美国一架公务机报完结冰后急速下坠：一万米高空，哪来的冰？

当地时间11月1日中午，美国一架载有9人的Learjet 60公务机，从得克萨斯州奥斯汀飞往巴哈马途中，坠毁在佛罗里达州西棕榈滩附近的居民区。

FR24的航迹数据与流出的陆空通话录音，记下了这架飞机（注册号N722BD），
在最后几分钟的经过，飞机在佛罗里达上空下到约10700米（35000ft）高度，起初无线电里还啥事没有，机组向迈阿密管制报遇上了轻度明冰、还能应付，伴随中度颠簸；顺着管制员的询问报出外界气温是−47°C，还客气地说要是有更平稳的高度麻烦知会一声。没过多久，机组说碰上了降水，申请爬升到约11300米（37000ft）。

刚复诵完爬升指令不久，无线电里突然传出机组的Mayday求救，紧接着宣告紧急状态，报出飞机正在急速下坠、空速也超出了上限。管制员当即放开所有高度限制，问他们需要什么帮助，那头却传来飞行员近乎绝望的声音，说飞机就要撞地了。管制员在频率里紧跟着回话，说我陪着你们，跟我说话。航迹显示，飞机短暂爬升后向右大角度俯冲，传回的下降率超过每分钟32000英尺，相当于每秒往下掉160多米。急速下坠之后，任凭管制员在频率里一遍遍呼叫，又托附近的西南航空客机帮忙喊话，那头也再也没有回音。

事故原因目前由美国国家运输安全委员会（NTSB）调查。在听完这段让人后背发凉的录音，很多人心里都会冒出一个疑问，这一万多米高空、外界零下47度，云里按理早没液态水了，飞机怎么还会遇上结冰？

图注：Learjet 60

气温越低，机身反而越不容易积冰

通常情况下，没加温的机身表面要想结冰，云里需要有液态水滴。云层里飘着的水滴非常小，平均直径只有20微米左右，差不多是头发丝粗细的五分之一。

哪怕气温降到0°C以下，这些小水滴也不会结冰，一般都是液态，气象上叫“过冷水滴”。飞机钻进这样的云里，过冷水滴迎面拍在冰冷的蒙皮上，很快就会冻住，如果要是冻的慢一点，水滴先顺着蒙皮铺开再冻实，就会结成一层又硬又透亮的明冰。可要是云里已经是冰晶了，打在冷蒙皮上大多就像干沙子撒在铁皮上一样直接弹开了。

图注：NASA明冰

所以机身结冰并不是天越冷越厉害，刚降到0°C以下的零下几度的时候，云里可能全是过冷水滴，赶上云中液态水充沛，机身积冰通常最重。温度继续往下掉，云里产出的冰晶会越来越多，过冷水滴蒸发后又不断凝华到冰晶上，云里的液态水就这样一点点被抽干了。

等降到−20°C以下，大多数云里就没什么液态水了；再冷到−40°C左右，过冷水滴就几乎没法再保持液态了。飞机爬升到约7600米（25000ft）以上，碰到的云里基本都是冰晶，按理说机身上很难再结出冰来。

图注：NASA雾凇冰

冰晶遇上飞机的发热部位，照样能结冰

不过碰上雷暴这类强对流天气，万米高空也没那么安稳。发展迅猛的积云和积雨云里，强劲的上升气流能托住大量水滴，让结冰云层上下延伸上千米；在热带锋面和雷暴里，上升气流还会把海量水汽一路顶上高空，从而凝成密密麻麻的冰晶。雷暴云顶向四周摊开好几公里的云砧，里头基本都是这种冰晶，哪怕底下的雷暴早就消散了，高空这大片冰晶云还能悬在那很久不散。

图注：超级单体云砧

一般冰晶打在没加温的冷蒙皮上大多都会弹开，但要是遇上机身发热的部位就是另一回事了。飞机开启风挡加温或前缘防冰时，这些表面会持续发热；速度够快的时候，迎面空气受压缩也会让前缘升温。云砧或高空卷云里的冰晶撞上这些发热表面，就可能融化成水，顺着气流流到后面没加温的冷蒙皮上重新冻住。

更棘手的是高空冰晶云很难提前去预防。云里要是只有冰晶、没有液态水，雷达反射率大约只有雨滴的二十分之一；机载气象雷达只平着往前扫的话，屏幕上几乎没有回波，飞行员就要把雷达天线往下压，去扫前方低空零度层附近的降水。如果要是低空出现强回波，就说明那片区域上方的高空可能聚着大量冰晶。如果穿到这种冰晶云里，机身外面的普通结冰探测器通常是测不出来的，机体表面一般也看不出什么积冰。

