解決飛機遭遇氣流影響,快收藏科普吧

收藏 體育 航空 空中客車 技術 龐巴迪 輕航之家 2019-07-06

隨著航班量的大幅增加,空中交通擁堵變得日益嚴重,飛行員和旅客都越飛越急躁。當我們想讓飛機飛得更密一些,間隔拉得更小一些時,往往忽略了空中還有一個隱形的殺手——飛機尾流。

2001年,美利堅航空587航班在美國紐約肯尼迪機場起飛不久突然失去控制。事後調查發現,該飛機誤入前面一架波音747客機的尾流,飛行員操縱不當,粗猛使用腳蹬而讓飛機的垂直尾翼折斷,造成了這次事故。2017年初,一架龐巴迪挑戰者604公務機在空中受空客A380尾流影響,失去控制,險些墜毀。航空業每年都會發生多起關於飛機誤入尾流,造成擦機尾或顛簸的嚴重不安全事件,這是因為我們肉眼看不見,儀表也探測不到飛機尾流。

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什麼是飛機尾流

飛機在空中飛行時都會產生尾流。在飛行中,升力產生於機翼上下表面的壓差,飛機下翼面的壓強高於上翼面,氣流在兩個翼尖處會從下翼面繞過翼尖流到上翼面。此時,飛機向前運動,空氣相對向後流動,於是就在飛機的兩個翼尖處形成兩個旋渦。從飛機後方看,右側的旋渦逆時針旋轉,而左側的旋渦順時針旋轉。旋渦中的氣流一邊旋轉一邊向後流動,其強度隨著時間的流逝而減弱。

尾流的能量聚集在每個旋渦中心幾英尺的範圍內。所有飛機應該避開旋渦中心約100英尺的區域。尾流的強度取決於前機的重量、速度、翼展大小和翼型。最大的尾流強度發生在重量大、速度慢、光潔形態的飛機上,而有記載的尾流內最大切向速度可達91米/秒。小飛機誤入這麼強的氣流中,產生嚴重顛簸甚至翻滾墜毀都是有可能的。

隨著飛機越造越大,飛機翼展也越大,飛機尾流就越強,對飛行的影響越大。我們一般將尾流按區域劃分為三部分:翼尖渦流、附面層紊流、發動機尾噴流。附面層紊流和發動機尾噴流的“壽命”很短,影響距離短;而翼尖渦流旋轉穩定,存在時間長,所以尾流通常是指機翼渦流。尾流對飛機的影響可歸納為:誘導橫滾、損失高度、爬升率減小和過大的結構過載。

尾流最大的危險是引起飛機橫滾。抵禦誘導性橫滾力矩的能力,主要取決於飛機的翼展和副翼的操縱性能。尾流產生的誘導性橫滾力矩有可能超過進入其中飛機的橫向操縱能力的極限,進而導致飛機失控翻轉。因此,翼展小的飛機要特別警惕,不要進入比自己大的飛機的尾流中。此外,飛機在進近區域內遭遇尾流的影響較大,也更危險,因為該飛機在速度、推力、高度和飛行員的反應時間上都處於臨界狀態。

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如何減小尾流的影響

自20世紀60年代起,飛行專家就試圖找出一些方法將尾流對飛行安全的影響減到最小。經過大量的實驗和研究後發現,最有效地擺脫尾流的方法是飛行員和管制員瞭解並知道尾流的影響區域及性質,並避免飛機進入受尾流影響的區域。

在尾流的規避預防上,管制員和飛行員的作用是同等重要的。管制員在指揮飛機時應嚴格執行飛機尾流間隔標準,瞭解飛機所處的大氣環境,如地形、風、氣溫和天氣不穩定性等條件,對尾流消散的情況進行預測,對飛行員及時提出預警,給飛行員預留反應的時間。

作為飛行任務的執行者,飛行員對飛行安全負有巨大的責任。雖然目前還沒有技術手段能探測飛機尾流,但尾流具有某些特徵,識別這些特徵可以幫助飛行員確定尾流位置,從而採取有效的預防措施。其必須依靠豐富的知識和對尾流特性的瞭解,預判尾流的情形,並按照尾流規避程序飛行,向管制員提出詢問建議,調整飛行的航徑來避開尾流。

