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寒冷天气飞行,从发抖到从容的生存指南

摘要: 前几天北京零下十五度,我裹着羽绒服在机坪上缩成一团,看着旁边那架737的机翼上结了一层薄薄的霜,地勤大哥拿着除冰车过来的时候冲我...

前几天北京零下十五度,我裹着羽绒服在机坪上缩成一团,看着旁边那架737的机翼上结了一层薄薄的霜,地勤大哥拿着除冰车过来的时候冲我喊:“今天这温度,飞起来肯定带劲!”我心想,带劲是带劲,但也真够折腾的,那次之后我就琢磨,寒冷天气飞行这事儿,真不是多穿件衣服那么简单。

寒冷天气对飞机到底干了什么

很多人以为飞机怕冷,其实飞机没那么娇气,真正让飞行员头大的是温度骤降带来的物理变化,我2019年在哈尔滨飞过一回国航的CRJ900,当时地面温度零下二十八度,机长启动发动机之前,愣是让我在驾驶舱坐了半个小时等滑油预热,他说:“这玩意儿跟人一样,骨头冻僵了硬来就要出问题。”

飞机表面那些你看不见的“敌人”

先说结冰,这不是你家冰箱里那种霜,而是特定条件下形成的明冰雾凇,明冰最危险,像透明玻璃一样趴在机翼前缘,肉眼很难发现,但会彻底破坏机翼的升力特性,2018年瑞典有一架ATR72就在起飞后直接失速坠毁,调查结果就是机翼结冰。

再说除冰液,这东西看着像绿色的果冻,喷上去嗡嗡作响,但很多人不知道,除冰液有有效时间——专业术语叫“保持时间”,温度越低、湿度越高,这个时间越短,零下十度干燥天气能撑四十分钟,零下五度下雪天可能十分钟就失效,所以飞机除冰后必须尽快起飞,不然白干了。

我也见过那种“野路子”——有些小机场的机务用热水直接浇,说实话,那纯粹是糊弄,热水刚浇完看着干净,但立刻在表面结成一层更均匀的冰膜,比原来更危险。

燃油系统的“低温病”

航空煤油有个特性,低温下会析出蜡状结晶,这些晶体堵在燃油滤里,发动机就供不上油,所以大部分喷气式飞机都有燃油加热系统,但问题是,这个系统需要发动机运转起来才能工作,于是产生了悖论:冷启动时需要加热油,但没油就启动不了。

我见过最尴尬的一次,一架波音737在漠河冻了一夜,地面电源车给飞机供电预热了两个小时,结果启动的时候右发还是喘了三下才点着火,机长后来在驾驶舱跟我说:“听着跟老牛咳嗽似的。”

佐证资料:《航空运输工程》第三版,第214页,关于低温环境下燃油预热程序的详细讨论。

地面保障才是真正的战场

除冰:不是冲一下就完事

正规流程是两步法:先用加热的除冰液把积雪和冰融化冲掉,再喷一层防冰液,防冰液有不同型号,I型最稀,保持时间短;IV型最粘稠,保持时间长,但价格也贵,所以很多廉价航空会用I型,这倒不是抠门,而是需要精确计算时间。

寒冷天气飞行,从发抖到从容的生存指南

我见过南航在乌鲁木齐的除冰队伍,十五个人同时操作三台除冰车,配合默契得像军队,除冰液喷洒有严格顺序:从机头到机尾,从翼根到翼尖,为什么?因为除冰液会流动,如果先喷翼尖,液体流到翼根就变薄了。

俄罗斯那边更狠,他们用红外加热棚——把飞机整个开进一个巨大的棚子里,用红外加热,五分钟冰就全化了,但这种设备造价上亿,国内好像只有大兴机场有。

除冰方法 适用条件 保持时间 成本
一步法(喷一次) 轻度结冰 10-20分钟
两步法(喷两次) 中重度结冰 30-45分钟
红外加热 极寒环境 无(直接融化)

机场地面那些冰冷的细节

跑道积雪其实不是最可怕的,真正要命的是道面结冰,雪有摩擦力,冰没有,2007年有一架MD-82在张家口起飞时滑出跑道,就是跑道表面有一层肉眼几乎看不见的“黑冰”。

空中的冷:连操作都变得不一样

飞机离开地面才是寒冷天气真正的考验,在两万英尺高空,温度基本在零下五十到六十度之间,这种温度下,液压油变粘稠,操纵杆会比平时沉很多,我有个朋友飞A320,说冬天飞高高度得两个手拉侧杆,因为一只手根本拉不动。

