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この記事は航空機とそのエンジン空気口での氷形成についての基本を述べることが目的である。 水蒸気が零下の表面で直接凍結するプロセスである昇華によって生じる霜の形成は考慮していません。 ただし、航空機の外表面やエンジンの吸気口に氷が付着する場合、液体の水滴が表面に衝突する必要がある。 通常、水滴は過冷却状態、つまり0℃32°F <br />273.15 K <br />491.67 °R <br /> 以下の液状でなければならないのである。

• 航空機の皮膚温度と、航空機が通過する、通過した、または通過する予定の空気の温度との間の差に関する問題、特に上昇および下降中、温度範囲±10℃;
• 周囲空気とエンジン空気入口内の空気の間の温度および/または圧力差から生じる問題、最も頻繁に空気圧低下または空気温度上昇を考慮する必要があります。

過冷却水分による氷

航空機の外部部品に付着する氷は、ほとんどの場合、その航空機に様々なサイズの過冷却水滴が衝突した結果である。 これは雲の中や降雨の中を飛行しているときに起こることがあります。 周囲温度が0℃32°F <br />273.15 K <br />491.67 °R <br /> 以下になると水滴がすべて凍らないのは、水が氷に変化するときに潜熱が放出されるためである。 このように多くの潜熱が放出されるため、温度が下がり続けると状態変化が遅くなり、徐々に行われるようになります。 これは、約-20℃-4°F <br />253.15 K <br />455.67 °R <br /> までに、過冷却水のほとんどが氷に変わるまで続くのです。 航空機に衝突したとき、すでに完全に形成された乾いた氷の粒は付着せず、単に跳ね返されるだけです。 したがって、周囲温度が0℃32°F <br />273.15 K <br />491.67 °R <br /> 以下では着氷の危険性はほとんどない、と予想されるのです。

1. 水滴が存在する範囲、これは氷の付加の速度に影響します。

雲中の過冷却水滴の量と大きさは、0℃32°F <br />273.15 K <br />491.67°R <br /> 以下の温度で最も大きく、温度が下がると両方とも減少する。 過冷却水滴の大きさは、氷の降着を引き起こす可能性に関して非常に重要である。 大きな水滴は小さな水滴よりも慣性が大きく、航空機周囲の気流の影響を受けにくいため、小さな水滴よりも航空機表面のより多くの部分に衝突することになります。 これは特に，主翼やエンペナージの前縁付近の飛行中の気流について言えることである．

雲と過冷却水分

雲中の過冷却液滴の大部分は直径1ミクロン（0.001mm）から50ミクロン（0.05mm）である。 (比較のため、平均的な人間の髪の毛の太さは約100ミクロンです）。 層状雲は、平均直径40ミクロンまでの液滴を含んでいるのが一般的です。 しかし、大きな積乱雲（Cb）では、直径が100ミクロン（0.1ミリ）以上の液滴を含む、より多くの液体の水が含まれていることがよくあります。

氷雨と霧雨

雲の外にある降水粒は、雲の中にあるものよりはるかに大きく、それが過冷却されると、直径50～500ミクロン（0.05mm～0.5mm）の液滴で氷雨を、直径500ミクロン（0.5mm）以上の液滴で霧雨を生み出すと表現される。

雲下の氷雨は、雨粒が氷点下の空気層を通過して過冷却されることで形成される。 通常、気温は高度が下がるにつれて上昇するので、氷雨は気温の逆転現象があることを意味する。 このような状態は、温暖前線や温暖前線の下で、比較的暖かい気団がより冷たい空気を覆っている場合に発生することがある。 通常、凍雨の存在は、その上に暖かい空気（0℃32 °F <br />273.15 K <br />491.67 °R <br />） があることを意味しています。

凍結霧雨の小さい過冷却液滴もこのようにしてできるのですが、一般には衝突合体過程という別の過程で生じることが多いと考えられています。 雲中の液滴が凝結して直径30マイクロメートル程度になると、液滴は沈降を始め、落下速度が速くなり、より小さな液滴と衝突する。 この液滴が合体すると、より大きな液滴が生成され、より小さな液滴を「捕獲」できる可能性が高くなる。 好条件下では、このプロセスによって、過冷却雲の中で霧雨サイズの液滴を生成することができる。 データの取り方は様々ですが、いくつかの研究では、非対流雲の中の凍結霧雨は、80%以上の確率で衝突合体プロセスによって形成されると報告されています。 そこで重要なのは、凍結霧雨の場合、その上に暖かい空気（0℃32°F以上<br />273.15 K <br />491.67 °R <br />）が存在すると仮定できない。

