凍雨對飛行起降的影響分析綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u7011凍雨對飛行起降的影響分析綜述 1121941.1凍雨產(chǎn)生低能見度影響 1276191.2凍雨導積積冰危及飛行安全 1127591.2.1跑道積冰對飛行起降影響 2324531.2.2飛行中發(fā)動機部位積冰危及飛行 4201691.2.3飛行中機身部位積冰危及飛行 4165771.2.4美國鷹4148航班空難 4290561.4空中航路管制造成延誤 71.1凍雨產(chǎn)生低能見度影響凍雨天氣中若降雨量較大就可能產(chǎn)生低能見度。能見度低會嚴重干擾飛行的安全起降。能見度直接影響飛行員的視距范圍，飛行員也以此判斷飛機是否可以正常起飛和降落。能見度低占據(jù)了導致飛行事故和航班異常原因中的很大一部分，據(jù)統(tǒng)計近50％飛行事故發(fā)生在低能見度的天氣條件下。能見度與飛機的安全起降息息和機場跑道上空的天氣情況相關(guān)，其中跑道能見度對飛行起降尤為重要。隨著航空業(yè)的發(fā)展，許多現(xiàn)代機場和航空公司都在不斷升級飛機的導航和盲降設(shè)施，這大大降低了飛行能見度低的危險。現(xiàn)在飛行員在低能見度條件下進近和著陸時，都會使用機載導航設(shè)施/設(shè)備然后按照地面導航臺引導的飛行路線將飛機引導至跑道[10]。機載導航設(shè)備的通用模式是儀表著陸系統(tǒng)（ILS），通常稱為盲降著陸系統(tǒng)。可以同時實現(xiàn)水平和垂直精度引導。通常，機場使用“I類標準”，他可以精確的將飛機按規(guī)定下滑線下降至200英尺（60米）的高度。在大多數(shù)情況下飛機下降到該高度時飛行員可以看到跑道或跑道引導燈。但是在該高度之后，進場將切換為目視。往往就是目視進近著陸對能見度的要求更加高，若是能見度低飛行員還繼續(xù)著陸就會發(fā)生飛行偏差嚴重就會導致事故發(fā)生。1.2凍雨導積積冰危及飛行安全凍雨首先會導致跑道積冰對飛行產(chǎn)生影響其次當凍雨遇到在低溫空氣下飛行的飛機會導致飛機積冰危及飛行安全，凍雨會讓飛機的一些重要外部系統(tǒng)積冰比如操縱面積冰，天線積冰，發(fā)動機積冰和空速管積冰等。這些都將影響飛機的飛行或起降。1.2.1跑道積冰對飛行起降影響跑道積冰首先就改變了跑道的摩擦系數(shù)，飛機接觸跑道就會打滑導致起飛偏差或者落地距離過長嚴重導致沖出跑道。所以跑道積冰要立馬關(guān)閉然后清潔積冰。在冬季產(chǎn)生積冰或者凍雨氣象條件下機場都會先關(guān)閉跑道然后導致航班延誤或者取消。2019年11月12日，芝加哥奧黑爾機場發(fā)生了一個駭人聽聞的事件[11]。由于跑道積冰的雪鷹航4125航班降落時從跑道上沖出。客機起落架撞斷，機翼擦地。根據(jù)美國國家氣象局的數(shù)據(jù)，當天芝加哥降雪量最大為15厘米。圖3-1現(xiàn)場畫面美國鷹航空公司發(fā)言人說，該架飛機是由美國特使航空(EnvoyAir)運營的美國鷹4125航班，萬幸的是事發(fā)后飛機上的38名乘客和3名機組人員，全無生命危險安全返回航站樓。圖3-2現(xiàn)場工作人員正在施救美國聯(lián)邦航空管理局（FederalAviationAdministration）在當?shù)貢r間上午7:45在芝加哥發(fā)布的聲明中說，一架從北卡羅來納州格林斯博羅起飛的E-145型地區(qū)客機強行降落在芝加哥奧黑爾機場的10號跑道上。當飛機從P4出口駛出跑道時，飛機的起落架突然斷裂，整個飛機向右傾斜，瀕臨墜落在冰上的邊緣，最后從跑道入口停了一公里之遠[12]。這是飛機第二次嘗試強制降落導致事故發(fā)生，飛機剛接地，乘客就感到明顯晃動。飛行員試圖讓飛機停下來，但是地面有積冰很滑，地面與飛機之間的摩擦系數(shù)太小。