飛機(jī)尾流對飛行安全的探討

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上飛機(jī)尾流對飛行安全的探討【摘 要】隨著航空事業(yè)的發(fā)展，飛機(jī)飛行間隔縮小，機(jī)體增大，尾流渦對航空管制的影響，空域容量的限制及對飛行安全的危害日益突出。本文主要闡述了尾流的成因，以及小型飛機(jī)在進(jìn)近及起飛過程中，對于前機(jī)為大型機(jī)時，如何避免進(jìn)入大型機(jī)尾流的策略進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。通過本文的介紹使大家對尾流的產(chǎn)生、消散、強(qiáng)度、危害有了足夠的了解，并且了解在不同情況下飛行員所采取的規(guī)避尾流策略，從而使管制員和飛行員在實際工作中能采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減少尾流對飛行安全的威脅?！娟P(guān)鍵詞】空中交通管制；飛行間隔；尾流影響；飛行安全自從二十世紀(jì)初期美國的萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)以來，航空運輸以其他運

2、輸方式無可比擬的快速和安全迅速成為二十世紀(jì)中后期最為人們青睞的交通方式。進(jìn)入二十一世紀(jì)之后，隨著航空技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，航空運輸將在整個綜合交通運輸體系中占有越來越重要的地位。但是由于有限的空域資源，飛行量的大幅度增加將會使得飛行沖突變得日益嚴(yán)重，不僅限制了飛行流量的增加，也對現(xiàn)有的各種飛行造成了許多的不安全的影響。2001年，美利堅航空公司587航班在紐約肯尼迪機(jī)場起飛不到1分鐘就失去了控制，墜毀于機(jī)場附近。據(jù)分析，飛機(jī)失事可能與當(dāng)天稍早起飛的一架日航波音747客機(jī)所產(chǎn)生的氣流有關(guān)，也就是人們常說的飛機(jī)尾流。根據(jù)飛行數(shù)據(jù)記錄器記錄的數(shù)據(jù)，尾流渦系開始只對飛機(jī)造成低加速，但是方向舵在幾秒鐘內(nèi)就開

3、始隨著腳蹬板移動而向兩邊大幅度偏移。接著，垂直尾翼突然從安裝軸頸折斷，駕駛員對飛機(jī)失去控制。發(fā)動機(jī)在飛機(jī)墜地前脫離飛機(jī)，看來好像是被機(jī)身劇烈地震動產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力折斷而脫離飛機(jī)的4。飛機(jī)尾流通常是指跟隨在飛機(jī)之后的兩個反向旋轉(zhuǎn)的圓錐式渦旋氣團(tuán)5。因為尾流對飛行安全的影響是巨大的，所以國內(nèi)外都投入了大量的人力物力進(jìn)行研究，試圖找出一些方法將尾流對飛行安全的影響降到最小的程度。飛機(jī)飛行時，在其后面都會產(chǎn)生尾流2。尾流也是一種湍流7。當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入前面飛機(jī)的尾流區(qū)時，會出現(xiàn)機(jī)身抖動、下沉、飛行狀態(tài)改變、發(fā)動機(jī)停車甚至飛機(jī)翻轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。小型飛機(jī)尾隨大型飛機(jī)起飛或著陸時，若進(jìn)入前機(jī)尾流中，處置不當(dāng)就會發(fā)生飛行事故

4、。尾流由滑流、紊流和尾渦三部分組成，其中尾渦對尾隨大型飛機(jī)起飛著陸的小型飛機(jī)影響最大4。飛機(jī)進(jìn)入前機(jī)的一個尾渦中心時，一個機(jī)翼遇到上升氣流，另一個機(jī)翼遇到下降氣流，會因承受很大的滾轉(zhuǎn)力矩而急劇滾轉(zhuǎn)3。滾轉(zhuǎn)速率主要取決于后機(jī)翼展的長度，翼展短的小型飛機(jī)滾轉(zhuǎn)速率大。如果滾轉(zhuǎn)力矩超過飛機(jī)的控制能力，就會失控翻轉(zhuǎn)。因為尾流是看不見的，所以飛機(jī)的飛行員應(yīng)注意避開尾流，保持一定的尾流間隔1。我國也于1993年進(jìn)行了飛機(jī)尾流拉煙的試驗，尾流主要包括三部分，其一是能量最集中的翼尖渦，它從翼尖脫出后向后擴(kuò)展；其二是附面層紊流；其三是發(fā)動機(jī)尾噴流7。一、尾流的產(chǎn)生尾流又稱翼尖渦流，是三維機(jī)翼在產(chǎn)生升力時伴隨著產(chǎn)生

