飞友消息,德国弗劳恩霍夫结构耐久性与系统可靠性研究所(LBF)最近宣布了飞机除冰新方案。他们将压电致动器(Piezoelectric Actuators)布置在机翼下方,加电后致动器产生震动,将冰层震碎。

图:机翼怕冰 网络图片
机翼结冰一直是民航业难题,大家可能从《最后一个伞包》的课文中有过了解。现实飞行中遇到机翼结冰非常麻烦,它不仅会加大飞机重量,还严重破坏气流影响升力。在低空低温云层中飞行时,只要几分钟机翼就会裹上很厚的冰,早期经常导致空难。
飞机很多部位例如皮托管等也非常害怕结冰,不过皮托管体积小易于加热,防冰除冰问题相对简单。而机翼面积大结构复杂,防冰除冰工作较为困难。
现代化大型飞机仍然非常害怕机翼结冰,当温度太低湿度较大的时候,起飞前必须喷洒除冰液,而且必须迅速起飞。起飞之后,不同的飞机有不同的防冰除冰手段,有些飞机会给埋在机翼前缘等处的电热丝通电,避免结冰;有些飞机会让机翼关键部位膨胀变形,破除冰层;有些喷气式飞机会从发动机引流热气,吹掉冰霜。

图:起飞前除冰 摄:拉上窗帘
电热除冰比较费电,间接消耗燃油或影响发动机性能。引气会破坏机翼表面气流,在一定程度上影响升力。膨胀除冰也比较麻烦,它需要在机翼表面加装橡胶气囊,维护成本较高。所以几十年以来一直有人在研究新技术,想要做到更高效率的防冰除冰。
前苏联自上世纪60年代开始研究脉冲除冰,方法是在机翼蒙皮之下安装电磁脉冲线圈,通电之后震碎冰层。只要震碎冰层,飞行时的风力就会把碎冰带走。脉冲除冰技术在伊尔系列飞机上有长期实践应用,但反对意见认为可能加速金属疲劳。
现在各国研究的新型防冰除冰方案主要是超声波和压电。超声波类似超声波清洁,使用超声波震荡使冰层脱离。压电与超声波原理一样,但是频率更低,更加节能环保。弗劳恩霍夫说,他们的压电方案较传统方式节能约80%。

图:压电致动器很小很轻 网络图片
但超声波和压电都有“频率匹配”问题,也就是针对不同的冰层厚度和密度,需要使用不同的频率。要实用性地掌握频率匹配关系,需要极高的技术。另外这两种技术也可能对机翼造成伤害,影响耐用性。弗劳恩霍夫还在解决这些问题,争取早日达成实用。