飞机颠簸及其飞行处置.docx

西安航空技术高等专科学校学报第卷 第期 年 月飞机颠簸及其飞行处置徐驰，黄宇丰，栾益（中国国际航空股份有限公司西南分公司 成都飞行部，四川 成都 ；中国国际航空股份有限公司运行控制中心西南分控中心 计划监控室，四川 成都 ；重庆大学 城市科技学院，重庆 ）摘 要：目的 研究导致飞机颠簸的天气形势和 环 境 条 件 ；方 法 通过对颠簸区中的飞行气象条件 、影 响 颠 簸 的 几个 主 要 因 素 、颠簸对飞行的影响以及在颠簸区中飞行时飞行员应采取的 一些措施做了简要介绍 ，分析飞机颠簸预报 指 数 和 指 标 ；结果 揭示产生飞机颠簸的气象条件 ；结论 增强飞机气象保障能力 ，以保障飞行安全 。关键词：飞 机 颠 簸 ；气 象 条 件 ；温 度 切 变 ；飞 行 安 全 ；大 气 湍 流中图分类号： 文献标识码： 文章编号：（）飞机遇 到 扰 动 气 流 或 受 到 不均匀空气动力冲 击，会左右摇晃、前后颠顿、上下抛掷以及局部震颤， 使得飞机操纵困难仪表不准，此即飞机 颠 簸。 颠 簸是危及飞行安全的主要天气现象之一。飞机一旦 进入重颠簸区，驾驶员将难以操作，甚至会造成机毁 人亡的重大事故。 因此，飞机颠簸是航空气象学研 究的一个重 要 课 题。 本 文 主 要 针 对 型 飞机在颠簸中所需注意的情况做一分析。由于大气湍流的强度不同，飞机颠簸的程度也不同，一般可分为弱、中、强、极强四个等级。飞机轻 度颠簸，仅是机身出现轻微的抖动或抛掷，一般对乘 客和飞机没有什么影响。 飞机中度颠簸时，飞机的 姿态、高度及航向均会发生变化，并出现急剧抛掷或 冲击，舱内未固定的物品会发生位移。 旅客进食及 行走有困难，同时在生理上出现种种不适现象，如出 虚汗、恶心、呕吐等。 飞机遇到强湍流时，机身会发 生剧烈颠簸，短时间内失去控制，舱内未固定物品也 剧烈颤动，旅客无法进食及行走，同时在生理上不适 现象加剧，甚至出现昏迷现象。飞机的极强颠簸，即 使受过严格飞行训练的飞行员也难以适应，此时飞 机可能失去控制，甚至空中解体。飞机颠簸的成因及颠簸强度划分飞机颠簸是由大气湍流引起的，大气湍流具有湍流谱的特征，即在湍流气流中存在着尺度不同的 各种涡旋。容易引起飞机升力显著变化而造成颠簸 的湍流涡旋，尺度与飞机尺度大致相当。 按照不稳 定的成因，可将其分成类：动力湍流、热力湍流、风 切变引起的湍流和尾涡湍流，其中热力湍流是引起 飞机颠簸最常见的原因。据统计，少于的颠簸可能是偶然的， 到的颠簸 是 间 歇 的，超 过 的 颠 簸 是 连 续 的。 发生在高高度（常常高于平均海平面大约米）、 不伴随积状云的颠簸被称为 （晴空颠簸）。颠簸对飞行的影响飞机产生颠簸时特别是强烈的颠簸，对于飞机的结构、飞机的操纵都是有很大影响的，情况如下。对飞行驾驶的影响飞机在颠簸区中飞行时，由于气流的不规则变 化，会使飞机高度、速度以及姿态经常也会出现不规 则的变化。颠簸强烈时，飞机忽上忽下的高度变化收稿日期：作者简介：徐驰（），男，四川成都人，飞行员，从事高原机场运行及恶劣气象条件对航空安全的影响与驾驶舱资源管理研究。第 期徐驰，等：飞机颠簸及其飞行处置经常可达数十米甚至数百米，这样会给飞机的操纵带来很大 的 困 难。 由 于 飞 机 状 态 的 这 种 强 烈 的 变 化，飞行员必须花费更多的精力来及时保持飞机处 于正常状态，因而体力消耗大，易于疲劳。