飞机对环境及适应性.docx

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飞机对环境及适应性

飞机对环境的适应性

在GJB4293《装备环境通用要求》中，环境适应性的定义为：

“装备在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有功能、性能和（或）不被破坏的能力，是装备的重要质量特性之一”。

从可靠性的概念可知，环境是可靠性设计和分析的第一要素，军用飞机在贮存、运输和执行任务的各个环节中，经受着相当严酷的环境条件（包括气候、机械、电磁等）的考验。

大量事实表明，环境是导致包括军用飞机在内的各种武器装备失效和功能下降的一个重要因素。

我国地域辽阔，南北方温差大，西部风沙干燥，南方沿海温热盐雾，尤其是还有被称之为“世界屋脊”的青藏高原，造成了我国自然环境的千差万别。

其气候环境、化学环境、高原环境都对装备性能产生较大影响。

对飞机而言，其不仅要在陆海空等范围内使用，军用飞机还将在敌方武器威胁环境、电子战环境，甚至生化、核环境等作战环境中使用。

因此为了充分发挥武器装备的作战效能，必须对军用飞机的环境适应性要求及评价指标体系进行研究，使之更好适应我国复杂多样的各种环境。

1、飞机环境适应性研究的必要性

近几年,我国的军用飞机建设的发展步伐十分迅速。

飞机的研制由过去的重点考虑性能，转移到性能、可靠性、维修性、保障性以及价格的综合考虑，尤其是装备的环境适应性在研制过程中得到了很大的重视，正逐步向系统化的方向迈进。

因此提高飞机的环境适应性是一项十分迫切而又艰巨的战略任务,必须加以高度重视。

环境技术的发展程度已成为衡量一个国家工业发展水平和产品质量的重要标志之一。

军用飞机面对的环境可分为两大部分:

自然环境和作战环境（如图1所示）。

图1影响飞机环境适应性因素分类图

自然环境是指某地域作为战场之前已有的各种环境因素的总和，包括:

地形、气候、海情、植被、辐射，以及存在于地球表面及其附近的其他环境因素。

作战环境指某一地域中以前并不存在，只是作为战场以后由于敌我双方的交互作用才产生的各种环境因素的总和，包括：

目标特性、电子战环境、火力、核辐射、化学武器、友邻部队情况等。

这两类因素共同作用时，会对飞机的性能造成严重的影响。

军用飞机不适应预定环境而造成的损失比比皆是，美军沿海空军基地以此故障调查表明，引起故障的原因中，气候环境占73%，机械环境占27%。

美国近年环境腐蚀（化学损伤之一）损失达3000亿美元/年，约占其GDP的3%。

军工产品的环境腐蚀更为严重。

为此将增加修理、更换和后勤保障的难度，减少训练时间，降低装备的完好率，缩短使用寿命，严重影响部队的战斗力。

表1部分环境对飞机的影响及典型故障

由于篇幅的限制以及某些资料来源不足的原因，同时鉴于对飞机环境适应性评价的多因素和多层次性以及环境影响因素的随机不确定性,因此，在诸多环境因素中，我们只能针对几个影响性较大因素来进行分析。

2、温度对飞机的影响

根据相关资料的报道，机载设备在使用中发生的故障有52%是由环境因素引起的，其中温度的变化所造成的影响占据主要部分。

关于温度的影响分为低温和高温两部分，下面分别叙述。

2.1、低温对飞机的影响

我国地域辽阔，高寒地区的国土面积占有相当大的比例，而低温环境会影响军用飞机的使用性能，危及飞行安全，因此，很有必要对就严寒环境对军用飞机的影响进行研究，特别是对结冰给飞机飞行性能带来的影响，进行研究和制定预防措施。