5、誘導(dǎo)阻力的原因。當(dāng)三維機(jī)翼產(chǎn)生升力時，下翼面的壓強(qiáng)高于上翼面，在2個翼尖處氣流就會由下翼面繞過翼尖流到上翼面（如圖1-1示）。當(dāng)氣流繞過機(jī)翼時，它在機(jī)翼上的壓力分布不是很均勻的，理想氣流擾流時翼型表面是一個流線，因為在翼面上的氣流不會停滯，而是在翼面流動，翼面上每點的速度必定和翼型相切，所以翼面是條流線，對于機(jī)翼的理想來流一般視為定常不可壓流，根據(jù)伯努利方程：可知流管面積減少則流速增大；反之流管面積增大則速度減小。因此上翼面所受到的氣流壓力要比下翼面?。C(jī)翼在正攻角狀態(tài)下），氣流在流過機(jī)翼時的前駐點速度降為零，然后分為上下兩股繞過機(jī)翼，并且隨著流管的面積的變化，先加速到上下翼面的最大值后再減速

6、，在后緣處匯合流下去。在上翼面，壓強(qiáng)先下降后上升，形成了一段負(fù)壓區(qū)，而在下翼面則產(chǎn)生了正壓區(qū)。因此在翼尖處由于壓差的原因使得氣流從下翼面繞過翼尖流到上翼面。同時仍具有相對向后流的速度，其結(jié)果是在2個翼尖處形成2個漩渦，漩渦中的氣流一邊旋轉(zhuǎn)，一邊向后流動，其強(qiáng)度隨著時間減弱；而且這2個漩渦的旋轉(zhuǎn)方向相反，被稱之為翼尖渦流。（如圖1-2示）圖1-2 翼尖渦的后視圖為了進(jìn)一步了解尾流的實際形狀，美國聯(lián)邦航空局（faa）進(jìn)行了探測尾流的試驗：利用跑道旁邊的立桿拉出彩色煙帶，飛機(jī)起飛以后，產(chǎn)生的尾流使得煙帶卷曲，可清楚地看到尾流的形狀（如圖1-3示），它是在拖拽在翼尖后面的條狀漩渦，左右各一個。尾渦存在

7、著一個自由活動的渦心，該渦心圍繞翼尖向外側(cè)上方旋轉(zhuǎn)。因此從飛機(jī)后方看，右側(cè)的漩渦是逆時針旋轉(zhuǎn)，而左側(cè)的漩渦是順時針的旋轉(zhuǎn)。尾流的強(qiáng)度由產(chǎn)生尾渦的飛機(jī)重量、飛行速度和機(jī)翼形狀所決定，其中最主要的是飛機(jī)的重量。尾渦強(qiáng)度隨飛機(jī)重量、載荷因數(shù)的增加和飛行速度的減小而增大，曾測得最大的湍流切線速度達(dá)67米/秒。當(dāng)重型飛機(jī)在光潔構(gòu)型下低速飛行時，將會產(chǎn)生最強(qiáng)的尾流。 尾流是向外和向下擴(kuò)散運動的。當(dāng)存在側(cè)風(fēng)的時候，尾流將向下風(fēng)方向移動。當(dāng)存在頂風(fēng)時，將在飛機(jī)的后方延長尾流區(qū)。當(dāng)存在順風(fēng)時，尾流將增加向外擴(kuò)散的速度。尾流的作用范圍及伴生的漩渦下降到航空下方500900英尺處并隨風(fēng)飄蕩直至消失。當(dāng)航空器在高空以

