การจับแข็ง (การบิน)

การก่อตัวของน้ำแข็งบนพื้นผิวเครื่องบิน
ในทางการบิน การจับแข็ง  เป็นการก่อตัวของน้ำแข็งบนเครื่องบิน การจับแข็งส่งผลให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรงมากมายในประวัติศาสตร์การบิน การพอกและสะสมของน้ำแข็งสามารถส่งผลต่อพื้นผิวภายนอกของเครื่องบิน ซึ่งในกรณีนี้คือการจับแข็งบนโครงเครื่องบิน หรือเครื่องยนต์ ส่งผลให้เกิดน้ำแข็งจับที่คาร์บูเรเตอร์ น้ำแข็งที่ช่องอากาศเข้า และโดยทั่วไปคือการจับแข็งที่เครื่องยนต์ ปรากฏการณ์เหล่านี้อาจเกิดขึ้นแยกกันหรือเกิดพร้อมกัน
ไม่ใช่เครื่องบินทุกลำ โดยเฉพาะไม่ใช่เครื่องบินทั่วไป ที่จะได้รับการรับรองว่าสามารถบินเข้าสู่บริเวณที่มีการจับแข็ง (flight into known icing, FIKI) ซึ่งหมายถึงการบินเข้าไปในพื้นที่ที่ทำให้เกิดการจับแข็งหรือมีแนวโน้มว่าจะมีน้ำแข็งเกาะ โดยอ้างอิงจากรายงานของนักบิน การสังเกตการณ์ และการคาดการณ์ เพื่อให้ได้รับการรับรอง FIKI เครื่องบินจะต้องติดตั้งระบบป้องกันน้ำแข็งที่เหมาะสมเพื่อป้องกันอุบัติเหตุจากการจับแข็ง
นิยาม.
สภาวะการจับแข็งจะเกิดขึ้นเมื่ออากาศมีหยดน้ำที่เย็นจัดต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง หยดน้ำเหล่านี้จะแข็งตัวเมื่อสัมผัสกับจุดที่อาจเกิดนิวเคลียสผลึกได้ ซึ่งในกรณีนี้คือส่วนต่าง ๆ ของเครื่องบินทำให้เกิดการจับแข็ง สภาวะการจับแข็งจะถูกกำหนดปริมาณโดยขนาดของหยดน้ำโดยเฉลี่ย ปริมาณน้ำที่เป็นของเหลว และอุณหภูมิของอากาศ ตัวแปรเหล่านี้ส่งผลต่อขอบเขต ประเภท และความเร็วที่กำหนดลักษณะการก่อตัวของน้ำแข็งบนเครื่องบิน กฎระเบียบการบินของสำนักงานบริหารการบินแห่งชาติของสหรัฐมีคำจำกัดความของสภาวะการจับแข็ง ที่เครื่องบินบางลำได้รับการรับรองให้บินผ่าน คือสภาวะที่เรียกว่า SLD (supercooled large droplet) หรือสภาวะหยดน้ำขนาดใหญ่ที่เย็นจัดต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง เป็นสภาวะที่เกินกว่าข้อกำหนดและเป็นอันตรายเฉพาะต่อเครื่องบิน ซึ่งเครื่องบินทุกลำต้องพยายามหลีกเลี่ยง
ในเชิงคุณภาพ รายงานของนักบินระบุถึงสภาวะการจับแข็งที่ส่งผลต่อเครื่องบินโดยพิจารณาจากความสามารถที่มีอยู่เดิมของเครื่องบิน เครื่องบินแต่ละลำอาจรายงานสภาวะเชิงปริมาณเดียวกันได้แม้ว่าจะมีการจับแข็งในระดับที่แตกต่างกัน เครื่องตรวจจับน้ำแข็งมักใช้เพื่อระบุถึงการมีอยู่ของสภาวะการจับแข็ง
ผลกระทบ.
เมื่อปนเปื้อนด้วยน้ำแข็งโดยปกติแล้วปีกจะสูญเสียแรงยกเมื่อมุมปะทะต่ำกว่าและที่ความเร็วของอากาศสูงขึ้น แม้แต่น้ำแข็งจำนวนเล็กน้อยก็ส่งผลกระทบได้ และหากน้ำแข็งมีเนื้อหยาบ ก็อาจส่งผลกระทบอย่างรุนแรงได้เช่นกัน ดังนั้นควรเพิ่มความเร็วในการทำการบินหากมีน้ำแข็งเกาะอยู่บนปีก การเพิ่มขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับทั้งประเภทของเครื่องบินและปริมาณน้ำแข็ง คุณลักษณะการสูญเสียแรงยกของเครื่องบินที่ปีกปนเปื้อนด้วยน้ำแข็งจะลดลง และมักพบปัญหาการควบคุมการหมุนอย่างรุนแรง การเพิ่มของน้ำแข็งอาจไม่สมมาตรระหว่างปีกทั้งสองข้างซึ่งต้องมีการปรับเทียบ นอกจากนี้ส่วนนอกของปีกซึ่งโดยปกติจะบางกว่าจึงสะสมน้ำแข็งได้มากกว่า ทำให้อาจเป็นส่วนที่สูญเสียแรงยกก่อน
ผลกระทบต่ออากาศยานไร้คนขับ.