通過對大型飛機的測試表明,其尾流寬度略小於飛機的翼展,並隨風向移動。因此,如果兩架飛機在同一高度飛行,後機想避開前機尾流,儘可能在前機的飛行航徑以上飛行。

大型運輸飛機的尾流以每分鐘幾百英尺的速度下沉,尾流的強度與下沉速度隨著時間和距離的增加而逐漸減弱。旋渦的原點穩定在飛機下方500英尺~1000英尺。當飛機所處的大氣不穩定時,會加速尾流的衰減。現在航路指揮1000英尺的垂直間隔和10公里以上的水平間隔應該是足夠安全的。但是,如果要繞飛雷雨或偏離航路飛行,飛行員就要小心前面飛機的尾流,儘可能在前機的飛行航徑以上飛行,必要時改變飛行航徑以避開前機後方和下方可能存在尾流的區域。

飛行員在進近和著陸時要始終警惕前機尾流的威脅。為了避免誤入前機尾流,飛行員和管制員應共同確保飛機在終端區有合適的尾流間隔。當大型飛機進近落地時,飛機尾流靠近地面,傾向於以2節~3節的速度橫向移動。當飛行員在平行跑道落地時,應警惕在進近和起飛航徑上風向的大型飛機。如果地面有側風,會減小上風面尾流的橫向運動,並增大順風面尾流的運動。因此,垂直於跑道方向1節~5節的微風將導致上風面尾流在接地區保持一段時間,並加速下風面尾流向遠離跑道的方向運動,或者向另一條相鄰的跑道移動。特別注意的是,飛行員要高度警惕五邊存在輕微順風的情況,因為此時尾流可能出現在短五邊和接地點附近。

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遭遇尾流的建議

一旦進入尾流,飛機會產生強烈的顛簸翻轉,對客艙裡沒有系安全帶的乘務員和旅客傷害最大,所以飛行員一定要重視。飛行機組在航前協作過程中,要向客艙機組通報顛簸和尾流的處置要求與程序;在飛行中,要充分發揮安全帶指示燈的警示作用。所有人在就座時一定要繫好安全帶,並避免在安全帶指示燈亮的情況下離開座椅。一旦有可能進入顛簸或尾流影響區域,飛行機組必須進行顛簸警示,通過安全帶指示燈等反覆警示或直接進行客艙廣播。這種顛簸多發生在飛機起飛爬升和下降階段,所以客艙服務要儘量簡化高效,避開這些可能遭遇尾流的階段。如果客艙有旅客活動,乘務員應要求他們儘快回到座位上。

飛行員要按標準進行陸空對話,在陸空通話中相應加上“HEAVY”或“SUPPER”,警示周圍的飛機並提醒管制員。要知道尾流的特性和形成規律,瞭解周圍飛機尾流影響的區域及強度,配合管制員的指揮。管制員按照要求為所指揮的飛機提供尾流警告,但飛行員要明白,管制員指揮的尾流間隔不可能完全避開尾流的影響。按照儀表飛行規則(IFR)飛行的飛行員如果接受了目視前機的管制指令,就要自行負責保持尾流間隔。在按照目視飛行規則(VFR)飛行期間,避免飛機遭遇尾流是飛行員的責任。

管制員為按照儀表飛行規則(IFR)飛行的飛機提供空中間隔,包括所需的尾流間隔。當飛行員對尾流間隔存在任何疑問時,應詢問管制員並要求更改間隔距離、航向、高度或調整速度。具體措施包括:飛行員應目視確定大型飛機後面的旋渦軌跡,並採取適當的尾流規避程序確保飛行安全;在五邊進近時,後機要注意調整速度,保證與前機有足夠(2分鐘~3分鐘)的間隔;離場時,儘可能在大飛機的轉彎點前轉彎;在更大的飛機後面於同一條跑道上起飛或者降落時,嚴格保持在大飛機的飛行航徑上;注意在正常接地點或前機接地點前接地;小心從平行跑道漂移過來的尾流的影響;避免飛行航徑穿過前一架飛機的尾流;如果無法保證尾流間隔,復飛是最好的選擇。

如果飛機進入尾流,飛行員也不要慌張,因為尾流影響的區域是有限的。建議飛行員儘可能保持自動駕駛系統飛行,避免粗猛操縱,尤其不應粗猛地使用方向舵來控制尾流產生的坡度和方向偏差。如果飛機進入異常姿態,立即完成《快速檢查單》中非正常機動節的“異常姿態改出”機動飛行。

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