的稳定层中，由风的垂直切变不稳定引起的波形破碎分裂的不同尺度湍涡，飞机一旦进入，往往突发颠 簸。在中纬 对 流 层 中 上 部 遭 遇 率 约 ，低 纬 更 高，达，其中轻 微至中度颠簸的累 积 频 率为，强烈颠簸仅占。对飞机机构的影响飞行中产生颠簸时，飞机的各部分都经受忽大 忽小的载荷，颠簸越强，载荷变化就越大。如果长时 间经受强烈载荷变化的作用，或受到超过其所承受 的最大载荷，飞机的某些部件就可能变形甚至折断， 比如飞机机翼。利用飞机载荷因素变量方程预报颠簸利用飞机升力公式及载荷因素变量表达式经数 学处理载荷因素变量方程，方程如下 （ ） 平飞最小速度增大在稳定气流中飞行，飞机的平飞最小速度受临 界迎角限制。在扰动气流中飞行，飞机若突然遇到 上升气流，由于相对气流的方向改变，迎角就会突然 增大，为了使增大后的迎角不大于临界迎角，在扰动 气流中飞行时，使用的最大迎角应比临界迎角小一 些，平飞最小速度也就要相应增大一些。 扰动气流 增强，所引起的迎角变化量增大，平飞允许使用的最 大迎角就减小，平飞最小允许速度则增大。 其中， 为空气密度， 为飞机空速，为机翼面积， 为飞机升力系数， 为地转风， 为常数， 为地转 风方向。从右端第项可以看出，越大，越大，即 颠簸越强。在高层大气中，一般 ， 值越 小，颠簸也越强。温度局地变化越大，温度平流越强 的地方，相应地越大，颠簸也更强。从右端第项可以看出， 与 和 成正平飞最大允许速度减小平飞中，由于遇到不稳定的上升气流，导致迎角 增大，使外力和载荷因数增大。上升气流速度大，它 所引起的迎角变化量大，升力变化量也大，所以载荷 因数变化量大；飞行速度大，在相同的上升气流作用 下，虽然迎角变化量小，但因相对气流速度大，升力 变化量也大，载荷因数变化量也大，因此颠簸飞行中 的最大允许速度减小。 比。对 可分水平方向变化与垂直方向变化 进行讨论。首先从地转风公式 可以得到 （）飞机颠簸的预报由此可以看出，等压面坡度急剧变化的地区，相应出现大的水平风切变，会使 变大而产生颠 簸。同 时，地 转 风 的 垂 直 切 变 即 为 热 成 风，公利用环境气象条件预报颠簸云 中 颠 簸云中因气温和空气密度不均匀，尤其是云顶附近由于云滴蒸发和夜间辐射冷却，出现颠簸频率较 高。层状云中颠 簸 频 率 接 近 ，浓 积 云、积 雨 云 中飞机遭遇强阵风概率比晴空高 量级。 一般 禁止穿飞浓积云和积雨云。式为 由此可以看出，水平温度梯度越大，风的垂直切变越大，越有利于颠簸的形成。从右端第项可看出，与和成正比。急 流 颠 簸急流轴的冷空气（低压）一侧，风的水平切变和垂直切变较暖空气一侧为大，因此颠簸多且强，出现 颠簸频率。同样可分为 与 两个方面。 与的关系前面 已讨论 为气温直减率，其值越大，也越大，颠晴 空 颠 簸簸也越强，这与对第项的分析结果是一致的。晴空湍流（）常 指 出 现 于 以 上 高 空西安航空技术高等专科学校学报第 卷通过对 载 荷 因 数 变量 方 程右端各项的 分 析可 知，颠簸强度与飞机空速、空气密度、风的水平和 垂直切变、温度的水平和垂直梯度以及温度的局地变化关系密切。