飛機防冰系統
飛機在飛行過程中，如果發生結冰現象，可能會造成嚴重的事故，本篇文章會說明飛機結冰如何產生、機上系統如何偵測，以及防冰系統的運作原理。
結冰發生的原因
飛機在飛行過程中，結冰需要有三項條件 :
- 充足的水氣
- 夠低的溫度
- 氣流停滯的地方
第1、2點很好理解，第3點需要說明一下。
如果氣流速度很快，水滴或冰晶無法附著於機體表面，就無法累積發展成結冰。 因此平滑的機身或機翼表面，不容易形成結冰，只有在氣流撞擊機體的地方，因為流速停滯，冰晶才有機會附著成長，發展成整塊冰塊。
這些氣流停滯點，包括機翼前緣、引擎進氣口、空速管等，不但容易結冰，也是結冰後影響最嚴重的地方。 例如:
- 機翼前緣 : 結冰將會破壞機翼外型，導致升力下降，甚至飛機墜毀
- 引擎進氣口 : 結冰會造成進氣不順，或冰塊剝離，打壞風扇葉片
- 空速管 : 結冰會使管口堵塞，造成空速顯示異常，無法操作飛機
- 螺旋槳葉 : 螺旋槳如同機翼，一旦結冰將影響推力的產生
飛機的防冰系統與地面的除防冰作業
另外要澄清的是，飛機上的防冰系統功能，與地面上的除防冰作業不同。 地面除防冰作業，是為了清除飛機停在地面時，機翼及機身上的積雪或積冰，而飛機上的防冰系統，是針對飛機在飛行期間，防止重要部位結冰。
因此飛機上的防冰系統，只安裝在上述幾個，容易發生氣流停滯點的地方 : 機翼前緣、引擎進氣口、空速管 (及其他大氣偵測系統)、螺旋槳葉等，並不是全機體都有，不能取代地面的除防冰作業。
飛機防冰系統原理
防止結冰最直覺的方法，就是加熱。 只要在上述容易結冰的地方，持續加熱，就可以有效防止結冰。
目前加熱的方法有兩種:
- 將引擎壓縮段的熱空氣，利用管路引導到需要加熱的地方。 這種方法常用在機翼前緣或引擎進氣口，空間比較大的地方
2. 加裝電熱絲或電熱毯。 這種方法用在空間較小，不易使用熱空氣導管的地方，像是螺旋槳葉、空速管、攻角感測器、大氣總溫量測器 (Total Air Tamperature)。
備註: 波音 B787因為沒有使用引擎引氣系統(Engine Bleed)，因此機翼前緣的防冰，是靠電熱毯方式加熱。 但引擎進氣口的防冰，仍是採用引擎壓縮段導出的熱氣)
比較特別的是 ATR 系列的飛機，其機翼前緣及引擎進氣口的防冰系統原理，是利用反覆充氣膨脹的橡膠套，來破壞結附在表面的冰。 如底下影片
不過其防冰效果一直被質疑，已有多起ATR的墜機事故，調查結果顯示與飛機結冰有關 (復興航空GE791貨機事故、 American Eagle Flight 4184 等)。
結冰偵測系統
防冰系統不能一直開啟。 一方面如果外界溫度不低，加熱部位有可能會過熱損壞，另一方面加熱需要能量，會增加飛機油耗。 所以飛行員會根據天氣預報或參考當時狀況，決定是否開啟防冰系統。
飛機上也有結冰偵測系統，可協助飛行員判斷是否需開啟防冰系統，或讓防冰系統設定在 “自動” 位置時，自行開啟/關閉防冰系統。
結冰偵測的原理, 目前有底下幾種 :
- 藉由量測大氣中的水氣含量及溫度，預判發生結冰狀況的可能性 (例如波音 B787機型)
- 藉由結冰附著在桿子上時重量增加，進而改變其震動頻率的原理，偵測是否出現結冰現象 (如B747、B777、A320等機型)
另外有些機型會在駕駛艙附近 (機外)，裝設一個容易結冰且容易觀察的偵測桿。 讓飛行員可以用目視方式觀察到結冰現象 (例如A320、ATR機型)。
氣象預報
所謂預防勝於治療，如果能知道容易結冰的區域，飛行時 (或航路規劃時) 就可避開。 飛行員(或簽派員)可由底下方式獲得相關訊息:
- 顯著危害天氣警報 (SIGMET) :
當可能(或已經)發生危害飛航安全的天氣狀況時 (積冰即是其中一種)，飛航情報區內的氣象單位，會以電報的方式，發送天氣報告。 範例 :
ZHWH SIGMET 3 VALID 021100/021500 ZHHH-
ZHWH WUHAN FIR SEV ICE FCST N OF N28 SFC/FL200 STNR NC=
(武漢飛航情報區 顯著危害天氣警報 3號 有效期間 X月2日1100-1500 Z)
(武漢飛情報區 嚴重積冰 預報發生在 北緯28度以北區域 高度從海平面到飛航空層200 近乎滯留 強度不變) - 顯著危害天氣預測圖( SIGWX CHART) :
相較於電報的文字格式，天氣圖讓影響區域更容易解讀，但缺乏電報的即時性，比較適合預報的型態。
- 飛行員報告 :
藉由飛行員向航管單位提供，遭遇到的嚴重天氣狀況 (亂流、積冰、風切等等)，航管單位可分享給其他即將進入該區域的航機參考。
結論:
- 飛機在飛行過程中，發生結冰的狀況，需要有三項條件 :
1. 充足的水氣
2. 夠低的溫度
3. 氣流停滯的地方 - 機翼前緣、引擎進氣口、螺旋槳葉、空速管等是最容易結冰的地方，也是防冰系統要防護的地方。
- 防冰系統的運作方式有三種:
1. 用電熱絲或電熱毯加熱
2. 用引擎壓縮段的引氣加熱 (Engine Bleed Air)
3. 用反覆充氣膨脹的橡膠套破壞結冰 - 結冰偵測系統可協助飛行員判斷結冰的可能，運作原理有底下三種:
1. 量測大氣濕度及溫度做預判
2. 用偵測桿振動頻率的改變，判斷結冰現象的發生
3. 提供飛行員以目視的方式，觀察結冰的發生 - 飛行員可以由以下途徑，獲得飛行路徑上有關積冰的氣象資訊:
1. 顯著危害天氣警報 (SIGMET)
2. 顯著危害天氣預測圖 (SIGWX CHART)
3.飛行員報告
參考資料
運安會 復興航空GE791事故報告
https://www.ttsb.gov.tw/media/3437/asc-aor-05-04-001-2.pdf
飛航服務總台 航空氣象電碼彙編
https://aoaws.anws.gov.tw/data/tamc/DownloadFiles/code.pdf
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