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飞机结冰致灾与防护关键基础问题研究——中国空气动力研究与发展中心创新成果
2019-10-15
众所周知，结冰是影响飞行安全甚至导致灾难性事故的重要原因之一。据美国联邦航空管理局的统计，1990—2000年10年间，全球因结冰导致的飞行事故达388起；随着飞行密度的提高，2003—2008年5年间与结冰有关的事故高达380起。我国近年也发生了多起因结冰导致的飞行灾难，2004年的包头空难导致了55人丧生；2006年发生的“6.3事故”是我国历史上影响较为严重的军用飞机飞行空难，直接导致了40名军事专家全部罹难。鉴于飞机结冰的严重影响，世界各航空大国对飞机结冰问题的研究极为关注，如美国航空航天局（NASA）将飞机结冰相关研究列入民用航空技术领域未来10年高度优先的技术发展计划，欧盟也将飞机结冰及防护列入欧洲航空未来20年的科研重点之一。随着我国航空科学的快速发展，开展飞机结冰及其防护相关基础问题的研究显得愈发重要而紧迫。
在当前航空技术日趋成熟、防除冰技术日益发展的背景下，飞机结冰导致的飞行灾害仍时有发生，产生这一现象的原因在于：从飞机结冰致灾演化链路中各环节所提出的结冰防护需求不一定能全面覆盖实际条件下的结冰致灾范围。图１为飞机结冰致灾链路图，飞机在结冰环境中飞行时可能遭遇结冰，结冰导致的表面形状改变会直接影响飞机的气动特性，进一步影响到飞机的飞行特性，当破坏性影响达到一定程度时，将会导致飞行灾难。飞机结冰防护系统的设计依据是结冰致灾演化链路中各环节的边界对应的防护需求，目前对各边界的影响因素及其规律把握精确度上的不足，一方面可能导致设计的防护范围不能完全涵盖致灾区域，带来安全隐患；另一方面，防护范围在某些情况下又冗余太大，影响飞机的飞行性能和经济性能。
飞机结冰是涉及流体动力学、热力学、传热传质学、空气动力学及飞行力学等多学科多物理过程非线性耦合的复杂过程，其中存在的一些基础科学问题尚未得到有效解决，现有的结冰防护手段还不能完全消除结冰的危害。为了从科学上揭示飞机致灾的本质，掌握科学的结冰防护与应对方法，在实施国家科技重大专项大飞机工程的背景下，2015年，国家批准国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“飞机结冰致灾与防护关键基础问题研究”（项目编号：2015CB755800）立项，经过近5年的攻关，项目已基本达到预期的研究目标。该项目由中国空气动力研究与发展中心承担完成，桂业伟担任项目首席科学家。