8、較大的真空速飛行時，尾流可以延長到航空器后5英里。航空器重量越大，他產(chǎn)生的翼尖渦越強(qiáng)，影響范圍越大。飛行實驗表明：來自大型航空器的旋渦以2.5米/秒（400 500英尺/分）的速率下沉，它們在產(chǎn)生的航空器的飛行航徑之下約275米 （900英尺）趨向改平尾渦的下沉量是指尾渦中心低于水平線的垂直高度。尾渦的總下沉量由兩部分組成，第一部分是通過機(jī)翼的氣流有一定的下洗角，使整個氣流向下傾斜，這部分下沉量與下洗角大小和尾渦離開飛機(jī)的距離成正比；第二部分下沉量是由于左右兩旋轉(zhuǎn)方向相反的渦的影響，使兩個渦束都產(chǎn)生下移速度所致。二、尾流的消散尾流的消散機(jī)理比想象的要復(fù)雜的多；其消散過程和方式與周圍大氣環(huán)境緊密

9、相關(guān)（包括大氣紊流度、大氣分層效應(yīng)、溫度梯度、風(fēng)的速度場、地面效應(yīng)等等）；直到現(xiàn)在，人們也沒有完全了解尾流的消散機(jī)理。其困難就在于在許多情況下很難確定大氣條件對尾流運動及消散的確切關(guān)系。但是從觀察到的不同現(xiàn)象來看，尾流通常以下述三種方式之一消散或瓦解：經(jīng)過一個長的時間， 渦流擴(kuò)散可使每一旋渦（范圍）擴(kuò)大，以致尾流融入（大氣）而消散，這種消散形式是由于空氣的粘性作用，尾渦在旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散運動過程中，同時受到一定尺寸的大氣湍流的作用，間距越來越大，強(qiáng)度越來越弱，最后消失，這也是最自然的可以想象得出的一種消散方式；沿著旋渦長度的渦流漸漸變得不穩(wěn)定，并發(fā)展為彎彎曲曲的振動而使尾渦接觸連接起來。這種消散形式是

10、由于強(qiáng)度相同的尾渦相互之間的誘導(dǎo)作用導(dǎo)致在擴(kuò)散運動中兩個渦連接起來，然后重新形成一個流場，其強(qiáng)度在連接之后迅速減小，而且一定尺度的大氣湍流在尾渦縱向距離上所造成的不穩(wěn)定的波動加速了這種連接消散的形成；突然的結(jié)構(gòu)改變，可以突然地加寬旋渦的中心部分，促使旋渦瓦解或破裂。其外層的流場雖然有一定的減弱，但仍然在空中保留了相當(dāng)強(qiáng)度的漩渦。當(dāng)然，在尾渦的演變過程中，這三種消散方式并不是相互孤立的，有可能在揣流的尺度和強(qiáng)度合適的情況下，既發(fā)生進(jìn)裂消散同時又造成連接消散，如果是出現(xiàn)這種情況的話，尾渦將會很快的消散，此時尾流的影響作用幾乎可以不加考慮；因此常常需要注意的是以某種單獨形式持續(xù)和消散的過程?？墒抢щy

11、在于這三種消散方式是隨著大氣條件的不同而隨機(jī)發(fā)生的，無法事先確定尾渦到底會以哪種方式消散：另外人們通過比較發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)的外形變化對尾渦的消散也有影響；在起飛著陸階段，航空器處于著陸形態(tài)（起落架放下、襟翼打開）時所形成的湍流有助于加速尾渦的迸裂消散和粘性消散，而在潔凈外形的條件下，機(jī)翼附面層的紊流和發(fā)動機(jī)的噴流所形成的小尺度的湍流與大氣湍流的作用相比，對尾渦的消散幾乎沒有什么大的影響。三、飛機(jī)尾流的規(guī)避策略如果能看見尾流的情況，就使我們可以很容易的進(jìn)行躲避。雖然在某些大氣情況或者人工的綜合方法情況下要看到尾流是可以實現(xiàn)的，但是一般情況下，是不可能實現(xiàn)的。飛行員則必須依靠他們的知識和對尾流的特性的了

