积冰条件下的签派处置决策研究
摘要：本文总结分析了积冰天气的原理、种类、特点等知识，结合机场保障能力研究空中和地面结冰条件对飞行安全的影响，在此基础上运用签派资源管理的思路和方法，制作签派员的处置措施决策树，为减少签派员在积冰天气下运行时的决策遗漏和航空运输的安全保障提供必要的技术支持。飞机在空中遭遇重度积冰或地面除冰不彻底时，易酿成严重飞行事故或事故征候，飞行签派员在放行航班时要及时了解天气变化和最新的航行通告，掌握飞机维护进展和机场的流控情况。在运行不畅事要及时调整航班。对于飞行中的航班，当监控到航路和终端区有积冰天气时，一定要及时将情况告知飞行机组，并做好技术支持和保障工作。
飞机积冰,即机身关键表面附着或聚集了冰、雪、霜的现象。每年因空中严重积冰或因地面除防冰工作不到位而诱发的不安全事件甚至事故症候仍有发生。若飞行过程遭遇严重积冰,则飞机的空气动力性能会迅速削减，导致飞机的稳定性降低甚至使飞机失速，带来灾难性后果。
空中积冰产生的主要原因是飞机在穿云过程中,云中过冷水滴与机身碰撞后迅速凝结。地面积冰产生的主要原因是秋冬季节冷湿空气凝结或冰冻雨雪直接附着。
飞行过程中，当飞机穿越含有大量过冷水滴的云层时，由于过冷水滴本身稳定性不强，受飞机碰撞或扰动后会立即冻结。过冷水滴在温度低于零摄氏度时仍以液态形式存在，这种状态的确有悖常识，通过图1做一些解释。
图1 水三相变化压力-温度图
从图2-1中橙色的线条（BO线）可以看出，在标准大气（101.325kPa）条件下，水的冰点为零摄氏度，但水的冰点温度会随压力升高而降低。因此，只要在高于一个标准大气压的压力环境下，低于0℃低的液态水就能存在。另外云中水滴直径小至几微米到几十微米，水滴表面曲率很大，表面张力对水滴的内压力相应很大，有可能会高于一个标准大气压。这就为过冷水滴的存在提供了条件。
(二)影响空中积冰的因素
空中积冰的形成主要受三大因素的影响：
一是飞行阶段的大气环境因素,如云中温度、气流运动状态、水汽含量等要素。研究表明，积冰大多集中发生在温度为0℃－-10℃范围内。当气温低于-40 ℃时，不会出现任何类型的积冰，因为此时不存在过冷水滴（如图2）。
图2 积冰概率与气温的关系
二是飞机机身流线特点, 尤其是前缘襟翼等迎风面最易积冰。若机翼表面等增升部件积冰，将破坏升力生成流线，并极大地削弱飞机操纵性能。试验研究数据表明，因机翼和尾翼积冰产生的阻力增加占飞机积冰引起阻力增加的70％-80％。
三是飞机的飞行状态, 如空速、无线电高度、俯仰姿态等。在其它条件相同的情况下，积冰强度与飞机空速成正比。由图3可知，积冰最容易发生在10000英尺，50％发生在5000－13000英尺。
图3 积冰发生的高度
一般而言，积冰按透明度、光滑度、冻结牢固程度分为四种：明冰、毛冰、雾凇和霜。其中，雾淞是最常见的类型（如图4），占实际积冰发生情况的72%，其次是明冰，占20%。
图4 各类积冰发生频率
1.明冰
明冰十分透明，且表面触感光滑，一般在飞机遇到温度为0—10℃的过冷云时碰撞过冷水滴形成。
在明冰凝结过程中，只有少部分水滴是在与机体碰接处立即凝结的，大部分水滴是随气流蔓延到较后部位逐渐冻结，因此形成的明冰具有无气泡、密度大、透明、质地坚硬，呈透明玻璃状等特点，也正是由于这样的特点，机组往往很难发现它的存在。
2.毛冰
毛冰，又名瓷冰，特点是表面粗糙不平、冻结坚固且不透明。有时会和混夹的冰晶一起冻结，内部结构不均匀，色泽类似白瓷。毛冰多在由冰晶和雪花组成的混合云中飞行时形成。
3.雾凇
雾凇是由粒状冰晶组成，是一种表面粗糙且不透明的积冰，多在混合云中形成。雾淞结构松脆，附在飞机表面不牢固，易被气流吹走。一般出现在机翼前缘和机体其它突出的部位，如风挡有雾淞时，飞行机组的视线会受到影响。
4.霜
霜是未饱和的空气与温度低于0℃的机身接触时，水汽直接凝华而成的白色小冰晶层，通常当飞机由高空下降至中、低空时形成。当飞机穿越锋面，由冷气团进入暖气团飞行时，也会有霜形成。
积冰强度是指单位时间内机体表面所形成冰层的厚度，分为：微量、轻度、中度和严重4个等级。
微量积冰产生时冰层的生成速度略大于其升华速度，这种积冰没有明显危害，无需启动防冰除冰设备，也无需改变飞行高度或航径。
轻度积冰指如果该积冰持续时间长达1小时以上，则将对飞行构成威胁。此时，间断使用防冰除冰设备成为必要，而如果需要在这种环境中长时间飞行，则必须改变航路或飞行高度。
中度积冰只要持续很短时间就会对飞行造成威胁，因此必须启用防冰除冰设备。一旦预计持续的时间略长，则要求改变航路或飞行高度。
