着氷（航空学）

航空学では、着氷とは航空機上での水氷の形成を指します。航空史上、着氷は数多くの致命的な事故を引き起こしてきました。氷の付着と蓄積は航空機の外面（この場合は機体着氷と呼ばれます^[1]）やエンジンに影響を及ぼし、キャブレター着氷、吸気口着氷、またはより一般的にはエンジン着氷を引き起こします^[2]。これらの現象は同時に発生する可能性がありますが、必ずしも同時に発生するとは限りません。

すべての航空機、特に一般航空機が、既知の着氷（FIKI）への飛行の認定を受けているわけではありません。既知の着氷とは、パイロットの報告、観察、予報に基づいて、着氷状態が確実または存在する可能性のあるエリアへの飛行のことです。[ 3 ] FIKI認定^を受けるには、航空機は着氷による事故を防ぐために適切な防氷システムを装備している必要があります。

着氷状態は、空気中に過冷却水滴が含まれている場合に発生します。これらの水滴は、潜在的な核形成部位（この場合は航空機の部品）と接触すると凍結し、着氷を引き起こします。着氷状態は、平均水滴サイズ、液体水分含有量、気温によって定量的に特徴付けられます。これらのパラメータは、航空機上の氷形成を特徴付ける範囲、種類、速度に影響します。連邦航空規則には、一部の航空機が飛行することが認可されている着氷状態の定義^[4]が含まれています。いわゆるSLD（過冷却大滴）状態は、その仕様を超え、航空機に特定の危険をもたらす状態であり、すべての航空機はこれを回避するよう努めなければなりません。

パイロットのレポートは定性的に、航空機への影響という観点から着氷状態を示しており、航空機の既存の能力に依存します。結果として、異なる航空機が、異なるレベルの着氷として同じ定量的状態を報告する場合があります。着氷状態の存在を示すために、氷検出器がよく使用されます。

• 透明な氷は、透明で滑らかであることが多いです。過冷却された水滴、つまり氷結雨は、表面に衝突しますが、すぐには凍結しません。多くの場合、「角」または突起が形成され、空気の流れに突き出て、空気の流れを滑らかにします。この形態の氷は、グレーズとも呼ばれます。
• 霧氷は粗く不透明で、過冷却した水滴が衝突時に急速に凍結して形成されます。主に翼のよどみ点に沿って形成され、一般的に翼の形状に沿っています。
• 混合氷は透明氷と霧氷が混ざったもので、両方の性質を持っています。
• 霜氷は、飛行開始前の航空機の静止中に、保護されていない表面で水が凍結した結果発生します。飛行を試みる際に、翼の境界層の気流が乱れて早期の空力失速を引き起こし、場合によっては抗力が大幅に増加して離陸が危険になったり不可能になったりするため、事故につながる可能性があります。
• SLD 氷とは、過冷却大滴 (SLD) 状態で形成された氷のことです。透明な氷に似ていますが、滴のサイズが大きいため、航空機の保護されていない部分に広がり、通常の着氷状態よりも速く、より大きな氷の形を形成します。ほとんどの航空機は、通常の着氷状態から十分に保護されていません。これが、アメリカン イーグル 4184 便の墜落事故の要因でした。

翼が氷で汚れると、揚力係数が大幅に低下し、空気抵抗が増加するため、通常、翼はより低い迎え角、したがってより高い対気速度で失速します。^[5]少量の氷でも影響があり、氷が粗い場合はそれでも大きな影響があります。したがって、翼に氷が残っている場合は、進入速度を上げることをお勧めします。どの程度増加するかは、航空機の種類と氷の量の両方によって異なります。翼が氷で汚れた航空機の失速特性は低下し、深刻なロール制御の問題も珍しくありません。氷の付着は2つの翼間で非対称になる可能性があり、調整が必要です。また、通常は薄く、したがって氷がよりよく集まりやすい翼の外側部分が最初に失速する可能性があります。

無人航空機は、商業および軍事のさまざまな用途を持つ新興技術です。飛行中の着氷は、過冷却雲や凍結した降水の中で飛行中に発生し、すべての航空機にとって潜在的な危険です。UAVの飛行中の着氷は、運用範囲に大きな制限を課します。^[6]