可就算机体外面看着没事，冰晶照样可能往涡轮发动机里面钻。平时遇到过冷水滴，冰一般结在进气道、风扇和压气机前几级；高浓度冰晶却容易穿过前段，直接到压气机深处结冰。里面的冰越积越多，或者成块甩脱打伤压气机，发动机就可能自己掉推力、喘振，甚至熄火停车。

FAA记录过这类发动机内部结冰事件，最高出现在约12800米（42000ft）高空，外界气温低于−45°C。

图注：NASA高空冰晶发动机试验

同一个防冰开关，机翼通热引气，平尾靠电加温

按FlightSafety编写的Learjet 60飞行员训练手册，这型飞机的防冰系统必须在进入结冰环境前打开。驾驶舱防冰面板上有个标着STAB WING HEAT（水平安定面与机翼加温）的电门；在空中打开它，机翼和水平尾翼会一块加温防冰，但走的是两套完全不同的热源。

机翼靠发动机引气防冰：

引出的热空气经过关断和调压活门，通进左右机翼前缘里的分配管加热蒙皮，随后再排进中央翼和主起落架舱，给收在里面的主轮和刹车加温。

架在垂尾顶端的T型水平尾翼不用引气，而是在左右前缘各铺了一块橡胶电热垫，接飞机28V的直流电。两侧电热垫顺着翼展方向一共嵌了14根加热条，最前缘的2根持续通电加热，上下表面其余12根由电子控制器按时序轮流接通，每根每次通电15秒。哪怕做成了轮流通电，这套平尾防冰一开，每台发电机的负载电流还是会涨大约60安培。

水平尾翼更容易积冰，在驾驶舱里却看不见

水平尾翼通常比机翼薄，碰上过冷水滴时，迎风面越窄、越薄的部件越容易沾上水滴，结起冰来比机翼更快。不少飞机专门在飞行员视线里装一根细小的结冰探头，就是因为这种细杆子最先结冰。许多大型喷气式客机之所以能省掉平尾防冰，是因为它们的平尾做得很厚且不容易积冰，而且适航取证时验证过，就算带了冰，正常飞行中也到不了失速迎角。

平尾之所以关键，是因为常规飞机的重心大多在机翼升力中心前面，机头天生有往下沉的力矩，需要靠水平尾翼提供向下的气动力压住机尾来配平。

可是在Learjet 60上，飞行员坐在驾驶舱里，白天只能看风挡下角和机翼前缘，夜里靠风挡红光探冰灯，或者是打亮检查灯去看右翼外侧前缘那块黑色观察区。手册里特意提醒，哪怕盯着这些地方看，机翼上透明的明冰有时候还是很难发觉，还有高高架在垂尾顶上的水平尾翼，在驾驶舱里更是连影子都看不到。

在1999年8月，FAA还专门发过一道适航指令（AD 99-16-03）：

起因是一架Learjet 55在飞行中出现严重的操纵抖振，查下来是水平安定面防冰系统出了故障。这道指令点名了1998年服务通告里指定序号的Learjet 23到60系列飞机，要求机务做一次目视检查，挨根核对平尾防冰引线和机身线路的线号有没有接错；查出不对必须先修好再放飞，还需要在每个接线排左右两侧装上线号标识带、贴上警告标牌。FAA防的就是平尾前缘在机组毫无察觉的时候结冰，最后影响俯仰操纵。

看到“尾翼结冰”和“大角度俯冲”，很多人容易联想到教科书里的“结冰尾翼失速”，飞机进近着陆、放下襟翼时，机翼离失速更远了，可朝下压机尾的水平尾翼承受的负迎角却更为极端，前缘带冰时反而更容易失速。

要是平尾失速，原本往下压住机尾的气动力骤减，机头就会猛地往下栽。不过按2015年版FAA结冰咨询通告的统计，容易发生这类失速的机型，很少在放全襟翼之前中招，还有巡航阶段或者只放了一部分襟翼时发生尾翼失速，通告里还没有已知先例。

早年针对特定批次飞机的接线检查指令，还有低空放全襟翼时的尾翼失速，都不能直接套到这次佛罗里达事故上；N722BD在复诵爬升指令之后到底遭遇了什么，还是等NTSB后续的报告吧。

只是再回头再听那段录音，机组在零下47度的高空平静地报出轻度明冰还能应付时，谁也没想到局面会急转直下的这么快。一万多米高空的严寒确实让云里很难再留住液态水，可如果真碰上强对流天气，高空冰晶在雷达上几乎不显回波，垂尾顶上的平尾在驾驶舱里又根本看不见。外头冻到零下四五十度，并不代表飞在上面就不用提防结冰了。

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