看完这篇也许你就敢坐飞机了——飞机安全性监测方案

PART 01

飞机作为当今社会一个十分普及的长距离运输工具，已经成为了无数人不可或缺的交通方式了。

但是貌似最近好像看起来有点不大太平……

5月19日，伊朗总统莱希的直升机在东阿塞拜疆省山区坠毁，包括总统在内的多名高级官员不幸罹难。

5月21日，新加坡航空一架客机飞行途中遭遇严重气流颠簸，紧急降落在泰国曼谷素万那普机场。据泰国媒体报道，该事故造成1人死亡30人受伤。

新航事件飞机机舱一片狼藉

PART 02

Q：为何造成如此严重的事故？

A：从表象进行分析，引起这两起事故的重大因素中，恶劣的外部飞行环境占很大的比重。但在讨论之前我们得分为直升机和飞机两个维度，因为他们的飞行方式和飞行环境都不相同。

飞机

此次新航的事故的罪魁祸首就是“湍流”——由于大气中热力分布不均、地势阻挡等产生不稳定气流。因为这些不稳定气流范围有大有小，方向和速度也各不相同，所以飞机一旦遇到“湍流”，其飞行状态会发生改变，这种改变直接的表现就是飞机的颠簸。

飞机在高空中经历的气流示意图

通常，强烈的颠簸出现在进入和离开高空急流带以及积雨云和浓积云的周围，但事发时飞机所处区域为低纬度地区，这个季节通常没有形成强烈颠簸的急流带，所以这种急流引起的晴空颠簸可能性很小。资深机长陈建国机长分析称“据现有资料看，这架飞机误入积雨云或浓积云的可能性较大。”

直升机

相较于固定翼飞机，直升机主要飞行在低空，在山区飞行风险更大，由于地形、天气和气流的影响，会面临不同气温、湿度的组合变化，影响直升机的性能，恶劣天气（比如团雾、强对流天气）或风切变，都有可能造成事故。此次伊朗事故的官方说明为“直升机由于恶劣的天气和大雾被迫硬着陆”。由于航线位于阿塞拜疆山区，周围环绕水库、森林，充足的水汽进一步促成了大雾天气和其他恶劣飞行条件。

搜救队在阿塞拜疆山区的恶劣天气下搜索坠机

Q：这些环境因素是怎么影响飞行的？

A：能够给飞行造成困扰的环境因素众多，其中“大雾”和“积冰”是危险系数较高的两种：

积冰

飞机积冰是机身表面一些部位产生冰层聚积的现象，飞机在云中或降水区中飞行时，云中的过冷云滴或降水过程中的雨滴与机身碰撞后冻结而形成，也可直接由水汽在机体表面凝华而形成。飞机积冰多发生于对流层内，尤其是FL100-250（飞行高度3000—7500m）的飞行器更易遭遇较强积冰。具体物理量分析可以通过K指数来进行积冰预测，其定义为： 

其中T850和Td850代表850hPa上的温度和露点温度，而(T-Td)700代表700hPa上的温度露点差。历史数据表明，高K指数区或K指数增大区的积冰概率高。举个例子，在500hPa、700hPa航线上，我国四川境内的温度露点差平均为1.3℃和0.7℃，飞机穿越温度在-4℃至-10℃范围内出现积冰的概率最大。

一旦积冰产生，将产生以下影响：

破坏飞机飞行中的空气动力性能，使升力减少，阻力增大，并可能破坏飞机的安定性，致使飞行进入不稳定状态，严重的积冰将使得飞机操纵变得困难。 

积冰产生的受力影响示意图

积冰将降低动力装置的效率，甚至出现故障。发动机进气口积冰使得进气量减少；桨叶积冰使拉力减小；脱落的冰块还可能打坏发动机和机身。

影响仪表和通讯。如空速管积冰影响空速表工作；天线积冰影响通讯质量甚至通讯中断；风挡积冰影响视线等。

大雾

相较于积冰，雾的形成、发展比较难以判断。雾是在水汽充足、微风及大气层稳定的情况 下，当接近地面的空气冷却至某程度而达到饱和时，水汽在气溶胶粒子上凝结（或凝华）为水滴（或冰晶）悬浮于空中的天气现象。按雾的物理成因来分类，雾可分为辐射雾、平流雾、蒸发雾、锋面雾、云接地雾等。其中云接地雾是低云下沉到与地面接触而产生的，随着其中温度、相对湿度、能见度量值的变化，在湍流的越来越强的基础上加上逆温层未破坏，而脱离下垫面逐渐抬升为低云雾；重力沉降再使低云下沉至地面又形成雾，云雾转换频繁且观测不易，易给飞行带来危害