無人航空機は有人航空機に比べて氷結に対して敏感で影響を受けやすい。^[7]氷結に関して無人航空機と有人航空機の主な違いは以下のとおりである。

• サイズと重量: 小型航空機は大型航空機に比べて氷が早く積もり、単位面積あたりの氷の量も多くなります。UAV は通常、有人航空機よりも小型であるため、氷結の影響を受けやすくなります。さらに、氷の積もりによって質量が増加すると、重量制限が厳しい UAV にすぐに悪影響を及ぼす可能性があります。
• 飛行速度: 高速飛行は航空機の翼やプロペラの加熱につながり、ある程度は着氷を防ぐことができます。UAV は有人航空機よりも低速で飛行するため、同様の加熱効果の恩恵を受けません。そのため、UAV の着氷は有人航空機よりも広い温度範囲で発生する可能性があります。
• 層流:無人航空機のレイノルズ数は、有人航空機のレイノルズ数よりも約 1 桁低くなります。このため、無人航空機は乱流効果よりも層流効果が優勢な流れの領域で動作します。層流は乱流よりも乱れやすいため、着氷の悪影響は大きくなります。
• タイプ：回転翼型無人機は、一般的に固定翼型無人機よりも着氷の影響を受けやすい。^[8]

UAV で最も着氷の影響を受けやすい部分は、対気速度センサー、空力面の前縁、ローター、プロペラです。

無人航空機の着氷は世界的な現象であり、運用高度での着氷は世界中で一年中発生する可能性があります。しかし、着氷のリスクは亜北極圏、北極、南極で特に大きくなります。例えば、北欧の大部分では、9月から5月までの35%から80%以上の期間、着氷状態が見られます。^[8]

着氷の危険を減らす方法はいくつかあります。最初の、そして最も簡単な方法は、着氷状態を完全に避けることですが、多くの飛行ではこれは現実的ではありません。

離陸前に航空機に氷（またはその他の汚染物質）が存在する場合は、重要な表面から除去する必要があります。除去にはさまざまな方法があります。

• 機械的な手段。ほうきやブラシを使って雪を取り除くのと同じくらい簡単なもの。
• 氷や雪などを除去するために、除氷液や温水を塗布します。
• 赤外線加熱を利用して汚染物質を溶かして除去する
• 雪と氷が溶けるまで航空機を暖房付きの格納庫に入れる
• 航空機を太陽に向けて、雪や氷で覆われた表面の加熱を最大限に高めます。実際には、この方法は、時間と気象条件によって、薄い汚染物質に限定されます。

これらの方法はすべて、既存の汚染物質を除去しますが、着氷状態では実用的な保護を提供しません。着氷状態が存在する場合、または離陸前に着氷状態が予想される場合は、防氷液が使用されます。これらは除氷液よりも粘度が高く、雪や雨の影響をしばらく受けません。これらは離陸時に航空機を切断することを目的としており、飛行中の保護は提供しません。

飛行中の航空機の着氷を防ぐために、さまざまな形態の防氷装置または除氷装置が使用されます。

• 一般的な方法は、エンジンの「ブリード エア」を翼と水平尾翼の前縁に沿ったダクトに導くことです。空気が表面の前縁を加熱し、接触した氷を溶かしたり蒸発させたりします。タービン動力の航空機では、空気はエンジンのコンプレッサー セクションから抽出されます。航空機がターボチャージャー付きのピストン動力である場合、ブリード エアはターボチャージャーから排出されます。
• 一部の航空機には、表面に付着した氷を分散させる空気圧除氷ブーツが装備されています。これらのシステムでは、エンジンのブリードエアが少なくて済みますが、通常は加熱された表面よりも効果が低くなります。
• いくつかの航空機では、翼の前縁に何百もの小さな穴があり、必要に応じて防氷液を放出して氷の蓄積を防ぐウィーピングウィング システムを採用しています。
• 電気加熱は、航空機やその部品（プロペラを含む）を氷結から保護するためにも使用されます。加熱は、連続的に（通常はピトー静圧センサーや迎え角ベーンなどの小型で重要な部品に）または断続的に適用され、除氷ブーツの使用と同様の効果が得られます。

これらすべてのケースでは、通常、航空機の重要な表面とコンポーネントのみが保護されます。特に、翼の前縁のみが保護されるのが一般的です。

キャブレターの熱は、キャブレター付きエンジンに適用され、凍結を防止および除去します。燃料噴射エンジンはキャブレターの凍結の影響を受けにくいですが、吸気口が詰まると問題が発生することがあります。これらのエンジンでは、代替空気源が利用できる場合がよくあります。

除氷と防氷には違いがあります。除氷は機体から氷を取り除くことを指し、防氷は機体に氷が積もるのを防ぐことを指します。

• 集積（気象学）
• カテゴリー:氷による航空機事故と事件

ウィキメディア・コモンズの航空における着氷に関するメディア

この記事を聞く（7分）

この音声ファイルは、2017 年 12 月 9 日付のこの記事の改訂版から作成されたもので、その後の編集は反映されていません。 ( 2017-12-09 )

(音声ヘルプ ·その他の音声記事)

• NASA航空機着氷訓練
• 14 CFR 25 付録 C – 航空機認証のための大気氷結条件