飛機降落時，機場跑道殘余的積雪在飛機制動時造成了嚴重的問題。機場的地面人員要對此付出極大的責任。圖3-3機場跑道積雪情況1.2.2飛行中發(fā)動機部位積冰危及飛行飛行中飛機積冰時，是如何影響飛行？冰積聚在飛機的空氣動力學表面上時會改變飛機的空氣動力學。從風洞測試表明，機翼前緣的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，如果沉淀強烈，并在5分鐘內(nèi)可以達到2-3英寸。通常增長最強烈的是從云層中飛出并出現(xiàn)在濕度大的大氣中。然而發(fā)動機積冰是因為進氣形成的積冰導致內(nèi)表面空氣動力流通不順暢，進氣速度范圍的不均勻分布以及局部空氣流的分離，導致壓縮機葉片，冰屑和壓縮機的振動使發(fā)動機或點火裝置造成機械損壞，然后直接滲透，長期在這樣的情況下工作還會減少發(fā)動機的壽命。1.2.3飛行中機身部位積冰危及飛行空速管和固定壓力口上積冰會影響一些重要的氣動驅(qū)動工具例如空速指示器，氣壓高度計，M數(shù)指示器和備用空速表等，積冰覆蓋在機身外部感受外部空氣的氣孔上就會讓這些氣動工具無法收集外部的數(shù)據(jù)導致氣動系統(tǒng)提供虛假信息，讓飛行員錯誤估計當前飛行條件。空速管上的積冰是一個嚴重的問題，但一些飛行員對此不太重視。空速管最重要的是讀取風速。其讀數(shù)取決于動態(tài)和靜態(tài)氣壓[13]。當風速管進氣口被積冰阻塞時，該設(shè)備將成為氣壓高度計。隨著高度的增加，速度指示器將相應(yīng)增加，因此飛行員會獲取到錯誤信息導致錯誤的處置方法。還有操縱面積冰是會對飛行產(chǎn)生極大的影響，積冰會使控制表面凍結(jié)在原地，讓飛機失去操縱力導致飛機失速。1.2.4美國鷹4148航班空難1994年10月31日中午，美國鷹4184航班在芝加哥奧黑爾國際機場外盤旋等待進近著陸使由于機身部位積冰導致飛機在改變著陸構(gòu)型時失速，一直向右偏轉(zhuǎn)并且進入螺旋連續(xù)翻滾隨后就墜毀在附近農(nóng)田里，機上68人全部罹難。飛機在起飛后不久就遭遇顛簸氣流，隨后機組人員聯(lián)系空管并爬升到16000feet，并且副駕駛使用自動駕駛儀設(shè)置自動爬升至指定的高度。當美國鷹4148航班即將到達目的地機場時，機組成員下降到10000feet高度，并且由于流量管控該航班被批準加入此高度進行等待程序，位于印第安納州西北部做等待程序，等待空中交通管制員的降落許可（圖4）[14]。不久之后美國鷹4148被要求下降到八千英尺高度。飛機在進近著陸過程中，速度保持175節(jié)襟翼保持15度角但是表速很快到180節(jié)，在該飛機形態(tài)下觸發(fā)了超速警報，隨后飛行員打算改變襟翼形態(tài)，不料機身發(fā)出抖動聲。飛機的操縱桿突然自動向右急轉(zhuǎn)，并且進入螺旋，飛機一直翻轉(zhuǎn)。機長試圖改出螺旋，但可惜高度過低速度過大。飛機急迅速下沉，這時飛機的腹部朝天，以425英里/小時的速度與羅斯蘭附近的農(nóng)田以65度角碰撞。機上沒有幸存者，美國鷹4148航班被認為是航空歷史上的一個里程碑的重大事例。圖3-4：美鷹4148號航班排隊等候降落事故發(fā)生后的第二天早上，美國國家運輸安委會派出調(diào)查員前往墜機現(xiàn)場。在空曠地上，飛機殘骸成一個扇形散落。調(diào)查人員通過線索判斷，在飛機著陸之前，兩個機翼的10英尺外部分與水平尾翼是分開的。瞬時過載已達到5.2。飛機的“黑匣子”并未遭受到嚴重的破壞，調(diào)查人員立刻將它送到NTSB實驗室進行分析。在提取研究黑匣子數(shù)據(jù)的同時，調(diào)查人員也在尋找飛機其他重要部件的碎片。在正常情況下，研究人員可以根據(jù)機頭，機尾和機翼尖端碎片位置推斷飛機是否處于飛行員的控制之下。