微下冲气流对飞行安全的影响
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摘 要:对飞行安全影响较大的主要是大气紊流和风切变,尤其以低空风切变危害最大,微下冲气流则是最危险的低空风切变形式。为了回避和改出危险的微下冲气流,必须对其一定的认识和了解。本文从低空风切变的基本概念入手,既而阐述微下冲气流的形成原因、特点等,分析其对飞行安全的影响。
关键词:低空风切变 微下冲气流
中图分类号:V212 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0061-01
目前,国际航空界和气象界已经公认的微下冲气流是危及飞机低空飞行安全的最重要因素之一。
多起空难事故表明,微下冲气流对民用和军用飞机的起飞和着陆都有极大的危害。1975年6月在纽约肯尼迪国际机场,一架B-727飞机着陆时坠毁,死亡113人。这次航空史上著名的空难事故的罪魁祸首就是微下冲气流。从1968年至1986年间,美国航空总死亡人数中约有40%死于低空风切变事故。经美国国家研究委员会(NRC)1983年确认的与风切变有关的51次飞行事故中,65%的风切变事故与雷雨有关,且通常都会有微下冲气流。
1 低空风切变的基本概念
1.1 低空风切变的定义
风切变(Wind Shear),即风的变化,是指空间任意两点之间风向和风速随位置和时间不同而突然变化。
低空风切变是指发生离地高度在600m以下的风切变。按照低空风切变的物理原因,低空风切变可分成峰面风切变,与地面强风有关的风切变以及与对流风暴有关的风切变。对流风暴形成的风切变对空中交通危害最大,表现为对流形式的下冲气流。
1.2 微下冲气流的形成原因
微下冲气流的形成与人们常见的雷暴云有关。它与雷暴云的上冲和崩溃紧密相关。上升气流在其上升和上冲的过程中,从高层大气中获得水平动能。随着上冲高度的增加,上升气流的动能变为位能(表现为重冷的云顶)而被储存起来。一旦云顶崩溃,位能又重新变为下沉气流的动能。重冷云顶的崩溃取决于雷暴云下飑线的移动。飑线锋形成后,它加速向前部的上升气流区移动。随着飑线远离雷暴云母体,维持上升气流的暖湿气流供应逐渐被飑线锋切断,于是,上升气流迅速消失,重冷云顶下沉,产生下沉气流。下沉气流由于从砧状云顶以上卷夹了移动快、湿度小的空气,增加了下沉气流内部的蒸发,同时,这个下沉气流的单体,由于吸收了巨大的水平动量,而迅速向前推进。这样,形成的下沉气流到达地面时,就可以形成微下冲暴流。
1.3 微下冲气流的特点
微下冲气流是属于下冲气流的一种,它是以垂直风切变为主要特征的综合风切变区。由于在水平方向垂直运动的气流存在很大的速度梯度,也就是说垂直运动的风速会出现突然的加剧,就产生了特别强的下降气流,犹如一股强烈的喷射流自天空垂直指向地面,碰撞地面后四处溢散,形成一股轴对称的水平方向的直线型外流,如图1所示,其作用范围直径小于5km,持续时间只有1min～5min。根据风速的大小,把垂直向下的风分成下沉气流和下冲气流。后者是指气流冲向地面辐散后引起的地面上水平风速超过17.88m/s的风。有时,直接按垂直风速划分。当垂直风速大于3.6m/s(离地面91m高处)时称之为下冲气流（如图1）。
2 微下冲气流对飞行安全的影响
微下冲气流的水平漩涡除包涵下降气流外,还包含强烈的上升气流。当飞机在低空穿越微下冲气流的时,会先遇到逆风,后是顺风,因而会引起空速和迎角的变化。以下从受力的变化情况来分析,假定着陆未受风暴影响时,飞行员按预定的下滑航迹角和空速降飞机配平,当飞机穿入暴风区,遭遇逆风,飞机相对空速增加,使全机升力增加,于是飞机开始偏离预定下滑航迹上升。为使飞机回到预定航迹,飞行员通常推杆和关小油门企图使飞机减速和低头。当飞机继续前飞近暴核中心时,受侧风和垂直风越大,但逆风逐渐减小至零。穿过中心后,水平方向的风变成顺风且越大,飞机的相对空速越小,全机升力随之减小,飞机迅速掉高,偏离预定航迹俯冲。为了增速和使飞机回到预定航迹,飞行员会加大油门和拉杆使飞机获最大升力抬头向上飞行。由于大型喷气运输机的发动机时间常数很大,从小推力状态增至大推力状态约有6s～8s的延迟,所以飞行速度不能很快增加。在较小的飞行速度之下,为了获得较大的升力,就需要较大的迎角,即进一步拉杆。这是,由于侧向也要纠偏,如果操纵过度就可能使飞机失速,升力进一步减小,飞机失控而坠毁。
3 结语
本文介绍了微下冲气流的特点、形成原因。分析微下冲气流对飞行安全的影响。由此可见,缺乏应对该气象条件的飞行员穿越微下冲气流是非常危险的。为了安全起见,建议气象进一步展开研究探测和预告微下冲气流的技术。
参考文献
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