火山喷发对飞行安全的影响

摘要

火山喷发不仅对地球历史气候变化产生重要影响,也对现代航空安全构成严重威胁。爆炸式喷发产生的火山灰可通过大气环流扩散至平流层,直接影响航空飞行器的飞行安全。在国产大飞机成功交付并将火山活动频繁的东南亚国家纳入潜在的出口对象的新形势下,深入研究火山喷发对航空安全的影响对提升国产大飞机国际市场竞争力,保障国际航空安全具有重要的现实意义。为此,本文在前人研究的基础上,系统总结了火山灰的物理化学性质及其与航空发动机的相互作用机制,并且以印度尼西亚火山活动(火山爆发指数VEI≥3,2010—2018年)为例,评估了火山活动对该地区飞行安全的潜在影响。得出的主要结论如下:(1)为防止火山灰进入飞机发动机,火山灰云的监测和预测对航线的设计和选择至关重要,遥感监测的精度受火山灰成分、密度、形状和光学性质等因素的影响。(2)当火山灰被发动机吸入后,颗粒的沉积行为影响其对发动机的破坏程度,该行为受颗粒成分、密度、形状、玻璃化转变温度和黏度等因素的影响。(3)沉积后的火山灰对发动机内热障涂层(TBCs)的腐蚀作用是影响其使用寿命的关键,相关的破坏机制可概括为熔融的火山灰渗透至TBCs内部并与其反应,析出新晶相的过程。目前主要的防护策略包括:物理隔离防渗、化学牺牲层防护、熔体结晶防护和表面特殊微纳结构构筑。(4)在空间上,印度尼西亚2010—2018年VEI≥3的火山灰在1 200℃,无挥发分情况下的黏度值近似(仅有1～2个数量级差异),暗示其相似的铺展潜力;在时间上,该地区2010—2018年的火山活动对飞行安全的威胁程度尽管波动较小,但持续存在。未来亟需深化的方面应包括:(1)加强火山灰实时监测技术;(2)改进分散模型的算法和精度;(3)建立火山灰性质依赖的沉积模型;(4)完善TBCs防护策略;(5)推动火山灰与飞行安全综合实验平台建设,以保障国产大飞机在全球范围内特别是火山活跃区域的安全运行,从而提升其国际市场竞争力。

关键词

火山灰 / 飞行安全 / 热障涂层 / 腐蚀 / 印度尼西亚火山活动