乐亭站2010年12月21、22日的爆发性大雾

温度、相对湿度、能见度的时间演变

大雾对航空飞行安全的影响主要有以下几个方面：

大雾产生的高湿环境会导致空气密度降低，从而减小飞行器的升力和机翼的升力系数。发动机的进气系统受湿气的影响，降低燃烧效率和推进效果，从而降低飞机机动性能。

雾同样在航路上威胁航空器的飞行安全，当雾不断发展抬升形成低云后，会增加航空器在云中遭遇积冰和颠簸的风险。

大雾引发的低能见度现象严重妨碍飞行，使飞行员和管制员的视线下降，增大其工作负荷，容易导致决策错误，从而产生航空事故。

大雾下的能见度示意图

PART 03

Q：那么怎么才能提高飞行安全性？

A：提高飞行器的可靠性

像前面提到的积冰问题，在功能正常的飞机上都是有相应的除冰手段的，例如：

1、空气加热系统——从机翼的前端到引擎的进气口，都布有引气通道，引擎会把加热后的空气通过气道送到机体的各个关键部位，从而来保证机体上的冰霜能快速融解。

2、机械除冰——用机械的方法使冰破碎，利用气动力、离心力或振动使冰脱离机体表面。

飞机除冰示意图

但飞机的老化不可避免的会带来一些线路老化、结构疲劳和结构腐蚀等问题，从而会导致加热除冰效率下降、机械振动加剧结构的疲劳等问题。因此有效的维护和保养是提高可靠性和飞机寿命的关键。

例如螺旋桨机构，润滑油的质量与其使用寿命和可靠性有极大关联，其中水对油品的质量有着巨大的影响。水分的存在，会促使油品氧化变质，破坏润滑油形成的油膜，加速有机酸对金属的腐蚀作用，加速机械零件的磨损；水分还会使添加剂发生水解反应而失效，产生沉淀，堵塞油路，妨碍润滑油的循环和供应。在温度低时，润滑油的水分，会导致润滑油流动性变差，粘温性变坏；在温度高时，水会汽化，破坏油膜并产生气阻，影响润滑油的循环。要定期监测判断水的存在形态及数量，以及控制水的进入和尽快分离去除。

油中水示意图

IST AG作为拥有超过30年经验的创新传感器技术公司，一直致力于为客户提供新创新传感器解决方案，以确保最大的准确性、耐用性和可靠性。

为实现此类监测功能，IST AG开发了新型油中微水分探头

油中微水分探头

这是一种结构紧凑的数字式湿度和温度模块 (RH/T)，集成了HYT271湿度模组和MK33湿度传感器，用于测量油品和燃料中水的相对饱和度，单位为 %RH（水活度 aw，单位为 %）。这种测量方法与绝对含水量（以 ppm H2O 为单位）的测量方法相比具有显著优势，因为它能实时反映油品的当前状态和性能。

HYT 271

MK 33

该探头采用坚固耐用、结构紧凑的旋入式不锈钢外壳，非常适合在工业环境中使用。通过通用的数字电子接口（I2C），该模组可轻松集成到各种测量和监控系统中。交付的传感器已经经过温度补偿和校准，还可提供带模拟（0-10V）输出的测试板用于评估

该探头能够实时连续监测温度和油中水的饱和度，在0至100%的相对湿度和-40至120°C的温度范围内均可正常工作，其中相对湿度的再现性为±0.2%，温度的再现性为±0.1°C，温度精度为±0.2°C（在0至60°C范围内），相对湿度精度为±3%（在23°C时0至90%RH的区间），相对湿度分辨率可达0.03 %RH，温度分辨率为0.015 °C