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跟胖哥学物理飞机积冰现象

(2018-11-14 09:59:33)
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杂谈

分类: 生活中的物理
跟胖哥学物理飞机积冰现象

        同学们学过了物体变化,知道自然界中一些物体变化,知道了空气中有大量的水蒸气,这些水蒸气在一定条件会发生物态变化,是水循环一种表现方式。
        最近,天气转凉,我们每天早上会在窗子的玻璃上发现小水珠,当然是室内热的水蒸气在玻璃液化上形成的,其实冬天你从教室外面进入教室戴眼镜人都会发现这种现象。不过北方气温低于零度,所以在窗户玻璃上看见就是水蒸气凝华形式冰花,如果去北方,你仔细观察,那种冰花是六边形构成图案,美极了!其实,作为南方我们也会在不久将来在室外的草地上发现,只有冬天室外的草地上温度低于零度,水蒸气就会在草地上遇冷凝华成小冰晶成霜,大家也会发现美丽图案。不过这些自然现象无非是给我们生活添了许多情趣而已,但是有时候这些物态变化会给我们生活带来麻烦。
        大家都熟悉一种麻烦是,冬天晚上温度低于零度,我们汽车水箱里水会结冰,当第二天车启动时就很麻烦,我们学过物理后知道解决这个问题很简单,就是在水箱里水加防冻液或者酒精,因为凝固点与物质里杂质有关,这样使它的凝固点很低,水箱里水就不会凝固了。不过事物是两面性的,这个也为我们解决生活中一些问题,譬如北方下雪后公路上积雪就阻碍交通,所以我们在雪上撒工业盐,这是盐就是融雪剂,因为冰加盐后熔点变低,而当时北方气温比加盐后雪温度要高,所以公路上雪就熔化了,从而解决积雪带来交通问题。
        同学在学习物理过程中,应该把所学物理知识解决实际生活问题,这是科学之所以迷人的地方。汽车、轮船和飞机都会随着水循环会带来许多问题,特别是飞机因为飞在高空中,常年与水蒸气打交道,因此水蒸气遇到飞机也会发生物态变化,特别是飞机积冰问题,往往是飞机安全重要问题。
        飞机积冰是指飞机机体表面某些部位聚集冰层的现象。它主要由云中过冷水滴或降水中的过冷雨碰到飞机机体后结冰形成的,也可由水汽直接在机体表面凝华而成。飞机在云中飞行时间过长易导致积冰。
        有很多同学会奇怪,飞机在高速运动,不是要和空气摩擦生热么?怎么还好出现冰呢?这种现象形成原因是什么呢?飞机结冰是指飞机机体表面某些部位聚集冰层的现象。它主要由云中过冷水滴或降水中的过冷雨碰到飞机机体后结冰形成的,也可由水汽直接在机体表面凝华而成。飞机在云中飞行时间过长易导致积冰。
        导致飞机积冰,主要有两个原因,最主要因素是天气。天气条件:(1)冻雨毛毛雨:外界温度在0°C以下时,过冷状态的雨滴一旦与地面物体接触便容易结冰;(2)冻结的降水,如雪、雨夹雪或冰雹。雪的种类(湿雪/干雪)与温度、露点有关。湿雪、温度和露点相。互之差通常在1°C以内,外界温度大约在-4°C至1°C之间。干雪出现于、露点相差5°C以上,两者的外界温度在-8°C以下;(3)过冷的地面雾的冷低云:在寒冷天气条件下,带有过冷水滴的云会在物体表面结冰;(4)温度在冰点或以下,相对湿度很高的情况下,飞机表面会形成霜。飞机停场过夜时以及飞机从巡航高度下降着陆后,飞机表面、燃油温度仍保持在冰点以下时,霜的积聚是很常见的。
