雖然冬天快過完了,但即使在夏天飛機(jī)在飛行過程中依然會(huì)有結(jié)冰的風(fēng)險(xiǎn),由于平流層的大氣呈現(xiàn)出隨高度增加溫度遞減的規(guī)律,所以在高空溫度降到一定程度且有水汽的條件下,飛機(jī)表層會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象,特別是機(jī)翼和尾翼前緣、發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩、風(fēng)擋玻璃等直接與空氣接觸的部位在積冰條件下會(huì)迅速積累冰層。
機(jī)翼的積冰會(huì)直接破壞機(jī)翼流體,使氣體過早與機(jī)翼分離而破壞升力結(jié)構(gòu),升力減小阻力增加,使飛機(jī)在高速低迎角狀態(tài)下產(chǎn)生失速的風(fēng)險(xiǎn),發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩的積冰則直接威脅到發(fā)動(dòng)機(jī)的安全,因此飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)翼的防冰除冰對(duì)于飛行機(jī)組來說是非常重要的。
在各類飛機(jī)的手冊(cè)中對(duì)于結(jié)冰條件的描述大致如下:當(dāng)OAT(地面上和起飛時(shí))或TAT (飛行中)小于或等于10并且空氣中有可見濕氣(如云、霧、雨、雪、雨夾雪或冰晶等),或者滑行道或跑道上有積冰、雪水、冰或雪時(shí),有可能出現(xiàn)結(jié)冰。在這種條件下飛行員必須打開發(fā)動(dòng)機(jī)防冰(地面和空中)和機(jī)翼防冰(空中)直到SAT=-40。
那么問題來了,一,為什么地面用OAT,空中用TAT,低溫又用SAT了?二,為什么水結(jié)冰的溫度是0,而小于10就要用防冰?三,零下40冰并不會(huì)化,為什么就不需要防冰了?
要搞清楚這幾個(gè)問題,必須先名詞解釋一下:
OAT, Out AirTemperature,外界溫度,指外界靜止空氣中的客觀環(huán)境溫度。
TAT,Total Air Temperature,大氣全溫(簡(jiǎn)稱全溫),流動(dòng)的空氣以絕熱過程完全靜止時(shí),動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,壓力、溫度和密度隨之變化,此時(shí)的溫度即為全溫,在空中飛機(jī)和大氣形成高速相對(duì)狀態(tài),飛機(jī)上用以測(cè)量溫度的全溫探頭在測(cè)量溫度時(shí)讓高速氣流壓縮靜止,這部分進(jìn)入探頭管道的空氣被壓縮而升溫,升溫幅度則與飛機(jī)的高度、速度、大氣溫度密度等相關(guān)(詳見熱力學(xué)第一定律),而飛機(jī)機(jī)翼、尾翼、發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩等部位直接接觸空氣同樣使空氣壓縮,所以雖然有少量偏差,但TAT仍可視為飛機(jī)的表面溫度而極具參考性。
SAT, Static AirTemperature,靜壓空氣溫度(簡(jiǎn)稱靜溫),未受擾動(dòng)的大氣溫度,因?yàn)楦呖諢o法直接測(cè)量OAT,所以SAT是理論上的OAT,是經(jīng)過TAT修正計(jì)算后的理論溫度,公式為:[其中為為比熱率,干熱空氣下≈1.4,為恢復(fù)系數(shù),空氣壓縮時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能的比率,完全轉(zhuǎn)化時(shí)=1,M為馬赫數(shù),轉(zhuǎn)換條件是M≥0.2,所有溫度為絕對(duì)溫度值]。
由此可以推導(dǎo)出,在地面,因?yàn)閹缀鯖]有速度,TAT、SAT、OAT指示相同,而隨著速度(馬赫)增大,TAT與SAT分離,同時(shí)OAT已經(jīng)不能直接測(cè)量,只能使用理論值SAT,于是在高空高速狀態(tài)下,外界空氣溫度約等于SAT,客艙娛樂系統(tǒng)屏幕上顯示的“機(jī)外溫度”實(shí)際上是推算出來的SAT,而TAT因?yàn)榭諝鈮嚎s會(huì)高于SAT,三萬英尺以上M0.8左右時(shí)兩者差值經(jīng)常達(dá)到30以上,也就是說高速下飛機(jī)表面溫度遠(yuǎn)高于周圍的空氣溫度。
OK,了解了幾個(gè)溫度標(biāo)準(zhǔn)后就已經(jīng)解答了第一個(gè)問題,那問題二和問題三呢?我們繼續(xù)。
問題二,如上所述,我們用TAT=10來限定,首先是因?yàn)轱w機(jī)是否積冰取決于其表面溫度而不是空氣溫度,TAT代表了飛機(jī)表面溫度所以用TAT而不是SAT;其次,因?yàn)闄C(jī)翼上表面和發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩(兩者是飛機(jī)主要積冰區(qū))的流體設(shè)計(jì)使得相同空速下其表面空氣流速會(huì)大于全溫探頭中的空氣流速,根據(jù)熱力學(xué)定律或者常識(shí),它表面的溫度就會(huì)低于全溫探頭空氣壓縮前的溫度,差異程度取決于空速,但經(jīng)測(cè)算在飛機(jī)空速限制范圍內(nèi),這個(gè)差異小于10,就是說探頭測(cè)的溫度理論上會(huì)比機(jī)翼上表面和發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩的溫度高最多10,這就是為什么TAT=10時(shí)就要開防冰。
問題三,SAT=-40可以不需要防冰(除下降前)是因?yàn)轱w機(jī)結(jié)冰的條件除了低溫還要有水汽,OAT低于-40時(shí)空氣中的水汽含量幾乎為零, OAT不能直接測(cè)量,但是精密計(jì)算后的SAT與OAT差值可以忽略,而SAT可以直接在飛機(jī)儀表上讀取,于是SAT≤-40時(shí)飛機(jī)結(jié)冰條件沒有了,所以防冰也就不需要了。
雖然飛了很多年了,但是有些看似基本的理論有時(shí)卻并不一定完全清楚,這幾個(gè)問題其實(shí)已經(jīng)困擾我多年只是始終沒有去探究,現(xiàn)在分享給大家希望有所幫助,并歡迎指正。
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