อากาศยานไร้คนขับเป็นเทคโนโลยีใหม่ที่มีการใช้งานในเชิงพาณิชย์และการทหารมากมาย การจับแข็งเกิดขึ้นระหว่างทำการบินเข้าในเมฆเย็นยิ่งยวดหรือในระหว่างหยาดน้ำฟ้าที่เป็นน้ำแข็ง ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อเครื่องบินทุกประเภท การจับแข็งบนเครื่องบินไร้คนขับสร้างข้อจำกัดที่สำคัญต่อขอบเขตการปฏิบัติการ 
อากาศยานไร้คนขับมีความอ่อนไหวและไวต่อการจับแข็งมากกว่าเครื่องบินที่มีนักบินควบคุม ความแตกต่างหลักระหว่างเครื่องบินไร้คนขับและเครื่องบินที่มีคนขับเมื่อเกิดการจับแข็งมีดังนี้:
ส่วนต่าง ๆ ของ UAV ที่สัมผัสกับน้ำแข็งมากที่สุด ได้แก่ เซ็นเซอร์ความเร็วอากาศ ขอบด้านหน้าของพื้นผิวอากาศพลศาสตร์ โรเตอร์ และใบพัด
การเกิดการจับแข็งบน UAV เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นทั่วโลก และการจับแข็งที่ระดับความสูงปฏิบัติการสามารถเกิดขึ้นได้ตลอดทั้งปีทั่วโลก อย่างไรก็ตามความเสี่ยงจากการเกิดการจับแข็งนั้นมีมากเป็นพิเศษในบริเวณกึ่งอาร์กติก อาร์กติก และแอนตาร์กติกา ตัวอย่างเช่น ในพื้นที่ส่วนใหญ่ของกลุ่มประเทศนอร์ดิก การจับแข็งเกิดขึ้นร้อยละ 35 ถึงมากกว่าร้อยละ 80 ในช่วงเวลาตั้งแต่เดือนกันยายนถึงพฤษภาคม
การป้องกันและกำจัด.
มีหลายวิธีที่จะช่วยลดอันตรายจากการจับแข็ง วิธีแรกและง่ายที่สุดคือการหลีกเลี่ยงการจับแข็งโดยสิ้นเชิง แต่สำหรับเที่ยวบินส่วนใหญ่ วิธีนี้อาจไม่สะดวก
การป้องกันก่อนทำการบิน.
หากพบน้ำแข็ง (หรือสิ่งปนเปื้อนอื่น ๆ) บนเครื่องบินก่อนขึ้นบิน จะต้องกำจัดออกจากพื้นผิวสำคัญ การกำจัดสามารถทำได้หลายรูปแบบ:
วิธีการเหล่านี้ทั้งหมดสามารถขจัดสิ่งปนเปื้อนที่มีอยู่ได้ แต่ไม่สามารถป้องกันได้จริงในสภาวะที่มีการจับแข็ง หากมีน้ำแข็งเกาะหรือคาดว่าจะเกิดขึ้นก่อนเครื่องขึ้นบิน ให้ใช้สารต้านการแข็งตัวของน้ำ สารนี้จะมีความหนากว่าสารละลายน้ำแข็งและทนต่อผลกระทบของหิมะและฝนได้ระยะหนึ่ง สารเหล่านี้มีจุดประสงค์เพื่อขจัดปัญหาของเครื่องบินระหว่างนำเครื่องขึ้นบินแต่ไม่สามารถป้องกันได้ระหว่างการบิน
ระบบป้องกันระหว่างทำการบิน.
เพื่อป้องกันเครื่องบินจากการจับแข็งระหว่างบิน มีการใช้สารต้านการแข็งตัวของน้ำหรือสารละลายน้ำแข็งหลายรูปแบบ:
โดยปกติจะทำการปกป้องเฉพาะพื้นผิวและส่วนประกอบที่สำคัญของเครื่องบินเท่านั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ขอบด้านหน้าของปีก
ระบบทำความร้อนคาร์บูเรเตอร์จะถูกใช้กับเครื่องยนต์แบบคาร์บูเรเตอร์เพื่อป้องกันและขจัดการจับแข็ง เครื่องยนต์ที่ใช้ระบบหัวฉีดเชื้อเพลิงมีปัญหาน้อยกว่า แต่ยังสามารถเกิดการอุดตันของช่องรับอากาศเข้า ในเครื่องยนต์เหล่านี้มักจะมีแหล่งอากาศสำรองให้ใช้
การละลายน้ำแข็งและการป้องกันน้ำแข็งมีความแตกต่างกัน การละลายน้ำแข็งหมายถึงการกำจัดน้ำแข็งออกจากโครงสร้างเครื่องบิน ส่วนการป้องกันน้ำแข็งหมายถึงการต้านการแข็งตัวของน้ำที่สะสมบนโครงสร้างอากาศยาน