在严重积冰的环境下，防冰除冰设备已无法将冰层去除或阻止积冰增加，此时须立即改变航路或飞行高度。
据研究，机翼和尾翼前缘迎风面出现积冰的几率最大，当机翼或尾翼积冰时，翼型结构会被破坏，飞行过程中的性能会出现变化，如阻力增大、升力减小、失速攻角变小、失速速度增大等。这些变化都使飞机飞行的性能严重削弱，可操控性能降低，同时还增大了燃油消耗。
起飞滑跑阶段，积冰会使飞机达到安全抬轮速度所需要的滑跑距离增大，滑跑时间随之延长，所需可用跑道长度增加；在爬升阶段，飞机爬升率降低，失速攻角减小，而此时的飞机还在加速阶段，速度还不够大，因此极容易诱发失速。
巡航阶段，积冰使得航空器的流线型遭到破坏，增大油耗，空中预计飞行活动半径因而减小。此时，如果遇到一些不可预期的情况，比如备降、返航等，就有可能出现油量不足的情况。
进近阶段，飞机处于低速，积冰会改变机翼和尾翼的气动外形，飞机的稳定性会受此影响，严重时操纵性能会完全失效。
地面运行阶段，冰的聚积具有不对称性，首先在迎风的一面开始冻结，因此飞机表面上冰层的厚度不一样，这会给安全性和正常性带来很大隐患。有关飞行试验显示，即使机翼上只有0.1英寸（2-3毫米）的霜，也会使失速速度增加约35%，起飞滑跑距离增加一倍。
四、飞行签派员处置决策研究
（一）气象条件及航行通告变化跟踪
1. 由于西伯利亚冷高压向南侵袭的影响，冬季我国大部分地区温度会大幅下降，在东北及内蒙古地区甚至会有零下几十度的极寒天气出现。冷锋过境也会给我国大部分地区带来降雪天气。大体来看，降雪量是由南向北递增。北方易出现大雪天气，而南方则可能出现冻雨天气。这些天气都会给航班安全和正常运行带来无法估量的影响。因此，及时关注天气的发展动态十分重要，要对冷锋的移动方向、速度、强度和可能造成的地面以及航路的影响要做好预判，并且制定应对的预案。
2.在航班运行时，对于已经出现雨雪天气现象的站点，要及时跟踪天气动态变化，同时要兼顾上下游的天气实况，以便对未来站点的天气变化作出合理判断，也要第一时间通过ACARS与飞行机组取得联系，向飞行机组提供具体信息。
3.在航班结束运行后，对于出现雨雪天气现象的站点，要及时跟踪天气变化，并了解当地的除冰雪能力，以此来充分评估雨雪天气对次日航班的影响，并根据具体情况作好相应的布置安排。
4.持续关注和监控机场有关雨雪天气的航行通告进行，对于有影响的相关通告，必须第一时间发现、第一时间通报、第一时间处理。
（二）冰雪天气航班调整
1.对于已经出现大雪等恶劣天气的机场，如果飞机在本场，那要充分考虑多方面条件，包括飞机除冰等待时间，机场跑道清理时间，机场飞行机组的休息期，次日航班的时刻，后续的连带影响等，果断进行合并取消等处理，力保次日航班的正点运行。
2.尽量避免将飞机放到预期将发生大雪等恶劣天气的机场，及时对航班和飞行机组进行调整，做到安全效益并行双飞。
3.积极运用取消、连飞、直飞、合并、次日补班等控制手段，使航班尽快从混乱状态恢复正常。
（三）航班放行注意事项
1.签派员要熟练掌握公司除防冰手册以及各个机场的除冰运行手册，掌握各个机场除防冰特点，并能熟练查阅除防冰液型号等具体知识。
2.在机场繁忙时段起飞的航班，必须考虑到由于定点或机位除冰带来较长时间等待这一问题，而且也可能会出现长时间的流量控制，并在制作飞行计划时予以充分考虑，避免因地面等待过程使油量消耗过多，导致机上剩余油量低于计划油量。
3.航班在高寒地区运行时，如果存在已知和预知的雨雪天气，一定要在航班放行前确认飞机和跑道的适航性。
（四）冰雪天气签派员处置措施决策树
绘制《冰雪天气签派员处置措施决策树》（如图5），分为四大板块（运行环境、飞行计划制作、航班放行评估、航班运力调配）、十个主干，共二十一个思考点，有助于签派员在结冰条件下做好航班放行和保障工作。
图5 冰雪天气签派员处置措施决策树
五、总结
积冰会严重损耗飞机性能，因此，飞行签派员必须给飞行机组提供最新的天气情况和趋势并做详尽的解释。此外，必须认真掌握公司的除防冰大纲，要在放行航班前及时跟踪气象条件及航行通告变化，随时掌握飞机的适航情况。对于繁忙机场或繁忙时段起飞的航班，要充分考虑排队除冰带来的长时间等待和可能出现的长时间流控等问题。对于空中可能出现的积冰区域，如果刚好处在在航班运行的航路以及同一高度上，签派员要第一时间通知飞行机组最新天气情况，方便机组做好充分准备，保障航班运行的安全、平稳、有序。 （何宁 中国邮政航空有限责任公司）
六、参考文献
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