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    在国家自然科学基金民航联合基金的资助下,我科研人员建立了飞机除冰技术“专利群”——为航班安全起飞提供了技术保障

    日期 2011-08-23   来源:委办公室   作者:  【 】   【打印】   【关闭

    第4期
    (总第440期)

      本文提要:飞机机身积冰是影响民航飞机冬季运行安全、造成航班大面积延误的重要原因。飞机除冰已经成为国际民航界关注的重要问题之一。在国家自然科学基金民航联合基金的支持下,中国民航大学王立文教授及其合作者对飞机除冰进行了系统研究,提出了“飞机集中除冰”理念,形成了技术应用“专利群”,并设计了飞机集中除冰流程。其研发的飞机集中除冰系列装备已经应用于国内机场,大幅度提高了飞机除冰效率,为提高飞行安全,减少航班延误提供了重要保障。

      飞机机身积冰会改变飞机起飞过程中的绕流流场,破坏飞机的气动性能,使升力降低,操纵性和稳定性恶化。据世界民航有关冰雪天气引起的42起飞机事故数据调查分析结果,有18起是在起飞时发生的,死亡人数达323人。飞机机身积冰已经成为威胁冬季航班安全的因素之一。

      飞机地面积冰也是造成冬季航班大面积延误的重要因素之一。2008年1月26-27日,我国包括南方地区出现冰雪天气,导致北京首都机场500多航班延误或取消,2万多旅客滞留,广州机场滞留旅客接近1万人,长沙机场滞留接近6千人,全国不正常航班近1万个,取消的航班1300余个。

      近几年,北京首都、上海虹桥等机场均发生过在冰雪天气下,由于飞机地面除冰问题引起的全国航班大面积延误,导致全国民航运输系统瘫痪,在造成不可挽回的巨额经济损失的同时,也给人们的出行造成极大的不便。

      飞机除冰是指在低温气象条件下,使用物理或化学手段对临近起飞航机的机翼、推进器、水平尾翼等关键部位冰、雪、霜的去除过程。

      美国联邦航空局FAA(Federal Aviation Administration)和欧洲联合航空局(Joint Airworthiness Authority,JAA)在相应的规章中分别对大型运输机积冰条件下的运行作了如下严格规定:为保证冰雪条件下飞机运行的绝对安全,飞机起飞前不允许表面任何部位有积冰。

      我国在2011年1月正式颁布实施的《航空安全管理手册》中强调:即使是少量冰、雪、霜的堆积,也会引起飞机起飞重量增加和升力损失,对飞行的影响也将是致命的。

      因此,冰雪天气下,保障飞机正常安全运行是现代民航的基本要求,如何避免因飞机除冰导致安全事故和航班延误一直是国际民航界研究的重点问题,需要科学的除冰理论支持和系列除冰技术保障。

      我国现行的176个民航机场,有降雪报告的就有82个。如首都国际机场基本上每年从11月就开始至次年2、3月份要除冰,哈尔滨机场有约半年的时间要除冰。随着国际民航旅客吞吐量的增加,因冰雪天气造成的不正常航班率也随之增加。冰霜是“隐形”杀手,而轻微的霜冻往往被忽视,从而引发事故。

      我国民航大部分机场飞机地面除冰还是以机位除冰为主,这种传统的除冰模式存在诸多问题:一是缺乏对飞机地面积冰厚度、积冰类型等状态的准确预报,无法进行飞机地面除冰资源的预先准备和调度,导致航班延误;二是机位除冰无法与飞机起飞时刻相衔接,不能保证飞机除冰后及时起飞,容易造成飞机表面二次积冰,带来安全隐患;三是飞机地面除冰结束后,没有科学的检测手段对飞机除冰后的表面残冰或二次积冰进行科学准确的检测和评价,同样会有严重的安全隐患。针对上述问题,在自然科学基金民航联合基金的资助下,中国民航大学王立文课题组及其合作者在飞机表面微量残冰检测模型和飞机地面积冰数值预报方面进行了系统的基础研究,在飞机除冰流程装备及除冰时间的精确控制等关键技术上取得了突破,为飞机有效除冰奠定了理论和技术基础。

      在理论与技术取得突破性进展的基础上,课题组开展了成果的应用研究。根据我国民航机场的需求,对飞机地面除冰方法及运行控制与调度进行了深入研究,在国内首次提出了飞机集中除冰系统的概念,设计了飞机集中除冰系列流程装备,并率先在国内机场应用。

      在飞机集中除冰应用研究中,根据机场的不同情况专门设计了多个飞机除冰坪,每个除冰坪有4-6个除冰位,飞机除冰坪靠近跑道。在飞机集中除冰系统流程设计中,将飞机除冰过程与飞机起飞时刻相衔接作为主要的优化目标,通过除冰地面运行调度及控制,精确控制飞机除冰时间,确保飞机能够在除冰液保持时间内按预定时刻起飞,可以从根本上避免由于飞机的二次结冰所带来的安全问题,也在很大程度上减少了由于冰雪天气造成的航班大面积延误。目前该成果已经在北京首都、郑州、哈尔滨机场实际应用。根据首都机场提供的数据,采用集中除冰后,可以大幅度提高飞机除冰效率。中雪情况下,B737飞机的平均除冰时间由原来的30分钟缩短到7-8分钟,可以保证飞机在除冰液的有效保持时间内起飞,从根本上杜绝了飞机在地面的二次结冰问题,消除了飞机冬季运行的安全隐患。在研究成果应用的两年时间里,没有因为飞机除冰问题造成航班的大面积延误。课题组在飞机集中除冰系统研究方面,已经形成了由数十项专利组成的技术应用“专利群”,形成了完全自主的知识产权。

      在国家自然科学基金民航联合基金的持续资助下,课题组目前正深入进行机场地面积冰短时预报及微量残冰检测方面的基础理论研究。如该项目理论研究和关键技术取得突破,可望与现有的研发装备结合,形成包括飞机地面结冰短时预报、飞机除冰过程控制与调度直至飞机除冰后微量残冰的准确检测等功能的完备性飞机全自动除冰系统,促进我国飞机地面除冰技术达到国际先进水平。




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