞机容易结冰的位置。机翼上的除冰罩可防止气流在机翼上顺畅流动。但如果在除冰罩之后产生积冰，除冰系统将无法去除这些积冰。调查人员发现，美国鹰4148航班在LUCIT航路点进行等待程序时，遇到过冷水滴，而且外部机身温度很低于是在机身上积冰。调查发现那时区域中的过冷水滴的直径大于100微米，有的甚至达到2,000微米，称为“过冷大水滴”。但过冷大水滴依旧比与滴小很多。它们是在风暴云内部的温度接近冰点时形成的，遇到固体水滴时它们会冻结。图3-5：除冰罩后方的结冰示意图美国鹰4184号航班的广泛重要性在于让越来越多的人开始对飞机积冰以及积冰环境的问题感兴趣并且产生专门的机构开始使用预测天