在颠簸区中飞行时机组应采取的措施机组在飞行过程中，只要有可能就应该避开已 知的或预报的严重颠簸区域，如果颠簸无法避免，则 要将速度保持在本机型“机组使用手册”所提供的目 标速度范围以内，这样可提供最佳保护以防止阵风 对结构限制 的 影 响，同 时 保 持 大 于 （最 低 可 选 速度）的充裕程度。图设置推力以产生推荐的速度对照表飞行员的自然反应相反。 为了保持机翼水平，允许迅速使用大幅度的副翼操纵，但在极度颠簸中，则只 能用少量到中量的升降舵来操纵俯仰姿态，以免操 纵过度或使飞机承受压力。飞机本身的安定性会使 颠簸引起载荷逐渐缩小。飞行员应该主要依赖飞机 本身的安定 性，不 必 过 多 地 关 心 俯 仰 姿 态 的 改 变。 因为下一个阵风的方向、时间和大小都是不可预知 的。应柔和地操纵升降舵，阻止飞机离开所要求的 姿态；当飞机正在向要求的姿态恢复时，就使升降舵 回到中立位置。 用这样的操纵方法，可以避免操纵 过量，减小俯仰变化的幅度，所产生的载荷也比严密 操纵俯仰姿态要小。对俯仰姿态的操纵，只能使用升降舵，决不要使 用安定面配平。因为强阵风和垂直气流引起空速的 姿态迅速改变，使安定面配平很难有效地应用。 另 外，上升或下降气流本身也可能在几秒钟之后转换 方向。如果使用配平来抵消第一个垂直气流，那么， 第二个反方向的垂直气流反而会加重失去配平的情 况。因此，在 严 重 颠 簸 中，最 好 不 要 去 动 安 定 面 配平。速度严密监控飞机的速度变化，防止飞机超速，在飞 行过程中可以先做一下包线范围内短暂的增速，我 们会发现短暂的增速比速度损失更可取，因为速度 损失会降低抖振裕度并难以改出，设置推力以产生 推荐的速度如图所示。严重颠簸会导致速度产生 较大的变化，甚至导致飞机的速度超过最大操作速 度而威胁飞机的结构，为了要避免这样得超速，调整 目标速度或马赫数。 如果已知或预计有严重颠簸， 考虑使用颠簸速度。一般有以下几种不同的方法来 防止飞机超速：当速度趋势指针达到或稍微超过最 大操作速度 时，仅 通 过 调 低 上 的 目 标 速 度 就 可达到防止超速的目的；如果当速度趋势指针大大 超过最大操 作 速 度 时，除 了 在 上 选 择 一 个 较 低的目标速度外，还应根据情况采取脱开自动驾驶、 使用减速板等措施防止触发高速保护。但在采取这 些措施时应注意以下几点：一是脱开自动驾驶时， 必须通过一切可以使用的手段密切关注飞机周围的 其他航空器的运行状况，防止发生空中的飞行冲突； 二是在重新接通自动驾驶之前，应让飞机建立一个 较小的俯仰姿态；三是根据 飞行机组操作手 册的规定，当推力变化过大时，断开自动推力；四是 在飞机进近时，使用自动推力保持管理速度；五是只 要使用减速板，就要将手放在减速板手柄上，在完成 其他一些特定的驾驶功能（如重置高度表）时除外； 六是如果发生严重颠簸时，飞行机组和客舱乘务组 必须固定所有松散的设备并接通客舱信号牌，广播 通知乘客确认安全带已系好。推力一旦按照推荐的穿越颠簸速度，选定好需要的 推力之后，在遇到严重颠簸时，推力杆应该被设定到 颠簸 ，如表所示，只有空速出现极度变化时才 改变推力，并且不要追逐马赫数或空速。 在严重颠 簸中，空速和高速肯定会发生很大变化，凭经验调整 推力的简单方法不能普遍应用于各个高度和重量。 最合适的推力就是能在平稳气流中以推荐的穿越速 度作近于平飞的推力。 紧急情况下，在高的巡航高 度上，把 的初始定值放在 左右，较为适合； 在， 英 尺 高 度 上，可 以 把 的 初 始 定 值 放。