2.1.1、严寒地区的划分和环境特点

严寒地区是指地处高纬度，全年有3个月以上时间冰雪覆盖，月极端气温在-30℃以下的地区。

我国的东北大部、西北、华北部分地区以及西藏的部分地区均属严寒地区。

这一地区的特点是：

气温低、持续时间长、昼短夜长、能见度低。

黑龙江和新疆北部一月份平均昼间时间仅7～9h，夜间时间则长达l5～17h，雾气弥漫，白天能见度不高。

-20℃以下持续时间在1～3个月以上。

极端最低气温达-52.3℃（黑龙江大兴安岭地区），有的地方（新疆乌洽土尔格特地区）全年几乎每天都有0℃以下气温出现（360.9天）。

2.1.2、低温环境对飞机的影响

在低温环境下，军用飞机的的各个部件会受到不同程度的影响（如表2所示）。

表2低温环境对军用飞机部件的危害

结冰是低温环境中的一种常见现象。

根据飞机积冰部位的不同，积冰对飞机的性能和安全主要有以下危害：

（1）飞机在空中飞行时，积冰在机翼和尾翼前缘最多，使飞机的空气动力特性和飞行特性显著变坏，机翼形状变形，破坏空气绕过翼面的平滑流动，使飞机升力减小，阻力增大。

图1直升机因积冰而被迫降落

（2）飞机动、静压孔积冰会使速度表、高度表、迎角指示器、M数指示器、升降速度表等一些重要驾驶仪表失效或者失真，使飞行员失去判断飞行状态的依据，飞机可能已进入危险状态而使飞行员无法觉察。

（3）积冰出现在进气道口，阻滞气流，使气流发生局部分离，当冰屑脱离，进人发动机的叶片，会造成叶片的机械损伤，当严重时，可能造成发动机的损坏或熄火。

（4）飞机风挡积冰会严重影响飞行员目视飞行，特别是在着陆时，由于判断着陆高度不准确，可能影响着陆安全。

（5）飞机天线积冰会影响通讯，甚至中断联络。

强烈积冰能使天线同机体相接，发生短路，无线电航行设备失灵现象。

总之，虽然积冰对飞机产生很大的危害性，但也可以人为的去避免，只要把积冰的原因和条件分析清楚（如表3所示），就可避免飞机积冰现象。

表3军用飞机结冰条件及影响因素

2.1.3、预防措施

（1）在地面做好预防，在飞行前认真研究起降场和航线天气情况，充分了解自己所飞航线区域的天气情况（0℃等温线的高度），收集积冰预报资料，确定可能积冰条件，制定出预防措施和应急措施（如脱离结冰区的办法、返航、备降等）；仔细检查飞机除冰设备是否处于良好状态，做好防冰除冰的准备工作，如果机身上已有冰霜，则必须彻底清扫干净；建议对于长时间停场未起飞的飞机，在滑行前要对飞机的操纵系统进行检查。

飞行前完成发动机试车工作。

（2）提倡无污染起飞，在停机后，如预计停放时间较长或过夜，并且有冻雨或湿雪现象，气温较低（在0℃以下），则检查发动机进气道的积水、雪、冰，并加以清除后盖上进气道的盖子，以防止结冰。

如果飞机存在积冰现象，那么在地面上也往往伴随着地面结冰现象，在起飞和落地的过程中，更应该注意污染跑道上对侧风和污染跑道的规定。

（3）空中保持无线电畅通，及时应对结冰情况在飞行时，调高座椅，观察飞机外部是否有云区，原则是尽量避开至少20km以上的距离，尽量朝着雷暴的上风方向飞行，尽可能不要从云体的上方通过。

如果积冰较强，影响操作时，应迅速脱离积冰区。

当飞机已遇到强积冰而除冰设备不能奏效时，应沉着冷静，保持平飞，尽量避免急转弯、急剧上升和小半径盘旋飞行等剧烈动作，及时联系备降场，就近降落。

在着陆时，也不要把油门完全收尽，否则会导致飞机失速的危险。

总而言之，不管飞机哪个部位积冰，都会影响飞机的正常工作，在严重时则危及飞行安全，造成人员的伤亡，我们只有了解结冰的成因，并采取积极的预防措施，才能最大限度降低结冰对飞行造成的影响。

