航空機の地上除氷

航空業界では、航空機の地上除氷とは、航空機が離陸する前に航空機の表面にある表面霜、氷、または凍結した汚染物質を除去するプロセスのことです。これにより、航空機の表面にある少量の表面霜や氷が飛行性能に重大な影響を与えるのを防ぎます。表面の凍結した汚染物質は飛行中に剥がれ落ち、エンジンや操縦翼面を損傷する可能性もあります。

地上の氷結が起こりやすい気候にある主要空港には、何らかの地上除氷システムが設置されています。出発前に必要な除氷プロセスがすべて確実に実行されるようにするのは、最終的には機長の責任です。

飛行機には飛行中の大気中の氷結を抑制するために防氷システムや表面撥氷コーティングが装備されていることが多いですが、これらは地上での適切な除氷の代替とはみなされません。

航空機の飛行特性は、特に霜、氷、雪によって引き起こされる表面のわずかな凹凸に非常に敏感です。これらは表面上のスムーズな空気の流れを妨げたり、機体に重量を加えたり、操縦面を妨害したり、飛行中に外れて機体やエンジンに衝撃による損傷を引き起こしたりする可能性があります。わずか 0.4 mm (1/64 インチ) の薄い層でも、揚力、抗力、制御に大きな影響を与える可能性があります。^[1]

地上着氷は、周囲の温度が氷点以上であっても、「コールドソーキング」と呼ばれるプロセスによって発生することがあります。この状況では、翼のタンク内の燃料が氷点下であるため氷が形成され、翼に結露が生じてその後凍結します。

事故後の調査により、多くの航空機事故は、離陸前に航空機の運航者が機体表面の霜、氷、雪を除去しなかったことが原因であると判明しています。このような事故には次のようなものがあります。

• 1946年 鉄道航空サービス ダコタ機墜落事故
• エア・フロリダ90便
• エア・オンタリオ1363便
• アロー航空1285R便
• コンチネンタル航空1713便
• スカンジナビア航空751便
• ウェストウィンド航空282便

飛行前には必ず機長が機体に霜、氷、雪が付着していないか点検する責任がある。これは目視または特別に設計された地上氷検出システム（GIDS）を使用して行うことができる。^[2]

霜、氷、または雪による汚染が観察されるか、または疑われる場合は、離陸前に、以下に挙げる方法の 1 つ以上を使用して、航空機の除氷手順を実行する必要があります。

複雑な要因として、周囲の大気の状態によっては、除氷が完了した直後に汚染物質が再び蓄積し始める可能性があるという点が挙げられます。たとえば、雪が降っている場合などです。除氷プロセスでは、離陸するまで航空機が汚染物質に汚染されていないことを保証するために、この点を考慮する必要があります。通常、これには粘性のある「防氷」液を追加することが含まれます。この液は翼に残り、降雪を即座に溶かします。

除氷/防氷処理から離陸までの時間は「ホールドオーバータイム」（HOT）と呼ばれます。さまざまな航空当局（米国連邦航空局（FAA）^[3] 、 カナダ運輸省^[4]など）は、除氷液と大気条件のさまざまな組み合わせに対するホールドオーバータイムを示す詳細な表を公開しています。

待機時間は短く、時には数分程度なので、民間旅客機の除氷は通常、乗客が搭乗し、航空機が出発の準備が整った後に行われます。こうすることで、除氷が完了したらすぐに航空機を出発させることができます。

航空機がホールドオーバー時間を超過した場合は、再度除氷する必要があります。防氷液が使用されていた場合、その液は「不合格」とみなされ、再塗布する前に除去する必要があります。以前に不合格となった層の上に防氷液を塗布しないでください。

航空機の着氷は安全上の重要な問題であるため、ほとんどの航空当局と民間航空機運航者は、プロセスが安全で組織的、タイムリー、かつ繰り返し実行できるように、詳細な管理計画と記録の保持を要求しています。

ほとんどの場合、地上での除氷は、出発直前に航空機に航空機用除氷液を噴霧することで行われます。民間航空機の場合、この液体は通常、特別に設計された機械を使用して汚染された表面に塗布されます。小型航空機の場合は、手持ち式の噴霧器で十分です。

除氷液は、通常、水よりも低い温度で凍結するプロピレングリコールまたはエチレングリコールをベースにしています。除氷液にはいくつかの種類があり、基本的に次の 2 つのカテゴリに分類されます。

1. 除氷液は、すでに凍結している汚染物質を除去します。除氷液は一般に非粘性で、加熱されることがあります。
2. 防氷液は、再汚染に対する短期的な保護を提供します。これらは通常、飛行機が滑走路を加速するまで操縦面に残る濃厚な液体です。これらは通常、冷たい状態で塗布されます。

場合によっては、両方のタイプの液体が航空機に塗布され、2 段階除氷と呼ばれるプロセスが行われます。

グリコールベースの除氷液は有毒であり、そのような液体の使用による環境への懸念としては、除氷液が土壌に排出された場合の地下水の塩分濃度の上昇、および人間や他の哺乳類への毒性などがある。^{[5] [6]}そのため、無毒の代替除氷液の研究が進行中である。^[5]