        另一个因此就是地面条件:冰的积聚还可以来自其它地面运作或地面运行;面露天停放的飞机也会形成积冰。(1)在有水气、雪水或雪地停机坪、滑行道和跑道上运作;(2).由于地面风、其它飞机或地面辅助设备不断把雪吹起来。
         当飞机出现积冰时对飞行会有什么影响,这是应该考虑到的很重要的问题。总的来说,当飞机空气动力表面出现积冰时,对空气动力的影响是很大的。风洞试验表明,当机翼前缘有半英寸厚的积冰时,会减少50%的升力和增加60%的阻力。
        积冰的速度是非常快的,有时在严重积冰的情况下,5分钟内的积冰厚度可达2-3英寸。最严重的积冰情况一般发生在云外飞行时、在结冰温度下遇到降雨的时候。
        飞机积冰中最严重是机翼结冰。飞机外部结冰,特别是机翼表面结冰严重影响飞行安全。即使冰或雪或霜造成轻微污染也能损害翼面,相当于中粒砂纸的冰粗糙度可导致操纵品质降低到危险程度和失速范围。根据风洞试验数据,直径1~2毫米、食盐大小的细小霜粒或冰粒,按每平方厘米一个的密度稀疏分布在机翼上表面,造成机翼上表面粗糙,会使最大升力系数在地面效应和自由空气两种条件下分别损失22%和33%。其造成的升力损失之大,足以使具有高性能的超临界翼型机翼的飞机无法起飞。
         其次、飞机积冰会使尾翼失速。当尾翼前缘出现积冰时,有可能导致尾翼失速。积冰引起的尾翼失速一般发生在五边进近阶段,这是因为五边进近时襟翼全部伸出,作用在平尾上的气动力载荷达到最大。由于前缘积冰对气流的干扰引起平尾失速,平尾上负升力突然消失,机头急剧下俯。
        从这种失速中改出的操作程序与机翼失速的情况不同,机翼失速时是应用全动力和向前推杆的方法来改出,但在只是尾翼失速而机翼不失速的情况下用这种方法则会带来问题。
         就连在转动的螺旋桨偶尔也会有积雪产生情况,螺旋桨积冰会减小动力和降低空速,同时增加燃油消耗。螺旋桨积冰还会破坏螺旋桨平衡。造成严重的振动。
        不过,由于飞机积雪会带来安全隐患,所以飞行员也总结关于飞机积雪形成一些区域,在飞行是特别小心,那是通过会通知乘客一定系好安全带,所以同学们乘坐飞机时一定听从空姐指令,保重飞机和自己安全。
        通常情况下,飞机会发生在这些区域和时间。一般认为,积冰的环境条件是可见湿度(云、雾、雨和雪)和结冰温度。有的事故记录表明,上述积冰条件中的结冰温度并不是绝对的,出现积冰时的环境温度不一定要限制在冰点以下。以下3种情况就是应该注意的积冰危险区域。
        1 下降阶段。当飞机在较高航线飞行时,飞机表面温度可以是在0以下。如飞机下降过程中遇到潮湿空气,即使此时环境温度在冰点以上也可能形成透明冰或霜。
        2 即使周围环境温度在冰点以上,机翼油箱部位的表面温度也有可能低于0,当遇到降雨时就可能形成冰并粘附在机翼上。
        3 虽然在飞行高度上的温度在冰点以上,但如遇到过冷雨,也可能在飞机上形成透明冰。
         近年来的一些严重事故和大量的事故征候表明上述的环境条件是造成事故或事故征候的一个因素。
        因为航空公司为了保证飞机在航程不发生积雪,通常会根据气象部分发布信息改变起飞时间,有时候会晚点,大家在机场候机时由于晚点会很焦躁。但是,记住不管怎么样,航空情况比动车在天气上要求高很多,为了保证安全的迟飞应该能获得大家谅解。至少读过书的你,应该保持一种良好心态,毕竟安全才是更重要的!
2018年11月14日于宜昌市夷陵区吾同斋。

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