新中运在频繁试飞中,已经明确的是该机是4发涡轮螺旋桨形制。

但涡轮螺旋桨运输机容易出现结冰现象,之前的类似机型曾经出现过事故,所以这也是新中运面对的问题;

本文先说一下结冰的原因,首先从飞行作业空域来看,主流干线喷气客机的巡航高度能够达到8000至12500米,大部分飞行时间可以脱离中低空的结冰云层,有效规避结冰风险。

而涡轮螺旋桨运输机的常规巡航高度仅在2500至8000米之间,这个高度恰好是层积云、雨层云、碎积云的集中分布区域,也是大气中过冷水滴的富集带。

气象数据显示,大气中90%以上的0℃至-20℃过冷水滴都聚集在8000米以下的低空空域,这类低温液态水滴一旦与机身表面发生碰撞,就会瞬间凝固结冰。同时,涡桨运输机多承担支线客运、货运以及军用战术运输、低空搜救、空投等任务,需要频繁低空飞行、穿越云雾区域,无法像高空喷气机一样规避结冰云层,长时间处于易结冰的气象环境中。

从动力布局与气动特性角度来说,涡桨飞机最核心的前置螺旋桨布局是重要结冰诱因。螺旋桨布置在机翼最前端,属于整机最突出的结构,桨尖线速度可达220至280米每秒,高速旋转过程中,云层中的过冷水滴受惯性作用无法随气流绕流,会大量撞击、黏附在桨叶前缘,快速形成明冰、毛冰。

不仅如此,螺旋桨高速旋转会扰动前方气流,汇聚周边分散的微小水滴,大幅提升发动机进气道唇口、机头区域的水滴浓度,让进气道和机头雷达罩的结冰风险增加,这也是后置动力布局喷气机不会出现的特殊结冰问题。

飞行速度带来的气动加热,是涡桨飞机易结冰的关键原因。高速喷气客机巡航马赫数可达0.78至0.85,气流高速压缩与机身摩擦会产生15至30℃的气动温升,能够让机身前缘表面温度显著提升,过冷水滴接触后会直接蒸发,难以附着结冰。而涡轮螺旋桨运输机巡航马赫数仅为0.35至0.55,飞行速度慢,气动摩擦温升仅有3至8℃,在低温高空环境下,这点温升完全无法抵消环境低温,机身表面温度极易降至0℃以下。

为了低速飞行、提升起降升力,涡桨运输机普遍采用高升力低速厚翼型,机翼前缘曲率大、外形钝圆,气流在翼面的转折过程平缓,过冷水滴很难随气流顺利绕流,撞击附着在机翼表面的水量大幅增加。

这类机型为满足低空作业需求,机身粗短、外露结构较多,外置起落架、各类天线、传感器等凸起部件,都是冰块附着的关键点,尤其是小型通勤涡桨飞机的固定式起落架,长期裸露在外,极易积冰,不仅破坏整机气动外形,还可能影响起落架收放与飞行平衡。

除此之外,涡桨发动机进气道短、进气口靠前,螺旋桨甩出的冰水容易被直接吸入压气机,会造成发动机叶片结冰、进气气流畸变,轻则导致发动机功率下降,重则引发喘振、空中停车,是涡桨运输机独有的重大安全隐患。

针对涡桨运输机的特殊结冰机理,航空工程中形成了一套合适的机型特性防冰、除冰技术体系,对于螺旋桨桨叶、机头雷达罩、发动机进气唇口等关键部件,行业主流采用电热防除冰技术,通过在桨叶前缘、雷达罩夹层内嵌电热膜与加热丝,依托发动机供电实现间歇恒温加热,短时高温让冰层与机体结构脱粘,再借助螺旋桨高速旋转的离心力将冰块甩出;

针对机翼、尾翼等大面积气动面,膨胀式橡胶除冰套是涡桨运输机的这类低速机型的主要除冰技术。

在机翼、平尾、垂尾前缘粘接多层柔性橡胶气囊,通过管路连通发动机引气系统,无结冰工况时,气囊收缩贴合翼面,不会破坏机身气动外形;当机身前缘积冰后,系统会控制高压空气周期性充放气,让气囊快速鼓起、收缩,通过结构形变撕裂附着的冰层,再依靠高速气流与机翼升力将碎冰带走,间歇循环的工作模式能够有效避免持续鼓包带来的飞行阻力增加问题;

对于机头风挡、空速管、起落架等外露小型部件,通常采用化学液体防冰方式,通过机载储箱储存乙二醇类防冰液,依靠增压泵将防冰液均匀喷淋在关键部位,防冰液与过冷水混合后能够大幅降低水体冰点,从源头阻止水滴凝固结冰。

不过受限于机载储液容量,这种方式仅适用于短时、局部防冰,主要用于起飞穿越结冰云层、短时低空结冰飞行场景,无法满足大面积机身与长时间防冰需求。

大型军用、货运涡桨运输机还可以使用发动机引气热防冰系统,从涡桨发动机燃气发生器引出高温高压引气,通入进气道夹层、机翼前缘空心结构,通过热传导持续加热机体壁面,让表面温度始终保持在0℃以上,属于主动防冰技术,能够避免冰层形成,防冰效果稳定可靠。但该技术存在一定弊端,引气作业会消耗发动机有效功率,导致结冰工况下飞机马力下降、载重受限,这也是飞机总体设计中需要重点权衡的性能指标。

整体而言,涡桨运输机的高结冰特性,是低空作业空域、低速飞行工况、前置螺旋桨布局、低速厚翼型等因素共同决定的,

新中运在试飞中,根据以前积累的经验,这些问题应该有效的解决!

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