2.2、高温对飞机的影响

对直升机而言，其大部分时间是处于地面待命和维护状态。

当它们部署在我国东南沿海时，就很容易受到当地的高温环境的影响，从而产生故障。

2.2.1、故障产生机理

当物体周围的温度升高时，其内部分子运动的速度也会随之变快。

分子动能的增加将导致物体的膨胀、物体状态及物理特性的变化，其中一个很重要的变化就是蠕变。

这种不可逆的塑性变形会严重导致飞机内的零部件的形状和尺寸发生变化，甚至发生破裂，因此会使设备发生故障，导致其不可靠、不安全。

2.2.2、高温对飞机所产生的影响

高温对材料的影响很多,主要是使材料性能恶化,造成元器材失效或设备故障。

故障模式可以从结构完整性破坏到相变引起灾难性的破坏。

这些可能是热力效应、电磁效应、辐射效应、化学动力学效应作用的结果。

由于高温而导致的飞机故障包括：

1、不同材料膨胀不一致使得零部件相互咬死。

2、润滑剂粘度变低，润滑剂外流造成连接处润滑剂减少。

3、材料尺寸全部或局部地改变。

4、包装、衬垫、密封、轴承和轴发生变形、咬合失效,引起机械性或者完整性故障。

5、衬垫出现永久性硬化。

6、外罩和密封条损坏。

7、固定电阻阻值改变。

8、温度梯度不同和不同材料的胀差使电子线路的稳定性发生变化。

9、变压器和机电部件过热。

10、继电器以及磁作动或热作动装置的吸合/释放范围变化。

11、工作寿命缩短。

12、固体药柱或装药分离。

13、密封壳体（炮弹、炸弹等）内产生高压。

14、爆炸物或推进剂的加速燃烧。

15、爆炸物在其壳体内膨胀。

16、炸药熔化和渗漏。

17、有机材料退色、裂解或龟裂纹。

18、合成材料的放气。

值得注意的是，上面所说高温对材料、对设备影响，有些会立即引发设备的故障，特别是当环境温度超过某种材料的使用温度极限时；有些则需要较长时间的累积，甚至需要与其他环境因素一起，才能引发比较显著的故障。

前一类故障称为阈值故障，后一类称为累计故障。

通过对气象观测数据的分析可以看到，我国东南沿海和南海地区复杂环境中所谓的高温条件一般不会超过40℃考虑到平台的诱发环境，一般也不会超过50℃，所以一般不会使机载设备出现阈值故障。

但是，设备长期在比较高的温度作用下，特别在是伴随高湿、盐雾等其他环境因素的情况下，设备容易产生累积故障。

在实际的复杂环境中，高温总是和其它环境因素共同对设备产生影响，只不过有时占的比例大，有时占的比例小。

例如，太阳辐射对设备的影响主要是加热效应和光化学效应，高温和加热效应显然会产生叠加，使产品温度更高。

另外，高温会使光化学反应加剧；设备长霉，霉菌是主要因素，而适宜的温度和湿度却是霉菌生长不可缺少的条件；盐雾对大多数金属具有腐蚀作用，原因是发生电化学反应，高温会加速这种电化学反应；设备在复杂环境中贮存、运输和使用时，总会受到与高温综合在一起的潮湿影响，温度越高，在相同的湿度下绝缘受潮速度越快，因此潮湿对材料和设备的影响是和温度分不开的。

3、沙尘环境对飞机的影响

我国是世界上沙漠面积最大的国家之一。

我国的沙漠，除指地表为流沙、沙丘的地区外，亦指由粗大的砾石覆盖地表的荒漠，即蒙语中的“戈壁”。

我国是沙漠化危害严重的国家，沙漠呈一条弧形带绵亘于西北、华北和东北的土地上，这一弧形沙漠带南北宽600km，东西长4000km，再加上藏北高原的荒漠地区，沙漠面积达149万平方公里，占国土面积15.5%。

沙漠化地区的沙尘环境对直升机的性能和使用可靠性有很大的危害。

研究沙漠地区的气象特点，沙尘环境对直升机的危害，沙尘环境中直升机飞行及防护对策，这对减轻沙尘环境所造成的危害，提高直升机的战备完好性是非常必要的。

3.1、沙漠地区的气候特点

（1）大风日数多

我国的内蒙地区，新疆地区、青藏高原均是大风多发地区；不但大风日数多，而且风速大。

新疆乌鲁木齐的达坂城，年平均有百日以上八级大风。

瞬时风速甚至达60m/s，远远超过了十二级风

32.6m/s的风速。

（2）年降水量少

戈壁沙漠地区为半干旱、干旱气候区，年降水量偏少，大部分地区在100mm以下，有的地方年降水量也不过10mm多，如吐鲁番的托克逊年降水量为4mm，是我国年降水量最少的地区。

而蒸发量却大于降水量的几倍到几十倍，气候十分干燥。

（3）极端气温悬殊

沙漠地区冬夏季节明显，极端气温悬殊，冬季有的地区气温降到零下45℃；夏季有的地区气温高达近50℃。

吐鲁番海拔低，地表岩石、沙砾裸露，日照时间长，地表极易受热而又不容易消散，夏季温度高，是全国夏热中心，素有“火洲”之称，7月平均气温高达33℃，为全国之冠，极端最高气温为49.6℃，是目前全国气象台站观测到的最高纪录。

（4）昼夜温差大

有的地区昼夜温差在20～25℃之间，最大差值可达30℃。

（5）风沙浮尘天气多

沙漠地区降水量少，植被缺乏，一有大风就会产生风沙、浮尘天气，浮尘天气可持续数日。

特别是沙尘暴天气，我国沙尘天气严重的测站年沙暴日数见表4。

表4沙尘天气严重地区的