周囲の気象条件が適切であれば、温水（60℃または140℉）を使用して航空機の氷を溶かすことができる場合があります。状況に応じて、再凍結を防ぐためにタイプIの除氷液を塗布することもあります。^[7]

航空機部品の損傷を防ぐための予防措置を講じれば、強制空気を使用して積もった雪を吹き飛ばすことができます。

外気温（OAT）が氷点より高い場合は、加熱されていない強制空気を使用して霜や氷を取り除くこともできます。その後、除氷液を塗布することもできます。^[8]

加熱された強制空気は、溶融した汚染物質が航空機の表面で再凍結したり、航空機の部品が損傷したりする可能性があるため、通常は使用されません。

除氷に強制空気を使用する技術は成熟しつつある。^[1]必要な液体の量を減らすために、加熱空気と除氷液を使用するハイブリッドシステムが現在開発されている。

直接赤外線加熱も航空機の除氷技術として開発されています。この熱伝達メカニズムは、除氷液の噴霧に対する空気の冷却効果により、除氷液で使用される従来の熱伝達モード (対流と伝導) よりも大幅に高速です。

ある赤外線除氷システムでは、特別に建設された格納庫内で加熱処理が行われる必要がある。このシステムは、格納庫のスペースと関連する物流上の要件のため、空港運営者の間ではあまり関心が寄せられていない。米国では、このタイプの赤外線除氷システムは、2つの大規模ハブ空港と1つの小規模商業空港で限定的に使用されている。^{[9] : 80–81  [10]}

別の赤外線システムでは、格納庫を必要としない移動式のトラック搭載型加熱ユニットを使用しています。^[11]メーカーは、このシステムは固定翼航空機とヘリコプターの両方に使用できると主張していますが、民間航空機での使用例を挙げていません。^[12]

ほうき、スクレーパー、ロープ、モップなどの道具を使った機械的な除氷は、必要な液体や熱による除氷の量を最小限に抑えるために使用できます。ただし、表面、アンテナ、ピトー管などを損傷しないように注意する必要があります。また、薄い霜の層でも飛行性能に重大な影響を与える可能性があるため、機械的な方法だけでは通常十分ではないことにも注意してください。ただし、極寒の状況ではスプレー除氷は非現実的であり、機械的な除氷が唯一の可能性になります。 ^[1]

航空機の表面の凍結した汚染物質は、航空機を暖かい格納庫に保管すれば最終的には溶けますが、状況によっては、航空機を格納庫から出すと表面に霜や氷が形成され、他の種類の除氷が必要になる場合があります。特に、翼タンクの燃料と周囲の空気の温度差により、霜が形成される可能性があります。^[1]

通常、ファンジェットエンジンはグリコールベースの液体で除氷することはできません。そうすると、エンジン自体や関連するブリードエアシステムに損傷を与える可能性があるためです。^[13] 代わりに、ほとんどの航空機メーカーは、離陸前にエンジンを特定の時間特定の回転数まで回転させる「氷除去」手順を定義しています。

地面の凍結が起こりやすい気候にある商業空港では、非常に複雑な除氷プロセスと装置が備えられていることがよくあります。

通常、除氷液は、「チェリーピッカー」高所作業プラットフォームに似た特殊な車両を使用して散布されます。これらの車両には、液体用のタンク、液体を加熱する手段、加熱された液体を高圧で送出するシステムが含まれます。

SAEインターナショナルは、除氷車両に関する規格と要件を発行しており、その中にはSAE ARP1971（航空機除氷車両 - 自走式）^[14] やSAE ARP4806（除氷/防氷自走式車両の機能要件）^{[15]などがあります。}

航空機の除氷は、格納庫、到着/出発ゲート、または除氷専用の 空港エプロンで行うことができます。後者の利点は、リサイクルのために除氷液の流出を簡単に収集できることです。

除氷には大量の液体が使用されることがあります。空港にはこれらの液体を適切に保管および輸送する設備が必要です。

エチレングリコールとプロピレングリコールは、表層水中で分解される際に高レベルの生化学的酸素要求量（BOD）を発生する。このプロセスは、水生生物の生存に必要な酸素を消費することで、水生生物に悪影響を及ぼす可能性がある。微生物群がプロピレングリコールを分解する際には、水柱中の大量の溶存酸素（DO）が消費される。^{[16] : 2–23}

表層水中の十分な溶存酸素濃度は、魚類、大型無脊椎動物、その他の水生生物の生存に不可欠です。酸素濃度が最低レベルを下回ると、生物は可能であれば酸素濃度の高い場所へ移動するか、最終的には死滅します。この影響により、利用可能な水生生息地の量が大幅に減少する可能性があります。DOレベルの低下は、底生動物の個体数を減らしたり、絶滅させたり、コミュニティの種のプロファイルの変化に有利な条件を作り出したり、重要な食物網の相互作用を変えたりする可能性があります。^{[16] : 2–30}

航空機の除氷には、通常航空機1機あたり数百ガロンという相当量の除氷液が使用されます。一部の空港では、使用済みの除氷液をリサイクルし、水と固形汚染物質を分離して、他の用途に再利用できるようにしています。他の空港では、敷地内に廃水処理施設があり、収集した液を市の下水処理場または商業用廃水処理施設に送っています。^{[9] : 68–80  [17]}

• 氷による航空機事故と事件

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