Icing Severity

「着氷度」は本来、著しい着氷が起きる速度に関する用語である。 これまでの過冷却水滴の説明は、その大きさについてでした。 典型的な霧雨の水滴の直径は典型的な雲の水滴の10倍、典型的な雨の水滴の直径は典型的な雲の水滴の100倍であり、これらの直径の比較は重要である。 しかし、直径で表される大きさは、衝突による氷の付着の可能性という点では、最も重要ではありません。 なぜなら、水滴に含まれる水の体積（質量）によって、航空機に衝突する水の量と、水滴が前縁表面の気流停滞点からどの程度後方で航空機に衝突するかが決まるからである。 この後者の点は非常に重要で、大きな水滴は、防氷や除氷されていない領域では前縁をはるかに超えて衝突することがあり、また最初に衝突した表面と接触して後方に流れる間に氷になることもある。

液滴の体積はその直径に比例するのではなく、直径（すなわち半径）の約半分の3乗に比例することに注意することが重要です。 したがって、20ミクロン（0.02mm）を雲粒の典型的な直径とし、2000ミクロン（2mm）を氷雨粒の典型的な直径とすると、これらの粒の直径は100分の1しか違わないが、その体積、したがって質量は100万分の1のオーダーで異なることになる。

雲や積乱雲に比べて、凍結降水中の過冷却水滴の質量が非常に大きいため、航空機が雲を除いた凍結降水中をかなりの期間、しかもほとんどの場合において持続的に飛行することができないのである。

Differences between ambient and aircraft skin temperature

There are a number of factors that vary the propensity to ice accrete on an aircraft:

• When any aircraft moves through the air, resulting the kinetic hearting due to compression at point of air obstruction and friction at surfaces of air through the near.The skin temperature raise above the ambient air of the near.The air of air of the aircraft.The air on the air of the skin temperature. この現象がどの程度発生するか、つまり氷の形成にどの程度影響するかは、1/100×真の対気速度（ノット）の二乗に正比例すると計算されている。
• 航空機がより冷たい空気中を上昇し、凍結または半凍結した堆積物が翼の上面や水平尾翼、関連する飛行制御ヒンジの隙間にある場合、これらの堆積物が完全に凍結しその場で機体に付着してしまう可能性があります。
• 航空機が高高度から下降しているとき、周囲の空気が暖まるにつれて構造物の表面温度の上昇は、特にまだかなりの量の燃料を含む燃料タンクとして使用されている翼の場合、周囲の空気の温度上昇に遅れる可能性が高いです。 これは特に、燃料を最初の目的地で積み上げるのではなく、次の飛行区間で使用するために燃料を「タンカー」する場合に当てはまります。 燃料の重要な点は、燃料を含む構造物よりも低温浸漬後の温度の回復が遅いことです。 特に、翼の下面には「燃料氷」が形成されます。これは、冷えた燃料が翼の構造体と直接接触する場所だからです。

エンジンエアインレットアイシング

氷結状態での飛行を認証されたすべての航空機には、アンチアイシングシステムが搭載されています。 これは、電気的に加熱されたマット、循環する高温のエンジンオイル、エンジンから取り出された空気などを利用して、吸気口やガイドベーンの氷結を防ぐものです。 しかし、吸気口のさらに内側では、現在のエンジン認証で定義されているようなアイシングコンディションで飛行していない場合でも、保護されていない部分に氷が張ることがある。 ピストンエンジンの減圧による氷点下以上の湿った空気の冷却と、タービンエンジンに入った後に暖められた氷の結晶の融解である。

最初のケースでは、0℃32°F <br />273.15 K <br />491.67°R <br />以上の温度のピストンエンジン吸気口に入った湿った空気が次に減圧チャンネルを通じて吸気効果により加速される。 このような状況下において、当社では、お客様のご要望にお応えするため、様々な取り組みを実施しております。 詳しくは、ピストンエンジンのインダクションアイシングをご覧ください。 4441>

この記事では、ピストンエンジンで発生する他の2つのタイプの着氷についても説明しています。2つ目のケースでは、非常に低温で高高度の空気中にある非常に小さな氷の結晶が、高バイパスガスタービンに大量に入り込んできます。 この氷は一時的に凍結し、より大きな氷の破片となってエンジンの気流を乱すか、氷の破片として、あるいは液体の水を通して機械的な損傷を引き起こします。 詳細については、High Level Ice Crystal Icingをご参照ください。