有證據(jù)表明飛機的這些重要部分相距遙遠，機頭和座艙被毀。因此，調(diào)查人員獲悉，飛機首先撞向地面時墜毀。調(diào)查人員還找尋到了飛機的一些重要儀器設(shè)備，包括姿態(tài)指引儀指示器，該設(shè)備能顯示飛機是否處于水平飛行以及引導飛行員改變飛行姿態(tài)。若此操縱指引設(shè)備失效，將誤導飛行員采取更錯誤的操縱措施。檢查人員經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，飛機該設(shè)備沒有任何問題，并且最后的儀器顯示飛機實際上處于水平狀態(tài)。數(shù)據(jù)還與飛機撞擊地面的實際位置相匹配，證明飛行員明白飛機馬上會觸地，這讓調(diào)查員更了解到飛機觸地前真實情況。根據(jù)空中交通管制中心的記錄，由于空中交通流控，該飛機在芝加哥東南進行等待大約39分鐘后才墜毀。因此調(diào)查人員覺得該航班的等待空域區(qū)的天氣情況可能對飛機產(chǎn)生了影響。當時還有別的飛機經(jīng)過那片區(qū)域，隨后通過詢問當時經(jīng)過飛機的飛行員，調(diào)查人員獲取了重要情報，在當時的天氣下飛機機身處于積冰狀態(tài)，有些飛機機身上的冰甚至厚達3/4英寸。專業(yè)航空氣象專家指出，飛機上有積冰是飛行安全的重大隱患。若冰覆蓋在飛機機身上，它將改變飛機機翼構(gòu)型，降升增阻，還會引發(fā)別的嚴重問題。氣象記錄還顯示，氣旋的中心覆蓋著印第安納中西部，云層高度不到1000英尺和能見度不到3英里。同時，中等強度的冷鋒從氣旋中心向西南延伸，中等強度的靜鋒也從氣旋中心向東延伸。在該系統(tǒng)下冷鋒以西和靜鋒以北處產(chǎn)生了強降雨。這是環(huán)境特征，會產(chǎn)生中度到中度的雨凇。大型客機可以輕松飛行到足夠安全的高度，但是作為支線客機的ATR-72沒有這種條件。該事件中座艙語音記錄儀還顯示，飛行員注意到飛機在墜機前9分鐘處于凍結(jié)狀態(tài)。墜機事故發(fā)生前2分鐘，飛行員進行了一次有關(guān)飛機結(jié)冰的討論，這證明飛行員知道飛機正在結(jié)冰。調(diào)查員通過黑匣子知道了飛行員采取了何種方式來處理。ATR-72模型具有復(fù)雜的除冰系統(tǒng)。黑匣子記錄顯示，墜毀前17分鐘，結(jié)冰傳感器可能檢測到飛機正在結(jié)冰于是引起了警報，并且記錄還顯示，飛行員聽到警報后立刻打開除冰系統(tǒng)并操作系統(tǒng)到最強除冰，不僅這樣，機長還增油門增速，這樣可以增加機翼表面的空氣流速從而減輕飛機的結(jié)冰，具體系統(tǒng)工作效果還取決于是否工作于是調(diào)查人員帶著除冰系統(tǒng)的碎片趕到了原裝工廠。可是工廠測試結(jié)果除冰系統(tǒng)一直在正常工作。調(diào)查員了解到，航空公司的工程師非常了解結(jié)冰對飛機的影響，并清楚地標出了除冰罩在什么位置，還標出了飛機容易結(jié)冰的位置。機翼上的除冰罩可防止氣流在機翼上順暢流動。但如果在除冰罩之后產(chǎn)生積冰，除冰系統(tǒng)將無法去除這些積冰。調(diào)查人員發(fā)現(xiàn)，美國鷹4148航班在LUCIT航路點進行等待程序時，遇到過冷水滴，而且外部機身溫度很低于是在機身上積冰。調(diào)查發(fā)現(xiàn)那時區(qū)域中的過冷水滴的直徑大于100微米，有的甚至達到2,000微米，稱為“過冷大水滴”。但過冷大水滴依舊比與滴小很多。它們是在風暴云內(nèi)部的溫度接近冰點時形成的，遇到固體水滴時它們會凍結(jié)。圖3-5：除冰罩后方的結(jié)冰示意圖美國鷹4184號航班的廣泛重要性在于讓越來越多的人開始對飛機積冰以及積冰環(huán)境的問題感興趣并且產(chǎn)生專門的機構(gòu)開始使用預(yù)測天