最主要的就是将初始推力定得尽量正确。姿态在严重颠簸情况下所需要的操纵技术，可能与第 期徐驰，等：飞机颠簸及其飞行处置表推荐速度的推力设置严重颠簸速度和推荐颠簸速度的推力设置全重（）速度或马赫高度因为颠簸层厚度一般不超过，强颠簸层 厚度只有几百米，颠簸层水平尺度多数在 以 下，所以，如果飞行中出现颠簸，可改变高度几百米 或暂时偏离 航 线 几 十 千 米，一 般可以脱离颠 簸 区。 采取改变高度的脱离方法，往往能更迅速地脱离颠 簸区。通常，在低空发生颠簸时，应向上脱离，在 高 空 飞行时，可根据飞机的性能以及飞机与急流轴的相 对位置，确定脱离方向。误入积雨云发生颠簸时，应 尽快脱离云体到云外飞行。平量。如果在一个不适当的时机偶然地断开自动驾驶，飞机姿态会突然改变，使飞行员难以改出。因 此，虽然在轻度至中等颠簸中飞行时，自动驾驶可以 起到一定的作用，但在严重颠簸中最好不去用它。襟翼在严重颠簸中，采用最好空速和机翼形态，对防 止失速和结构变形有很大的保护作用。 在起飞时， 强颠簸中起飞，机组必须在目标速度（最大限 制到 ）后再收襟翼缝翼；在着陆时，使用全 形态或形态 ，不过形态 提供更多的能量和更 小 得阻力。襟翼收上时，飞机能经受较大强度的阵风。 在穿越颠簸时，将襟翼收上，并选择一个能保证结构 安全的速度，这样就可以离失速速度比较远，比襟翼 放下时的任何一个标定速度都要有利。因此在严重 颠簸中，防止结构变形和失速的最好办法就是在襟 翼收上的情况下，采用推荐的空越颠簸速度。 在低 于，英尺高度和着陆重量适应于进近航线的 情况下，当飞 机 处 在 光 洁 形 态 时，可 以 将 速 度 减 到海里小时。 这里即使 遇到严重颠簸离开 失 速 仍有足够的裕量。 在已知有颠簸的区域飞行时，应 尽量延放襟翼。 如果这一区域存在严重颠簸，最好 的方法就是改航飞到另一机场着陆。自动驾驶如果遇到中度颠簸，机组应该接通 （自动驾 驶）和 （自动推力）并设置管理速度；如果遇 到严重颠簸，机 组 应 该 保 持 接 通。 推 力 杆 应 该 被设定到颠簸 ，然后 应该脱开。这是因 为：自动驾驶对升降舵操纵系统的控制作用有限， 必要时还要求水平安定面的配平运动作为帮助。因 此，由于自动驾驶的作用，完全有可能使飞机失去配 平。如果使用“高度保持”方式，过多的操纵活动和 过度的姿态变化更为严重。 在“人工”方式下，配平 活动较小，严重性也较小。当自动驾驶接通时，空 客飞机如果在 接通时，飞 行 员 对 驾 驶 杆 施 加 力 量， 就会自动断开，会产生不适当的和过度的配颠簸中运行控制的策略总的说来，在亚音速条件下，垂直过负荷与飞行西安航空技术高等专科学校学报第 卷速度成正比，在强颠簸区应减小飞行速度，但不能小于稳定速度。同样的湍流速度，小型机遭受颠簸比 大型机更强。 在此原则下，我们对运行控 制 提 出 以下建议：航班放行前放行签派员需要认真熟悉所飞区域 的重要天气图，了解飞行区域出现的重要天气情况， 当预报区域有颠簸时，及时通过气象部门了解颠簸区 域的范围、高度，如果预报有严重颠簸，应与该区域的 气象部门联系，咨询该区域飞机遭遇颠簸的情况，结 合航路重要天气报告，按各类颠簸进行分析。航班放 行资料制作完成后，签派员及时与机组沟通，仔细给 机组讲解，主要说明了解到的颠簸出现的区域、高度、 强度的情况，并且根据需要选择好