12、解，在大腦中形成尾流的情形，這樣飛行員就可以按照尾流規(guī)避程序來執(zhí)行。這些程序不斷的發(fā)展適合不同情況。飛行員必須時刻的遵守這些程序，不斷地調(diào)整他們的操作以及飛行的航跡來躲避尾流的影響。當(dāng)分析這些程序的時候，飛機(jī)的性能應(yīng)該被充分的考慮到?？傊@些程序被用于幫助飛行員在一架大型飛機(jī)的下方或者后方，進(jìn)行有效的躲避尾流。復(fù)飛在某些情況下是保障安全的必要手段。3.1 在同一跑道上跟隨一個大型飛機(jī)的策略* 保持在大型飛機(jī)最后進(jìn)近飛行航跡的上方；* 注意大型飛機(jī)的接地點的位置；* 在跑道長度允許的范圍內(nèi)，盡量在接地點前方著陸；* 如果不能安全的在接地點前方著陸，則立即復(fù)飛。3.2 間距小于2500ft的平行跑

13、道上跟隨一架大型機(jī)著陸的策略* 考慮可能的尾流飄移影響到平行跑道；* 保持在大型機(jī)最后進(jìn)近航跡的上方；* 注意大型機(jī)的接地點。3.3 交叉跑道上的跟隨大型飛機(jī)著陸的策略* 垂直或從側(cè)方穿越大型機(jī)的飛行航跡時應(yīng)保持在大型機(jī)最后進(jìn)近航跡的上方；* 如果發(fā)現(xiàn)有不安全的現(xiàn)象，則立即選擇復(fù)飛。3.4 在同一條跑道上在一架大型機(jī)起飛后著陸的策略* 注意大型機(jī)在跑道上抬前輪的點；* 在抬前輪點之前是飛機(jī)接地，或者直接選擇復(fù)飛。3.5 在交叉跑道上在一架大型機(jī)起飛后著陸的策略* 注意大型機(jī)抬前輪點，如果抬前輪點在跑道交叉點后，則可以繼續(xù)進(jìn)近，并且著陸點應(yīng)該在跑道交叉點以前；* 如果大型機(jī)抬前輪點在跑道交叉點以

14、前，應(yīng)該保證飛機(jī)在大型機(jī)飛行航跡的上方，放棄進(jìn)近除非能夠確定在到跑道達(dá)交叉點前接地。3.6 在一個大型機(jī)起飛后離港的策略* 注意大型抬前輪點的位置；* 多等待一段時間，不要急于開始滑跑，除非你能肯定你的抬前輪點在大型機(jī)之前；* 爬升避開大型機(jī)的的尾流影響方位；* 繼續(xù)爬升到大型機(jī)的爬升航跡的上方直到到轉(zhuǎn)彎避開大型機(jī)的尾流；（注意：也許這是不可能的，因為大型機(jī)的性能因素）* 避開航跡從越大型機(jī)的下方和后方穿越；* 要對任何的危險情況都進(jìn)行告警。3.7 在大型機(jī)后起飛或者著陸進(jìn)行一個較低高度的進(jìn)近或者復(fù)飛的策略* 確認(rèn)至少存在2分鐘的間隔在你起飛和開始進(jìn)近之前；* 如果不安全，則立即終止起飛或者立

15、即復(fù)飛。3.8 在空中避讓尾流的策略* 避開在大型機(jī)航跡的下方和后方；* 如果觀察到大型機(jī)和和你在同一航跡上（相聚或者飛越），調(diào)整你的側(cè)向位置，最好是上風(fēng)方向。四、尾流對航空器影響的歸納事實上，尾流對航空器的影響可歸納為：誘導(dǎo)橫滾、損失高度、爬升率減小及過大的結(jié)構(gòu)過載。其中最大的危險是對于航空器引起的橫滾，有可能會超過航空器橫向操縱能力的程度。如果在進(jìn)近區(qū)域內(nèi)遭遇氣流，此時的影響較大，也較危險，因為跟隨著的航空器在速度、推力、高度和飛行員的反應(yīng)時間都處于臨界狀態(tài)。在某些情況下，遭遇到尾流可能使航空器內(nèi)部災(zāi)難性的結(jié)構(gòu)損壞。最有效的擺脫尾流的方法就是，了解和知道尾流的影響區(qū)域和性質(zhì)，并避免飛機(jī)進(jìn)入