Icing Forecasts

航空予報において、絶対的な着氷の厳しさの定義はありません。 しかし、相対的な資格である軽、中、重は一般的に（機体の着氷リスクに関してのみ）、それらが使用される予測の種類の文脈で、少なくとも地域的に妥当な一貫性がある方法で使用されている。 軽氷結 “という言葉は、民間輸送機の乗務員とプライベートパイロットの間で、氷結せずに飛行できるかどうかという点で、かなり異なった解釈をされることが、ほとんどの予報士によって理解されている。 そのため、低氷氷予測は通常、氷結の影響を受けやすい軽飛行機のパイロットが利用しやすいように表示される。 しかし、主に民間航空輸送のために提供される予測では、適切な防氷システムを装備しているため「結氷状態」での日常的な飛行を認定されている航空機にとって重要と思われる用語として、中程度と重度の結氷が使用されます。 一般的な航空会社では、より高度な予報を用いるため、予想されるアイシングコンディションについて誤解が生じ、不適切なフライトプランニングにつながることもある。

以上のような注意点がありますが、予報士が使う着氷状態の「説明」と「定義」を簡単に見てみると、まだ役に立つかもしれません。

• Light Icingは「コースや高度の変更が必要なく、対気速度も低下しない」状態であるとよく言われますが、これはあくまでも「氷結状態での飛行」を想定しているためです。 より厳密には、外翼に1時間あたり0.25 inch から 1 inch (0.6 to 2.5 cm) の氷が付着している状態と定義されているものもあるようです。
• Moderate Icingは、一般的に氷の付着が増え続けるが、長時間続かない限り飛行の安全性に影響を与えるほどの速度ではない、しかし対気速度が失われる可能性があると説明されています。 外翼の1時間あたりの着氷量を1〜3インチ（2.5〜7.0cm）とした定義があります。5 cm）
• Severe Icingは様々な表現で氷の付着と表現されている。
  • 着氷速度や氷の蓄積が航空機の許容範囲を超える場合、
  • 蓄積し続け、航空機の性能や操縦性に深刻な影響を与え始める場合、
  • 防氷システムが氷の蓄積を除去できず、通常着氷しにくい場所にも氷が蓄積する場合、
  • 航空機を完全に制御し、状態からの即時脱出が必要とされるような状況の場合、などです。

  着氷状態での飛行に対する航空機の認証に、何らかの制限が含まれることはほとんどありませんが、厳しい着氷状態での飛行を承認された航空機はなく、厳しい着氷状態はあらゆる着氷率で起こりうることが一般的に受け入れられています。

  北米では、気温や水分量などの他の要因に関係なく、clear、rime、mixedといった用語が予報資料でより頻繁に使用され、液滴の大きさの代用として意図・解釈されています。 この場合、霧氷の予報はより小さな粒径を示し、混合氷または晴天の予報はより大きな粒径を示すが、両者の境界は曖昧で未定義である。

  最後に、回転時の “clean aircraft “は、アイシングコンディションでの飛行やアイシングコンディションへの侵入が認められた航空機にとって必須の要件である。 これは適切な地上用除氷液や結氷防止液の使用によって達成される。 凍結防止剤は、機体に付着した後、離陸ロールの間に徐々に剥がれ、100KIASまでに全て排出されるように濃縮された液体でほぼ達成されます。 氷雨や氷点下の霧雨に対する流体保護は認可されていないので、そのような状況での出発は一般的に不可能です。

  • In-Flight Icing
  • Icing – Collection Efficiency
  • Aircraft and In Flight Icing Risks
  • Piston Engine Induction Icing
  • Freezing Rain
  • Cumulonimbus (Cb)

  Aircraft Ground De/Anti-Anti-Anti-Activity

• Activity – Collection Efficiency
• 航空機用防氷システム
• 高レベル氷晶の結氷。

Further Reading

• Transport Canada Aviation Safety Letter 1/2007より抜粋。 The Adverse Aerodynamic Effects of Inflight Icing on Airplane Operation
• Aircraft Icing Handbook, Version 1 by Civil Aviation Authority of New Zealand
• Appendix C ‘Icing Conditions’ to CFR 14 Part 25, FAA, 2014
• An Inferred European Climatology of Icing Conditions, Including Supercooled Large Droplets, B. Bernstein, 2005
• Getting to grips with Cold Weather Operations, Airbus, 2000
• Aircraft Critical Surface Contamination Training for Aircrew and Groundcrew, Transport Canada, 2004
• Hazardous Weather Phenomena: High Ice Water Content, Bureau of Meteorology Australia, January 2015