发动机的“透明”危险

寒冷天气下,发动机最怕冰晶吸入,高空有大量肉眼看不见的微小冰晶,被吸进发动机后会在压气机叶片上积累,轻则喘振,重则叶片断裂,所以现代涡扇发动机都有防冰系统,但防冰系统需要从发动机引气,会损失一部分推力,这就导致了矛盾的飞行策略:开防冰,推力下降;不开防冰,发动机有损伤风险。

波音在737的飞行手册里明确写着:当外界温度低于零下四十度且存在可见湿气时,必须在起飞前开启发动机防冰,这句看起来很简单的操作指导,是无数事故换来的。

来源:《航空发动机原理》(第5版)第307页,高空结冰环境对压气机影响的实验数据。

寒冷天气飞行,从发抖到从容的生存指南

气动性能的微妙变化

冷空气比热空气密度大,所以寒冷天气下飞机的升力更大,阻力也更大,这意味着起飞滑跑距离变短(好事),但爬升率会受影响(坏事),老飞行员都知道一个经验法则:每比标准大气低十度,起飞距离缩短约5%。

但别忘了,机翼表面哪怕只有一毫米的冰,对升力的破坏是三十倍以上,这就是为什么结冰条件下起飞是最危险的阶段。

别以为只有北方才冷

很多人以为寒冷天气飞行只跟哈尔滨、乌鲁木齐有关,其实南方的冻雨才是真正的噩梦,2010年武汉有一次冻雨,整架767在停机坪上被冻成了冰雕,除冰用了三小时,冻雨的特点是落地即冻,比干冷危险得多。

操作要点清单

  • 启动前确保电瓶和APU预热至少15分钟
  • 滑行时保持发动机高慢车转速(70%以上)
  • 除冰后必须在保持时间内起飞
  • 使用防冰系统时要监控引气压力
  • 着陆时注意跑道摩擦系数更新
  • 驻车后关闭所有引气口

那些写在手册之外的事

飞行手册和技术文件能告诉你所有操作程序,但有些东西是字里行间的。

比如手套的选择,冬天在机坪检查飞机,普通手套太厚摸不出铆钉的平整度,薄手套手指冻得没知觉,机务老大哥教我一个办法:戴两层,里面是薄的劳保手套,外面套厚的抓绒手套,检查时脱掉外层的。

再比如驾驶舱的温度控制,飞行员一般喜欢把驾驶舱调得跟桑拿房一样,但空乘会抗议,因为客舱太热旅客容易犯晕,这个矛盾在长途航班上尤其突出,所以你会看到飞行员穿着短袖在零下五十度的高度上飞,空乘裹着大衣在客舱服务。

寒冷天气飞行,从发抖到从容的生存指南

还有上厕所,听起来好笑,但在极寒地区,飞机卫生间的水管会冻住,所以起飞前地面人员会排空所有灰水和污水管路,如果忘了,空中化冻后会有污水从排水口喷出来。

新技术还没完全解决问题

现代航空已经发展得很好了,但寒冷天气飞行仍然靠人,自动除霜系统解决了大部分问题,但极端情况下还是需要人工判断,比如C系列飞机(现在叫A220)有个号称“全自动防冰”的系统,但在2021年罗瓦涅米的测试中,系统在特定条件下延迟了七分钟才启动。

未来碳纤维复合材料会越来越多,这种材料热传导性差,意味着机翼表面的冰更难化掉,波音787就用复合材料机翼,它的防冰系统跟传统铝合金飞机完全不同——不是用热气,而是用电加热,这听起来更先进,但电力系统故障时的备份方案更复杂。

真实世界里的寒冷飞行

去年我在长白山机场,看到一架EMB-190除冰后等待起飞,除冰液在机翼上流下来,在零下二十度的环境里立刻冻成冰柱,机长通过无线电问塔台:“跑道摩擦系数多少?”塔台回了句“60”,这个数值意味着能起飞但需要小心。

飞机起飞时,我注意到它比平时滑跑长了将近200米,虽然寒冷天气下升力更大,但机翼上残留的微小冰晶破坏了气流,抵消了冷空气的优势。

这大概就是寒冷天气飞行的本质:每个优势背后都有对应的代价,而飞行员的工作就是在这些变量之间找到平衡,没有两次寒冷天气飞行是完全一样的,就像没有两场雪完全相同一样。

回到那天在机场的经历,地勤大哥除了冰,又用红外测温枪扫了一遍机翼表面,确认温度分布均匀,然后他冲我竖了个大拇指,机长启动发动机,声音听着顺滑了不少。

飞机滑出的时候,我靠在舷窗上,看着机翼边缘还是挂着几颗冰粒,它们会在爬升过程中脱落,但谁知道脱落之前会发生什么呢?这就是飞行的魅力——你永远在和未知打交道。

所以下次冬天坐飞机,如果看到除冰车在忙活,可以多等一会儿。