16、尾流影響的區(qū)域。在前面幾章我們詳細(xì)的討論了尾流的性質(zhì)及其影響的范圍。我們這里要討論的是，在飛行過程中為了避免飛機(jī)進(jìn)入尾流，我的一些設(shè)想。4.1 管制員方面管制員在嚴(yán)格執(zhí)行飛機(jī)尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)的同時，應(yīng)該對當(dāng)時的大氣環(huán)境進(jìn)行判斷，對尾流消散的情況進(jìn)行預(yù)測。同時給后機(jī)發(fā)布尾流告警的預(yù)報，給飛行員提前的提示。當(dāng)然由于尾流是看不見的，要及時提出預(yù)警，是對管制員經(jīng)驗和能力的考驗。通過前面的一些計算和我們所了解的知識可以知道，我們現(xiàn)行的飛機(jī)尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)對于大多數(shù)飛機(jī)（除b757外）都是比較保守的，因此管制員在進(jìn)行指揮的時候，對于b757應(yīng)該格外注意，它的按起飛重量分類，僅屬于中型機(jī)，但是在尾流分類中其屬于重型

17、機(jī)。4.2 飛行員方面飛行員作為飛行的執(zhí)行者，對飛行安全負(fù)有很大的責(zé)任。如果在飛行過程中能看見尾流的情況，就使我們可以很容易的進(jìn)行躲避。雖然在某些大氣情況或者使用人工的綜合方法的情況下，看到尾流是可以實現(xiàn)的，但是一般情況下，是不可能實現(xiàn)的。飛行員則必須依靠他們的知識和對尾流的特性的了解，在大腦中形成尾流的情形，這樣飛行員就可以按照尾流規(guī)避程序來執(zhí)行。這些程序不斷的發(fā)展適合不同情況。飛行員必須時刻的遵守這些程序，不斷地調(diào)整他們的操作以及飛行的航跡來躲避尾流的影響。以下是規(guī)避尾流的策略：* 當(dāng)在一架大型機(jī)后起飛時，在大型機(jī)離地點之前離地，并且在大型機(jī)的航跡上方爬升；* 當(dāng)在一架大型機(jī)后著陸時，小型

18、機(jī)的接地點要在大型機(jī)接地點之后；* 尾流在跑道上停留的時間將比較長，當(dāng)在風(fēng)很小或者靜風(fēng)的情況下；* 在平行跑道上，由大型機(jī)產(chǎn)生的尾渦，如果有強(qiáng)烈的側(cè)風(fēng)，會飄逸到你使用的跑道上；* 當(dāng)在大型機(jī)的后方飛行或者穿越前方的大型機(jī)時，保持你的飛行航跡在大型機(jī)的航跡之上；* 當(dāng)在一架大型機(jī)的后面進(jìn)行ils進(jìn)近時，保持在下滑道上或者在其上方以躲避前機(jī)尾流；* 在起飛的時候，盡快地安全的脫離跑到中心線，也許你不能使你的爬升航跡在新型大型噴氣式飛機(jī)之上，但是切記不要進(jìn)入他們的尾流；* 如果在航路上你要穿越一架大型機(jī)的飛行航跡，最好是在大型機(jī)的飛行高度之上穿越，并且保持在大型機(jī)之后至少2英里。最有效的躲避尾流的方法就是，了解尾流的危害、影響范圍。采取措施保障飛行安全。【參考文獻(xiàn)】1 胡軍，徐肖豪.空中交通中尾流間隔的研究j.中國民航學(xué)院學(xué)報，2002，20（4）.2 楊新湦.尾流對飛行影響的研究j.