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航空知识科普:飞机的抗侧风能力

归档日期:06-24       文本归类:点目标      文章编辑:爱尚语录

  中国航空报讯:风切变,是指风速在水平和垂直方向突然变化的一种自然现象,在航空气象学中把出现在500米以下的空气层中,在同一高度或不同高度上风向和风速突然发生较大的变化的现象称为低空风切变。飞机是靠机翼与空气的相对运动产生升力并维持姿态的。所以,飞机最怕的是突然出现的强顺风。比如空客A320这类商用飞机降落的速度相当于每小时250千米左右。如果在快靠近地面时突然来了一阵10级顺风,机翼上气流的速度瞬间变成了原来的60%,升力和机翼的相对气流速度平方成正比,于是飞机会突然损失60%的升力,导致迅速下坠。

  在巡航阶段,风切变一般很难形成严重的安全威胁。其原因一个是因为那时候飞机飞得高,线米,乘客的感受像坐过山车。飞机会很快自动或者由飞行员手动调节到新的稳定状况。另一个原因是飞机飞行的速度快,商用飞机巡航速度往往是每小时800千米左右,一般的风速与之没法比。但也有例外,比如“晴空紊流”就是一种高空的剧烈风切变,而且往往很难预警。每年都会有一些航班遭遇这种情况产生剧烈颠簸。

  风切变会改变飞机的空速和气动角,导致飞机所受的气动力及力矩发生变化,进而影响飞机的飞行特性。飞机在飞行过程中,风速的突然变化作用会产生附加过载,进而使飞行轨迹发生变化。当风场强度较大时,不但会使飞机难于操纵,破坏所要求的飞行品质,而且会产生较大的动态结构载荷,加速结构疲劳损坏。其中对于飞行安全危害最大的是垂直向下的下冲气流,当垂直突风较强时,飞机的迎角会发生较大变化,容易诱发飞机进入大迎角失速状态,进而诱发飞行安全事故。

  面对风切变的各种情况,对于飞行员而言,需要做好飞机的方向、位置、下沉率、推力等飞行状态的控制和对潜在风切变的处置。

  从20世纪90年代开始,更强大的机载和地面多普勒气象雷达,以及综合的机上风切变预警系统,已经让飞行员比以往更容易避开危险的风切变。自从这些技术普及,风切变造成机毁人亡的事故已经从过去几乎年年发生,减少到十年一遇的水平。然而,就像夏季的强对流天气一样,小尺度的类似于“微下击暴流”的风切变,依然难以准确预测。特别是夏季强对流天气多发,机场的天气有时候会在运行条件的边缘徘徊。

  同时,对于飞机设计师而言,在飞机设计中大侧风对飞行的影响不可忽视,每一款民航飞机型号取得适航合格证前都要经过侧风飞行的验证试飞,中国民用航空局颁布的《CCAR25-R3中国民用航空规章第25部:运输类飞机适航标准适航规章》中对于侧风试飞有一系列的相关要求,比如对于侧风试飞中要求飞机前进方向垂直风量的统计值达到20节以上(10.29米/秒);飞机还需要在这样的状态下至少进行3次起飞和3次着陆。为了演示出飞机临界情况的抗侧风能力,对于飞机刹车和舵面的使用也有了一定的限制。

  另外,民用飞机适航规章要求发动机必须在大侧风审定的运行条件下仍然供给足够的空气量;其失速、喘振、熄火等不利特性不能达到危险程度;在正常运行期间不得由于气流畸变引发有害振动。也就是说,航空工程师们需要在飞机设计和制造过程中就考虑到“风”的影响,做好细致的分析和周全的应对,还要通过严格的飞行测试。而一般航空公司会考虑安全裕度,在运行时将本机型的最大侧风数值限制为稍小于或等于厂家给出验证侧风值。

  除了提升飞机本身的安全性能以外,地面气象预报部门也会对机场附近空域的低空风切变探测和预警,目前低空风切变报警系统已经得到普遍应用,新一代的低空风切变报警系统的探测能力已经达到了很高的水平。在今后的应用中,低空风切变的探测技术还会与地面观测网、多普勒天气雷达、雷电检测、空基探测和卫星观测等各种气象探测技术结合起来,进一步为保证航空飞行安全,减少因天气原因造成航班延误而带来的经济损失提供有力的技术支持。

  平稳的逆风确实可以帮助提升飞机的起降性能,这是因为飞机在起飞与着陆过程都需要升力来维持稳定上升或者下滑轨迹,飞机的升力大小与飞机相对气流的速度,也就是空速有密切关系。在起飞着陆阶段逆风飞行可以使飞机在保持一定空速的情况下减小相对地面的速度,从而缩短起飞和着陆的滑行距离。此外,适航规章还规定了飞机必须满足起飞航道的最低爬升梯度,以防止转弯时出现负梯度。飞机逆风起飞可以帮助飞机尽快爬升,以帮助飞机飞越航道中的障碍物。所以根据当地的常年气象条件,有些机场会建有多条不平行跑道,以便在不同季节的不同风向下都可以使用;对于只有一条跑道或多条平行跑道的机场,其跑道方向通常与当地盛行风的方向一致,以帮助飞机充分利用逆风进行起降。

  举例来说,由于存在高空顺风,在飞行距离相同时,北京—昆明航线相对无高空风时的油耗减少7.0%,飞行时间减少7.1%,由于存在高空逆风,昆明—北京航线%。这是因为大型客机在高空飞行时一般采用空速保持控制模式,遭遇逆风后,空速基本保持不变,地速减小,导致飞机飞抵目的机场的时间和油耗增加,顺风时则飞行时间和油耗均减小。高空的最大平稳风一般位于40~75千米高度,位于20~50°纬度区间。即便是乘坐同样一条航线的航班,在不同的季节飞行时间可能也有一些差别。

  特别是在一些远程航线上,航线的高空风向条件甚至会影响飞机的航线月份从洛杉矶往返上海的典型航线为例,航班从上海飞往洛杉矶时,航班会飞过日本,直接从北太平洋穿越,以借助北太平洋上空的盛行西风向东飞行。而从洛杉矶返回上海时,则要选择起飞以后飞往西北方向,经过阿留申群岛和日本,再抵达上海,以避开盛行西风带的逆风影响。两条航线的航线距离虽然相差无几,但因为高空风速的影响,会导致从上海到洛杉矶的回程会比去程多用两小时的飞行时间,对于一般的远程双通道宽体客机,燃油消耗相差约15吨左右。返回搜狐,查看更多

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