飞机结冰到底有多危险?1毫米薄冰就能打乱飞行状态

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21:11

11月1日中午,佛罗里达棕榈滩上空,一架里尔60公务机在约3.5万英尺巡航。飞行员向管制员报告:机身结冰、遭遇颠簸,外界零下47℃,请求爬升到更高处。 随后飞机高速急坠,从3.5万英尺掉到8,750英尺只用了一分钟。 机上9人全部遇难。央视新闻红星新闻中国新闻网

美国国家运输安全委员会(NTSB)还在调查,尚未公布原因。结冰起了多大作用、除冰系统是否失效,都要等最终结论。但“1毫米的冰为什么能扳倒几十吨的飞机”这个问题,航空业已经研究了半个多世纪,答案比“冰太重”更麻烦。

冰不重,麻烦在形状

先算一笔账。里尔60的机翼面积约25平方米。假设整副机翼均匀裹上1毫米厚的冰,冰的密度约917千克/立方米,重量只有二十多公斤,不到最大起飞重量的0.3%。对一架十多吨的飞机来说,这点重量几乎可以忽略。

1毫米不是哪本手册写死的临界值。它只是说明:冰的危险不靠厚度,而靠位置和粗糙度。飞机靠机翼前缘把气流分成上下两路,上表面的气流跑得更快、压力更低,把飞机托起来。前缘的弧度是设计好的。冰把这条弧线变成粗糙的、带棱角的表面,贴着翼面的空气被提前搅乱、分离,升力下降,阻力上升。

美国联邦航空管理局(FAA)的《飞行结冰指南》写得很直接:相对很小的积冰就能造成显著的升力损失,机翼能提供的最大升力下降30%并不罕见,结出大冰角时能掉40%到50%。 升力少了,阻力多了,飞机就离失速更近一步。失速不是发动机熄火,而是机翼上的气流撑不住了,升力突然掉下去。FAA

先结冰的,可能是你看不见的尾翼

更麻烦的是,结冰未必结在你盯着的地方。FAA特别提醒:尾翼比机翼更薄,是更高效的“集冰器”;而且大多数飞机上,飞行员根本看不见尾翼,也就无法确认除冰系统把它清干净了没有。尾翼一旦结冰失速,飞机可能突然低头。美国联邦航空管理局

里尔60是T型尾翼布局,水平尾翼高高架在垂直尾翼上。红星新闻采访的资深机长陈建国在听完ATC录音后判断,事故“大概率是积冰引起的水平尾翼失效,进而导致俯仰失控”。 这是他的判断,不是官方结论;NTSB的调查会验证或推翻它。但这个方向并不突兀——1994年美鹰航空4184号航班在冻雨中盘旋时,除冰套后方结出一条冰脊,飞机突然失去控制,机上68人遇难。红星新闻美国国家运输安全委员会

零下47℃,冰从哪里来

还有一处细节值得琢磨:飞行员报告的是“轻微至中度的透明结冰”,气温却是零下47℃。 这种透明冰通常形成在更接近0℃的环境;在零下47℃,云中大部分水汽已经变成冰晶,不容易附着。强对流云团可以把过冷水滴抬到高空,但冰到底是在哪里结的、结了多久,正是调查要回答的事。飞行员看见的“轻度”,未必等于尾翼上的真实情况。红星新闻

除冰为什么值得等

这也解释了为什么地面除冰值得等。除冰不是“把看得见的雪扫掉”,而是保证关键表面在起飞时是干净的;防冰液有保持时间,超过时间就得重新来。空中则相反:FAA建议一发现结冰就开防冰/除冰系统,不要等到积到某个厚度再动手。 因为冰的危险不按“厚度”线性增长,它可能在你看不见的地方先越过了临界点。FAA

1毫米的冰,重量可以忽略不计,但它改的是机翼让空气“听话”的那个形状。飞机怕的从来不是冰有多重,而是冰把原本设计好的气流弄乱了——尤其当那层冰结在你看不见的尾翼上。

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