79风切变

浅析低空风切变和飞行安全第1页共19页浅析低空风切变和飞行安全学生：徐晓波指导老师：王永忠摘要:本文简单介绍了低空风切变的基本知识和其产生的天气条件，分析了在飞机起飞着陆中几种低空风切变的影响，并浅析了飞行中遇到低空风切变的避让方法和措施，列举出现代飞机上的几种雷达探测装置，结合一些实例加以说明，给出对付风切变的方法。关键词:低空风切变；高度；空速；雷暴；下冲气流浅析低空风切变和飞行安全第2页共19页BriefAnalyzetheRelationshipBetweenLow-levelWindShearandtheSafetyofFlightAuthor:XuXiaoboTeacher:WangYongzhongAbstract:Thispapersimplyintroducestheknowledgeofthelow-levelwindshearanditsweatherconditions,andbriefanalyzestheinfluencesofseveralkindsofwindshearontaking-offandlanding.Thendiscusstheavoidancemethodsandlistsomeradardetectionequipmentsintheadvancedairplanes.Andthepaperwillpresentssometypicalaccidentsduringthediscussing.Therewillbeaconclusionaboutthemethodsofdealingwiththelow-levelwindshearattheendofthispaper.Keywords:Low-levelwindshear;height;airspeed;thunderstorm;downburst.浅析低空风切变和飞行安全第3页共19页引言在我们日常的飞行活动中，影响飞行安全的因素很多，航空气象便是其中一个重要的因素，而其中的低空风切变在飞机的低空状态安全的影响尤为重要。低空风切变是在飞机起飞着陆阶段威胁飞行安全的危险因素。近年来已引起国际上航空界和气象界的广泛关注和重视。由于低空风切变具有时间短、尺度小、强度大和发生突然等特点，再加上现有的技术探测难、预报难、航管难、飞行难等一系列问题，要完全避免受它的影响暂时还是一个难题。因此飞行中要求飞行人员能够及时的发现它，尽量避免它，以确保飞行安全。由此可见它在飞行中的重要性，掌握低空风切变的性质与现象后能对飞行有极大帮助，提高飞行安全性，保证每一次飞行的顺利完成。风切变引起的事故每年都有很多，其主要发生条件是不稳定的天气系统以及雷暴区附近的影响，掌握它在飞机起飞、着陆阶段的影响和避免、预防它的方法尤为重要。1975年由于连续有三个微下冲气流单体通过22L跑道，美国肯尼迪机场的东方航空公司第66号飞机在22L跑道上地空遭遇风切变的飞行事故及1979年8月22日在美国亚特兰大发生的B727飞机两机几乎着陆相撞事件都是其中的典型案例。除了这些，世界各地的事故还有很多很多，在本文里选择几个典型的事例对低空风切变的影响和飞行操纵中的正确、错误的方法加以说明讨论。近年来航空界的人士一直在研究对付风切变的方法，致力于开发更加先进的探测风切变的仪器，力图使飞行安全得到更加有力的保证，虽然有了一些成效，但是还不是很全面，对于某些风切变，仪器是很难甚至无法探测到的，所以对于飞行机组的素质要求相应较高，要求飞行员的操纵能力应该熟练，遇到风切变时要沉着冷静，忙而不乱的进行操作，能够安全的完成飞行任务。在日常的飞行中，飞行员应该注意自身主动安全意识的培养，加强风切变的观察和预防能力，提高不正常情况下的操纵水平。还要注意培养机组的配合协调能力，充分发挥机组的团体能力，力争飞行安全。本文的重点在于讨论飞行中遇到风切变时对飞行的影响、飞行员的操纵技术和飞行员对风切变的观察方法以及预防措施，联系了一些典型案例，分析风切变的特性及用雷达探测的可能性。浅析低空风切变和飞行安全第4页共19页1风切变的基本知识1.1风切变的定义描述风切变，即空间两点距离的风矢量差，是风空间变化率的一个特性。在气象辞典上解释为“某一方向上任何分量和风矢量的局地变化”，它是向量值，反映了所研究的两点之间的风速和风向的变化，即在同一高度或不同高度短距离内风速风向的变化。通过用W表示风矢量和μ,和ω各表示X，Y，Z轴向分量：kjiW(1)（1）式中i,j,k各为指向X,Y,Z的单位矢量。影响一个运动物体的风切变，可以通过随飞机移动的坐标系来表达，因此可参照拉格郎日坐标表示。选地速G为水平方向，Y表示向飞机的左方，Z表示向上，L代表沿地速方向的测量长度，则飞机上的风切变可由下式给出：tLGtW(2)（2）式中，右边第二项表示由一个新风系的形成或一个风系平流到飞行航线上所造成的矢量局地变化。L是x，z的一个函数，我们写成：cosdLdxsindLdz(3)（3）式中为地速G的仰角，当飞机沿下滑道飞行时，其值为±3°。将(1)和(3)代入(2)得到：kCjBiAtW,其中：tzGxGtAsincostzGxGtBsincostzGxGtzCsincos浅析低空风切变和飞行安全第5页共19页A，B，C分别为顺风，侧风，垂直风变化。,,及A，B，C可以为正值，负值或者零值。在任何高度上都可能发生风切变，而对飞行威胁最大的就是近地面的低空风切变，低空风切变通常指发生在600米以下的平均风矢量在空间两点之间的差值，与飞机的起落飞行密切相关。1.2低空风切变的基本形式低空风切变的表现形式可由飞机的相对于风矢量之间的各种不同情况，大致分为四种形式：1.2.1顺风切变指的是飞机从小的顺风进入大的顺风区，或从逆风进入无风或顺风区，以及大逆风进入小逆风的情况，它使飞机空速减小，升力降低，飞机下沉，危害极大。（见图1）图1顺风切变对起飞、着陆的影响1.2.2逆风切变指的是飞机从小逆风进入大逆风区，或从顺风进入无风或逆风区，以及大顺风进入小顺风区或无风区等情况，它使飞机的空速增大，升力增加，飞机上升，危害相对顺风切变较轻。（见图2）图2逆风切变对起飞、着陆的影响1.2.3侧风切变浅析低空风切变和飞行安全第6页共19页指的是飞机从一种侧风或者无侧风状态进入另一种明显不同的侧风状态。它使飞机发生侧滑，滚转或偏离航道，强烈时副翼的操作失效，无法修正。在最后进近阶段和起飞状态时对飞行的危害也很大。（见图3）图3侧风切变对着陆的影响1.2.4垂直风切变指的是飞机从无明显升降气流进入强烈的升降气流区的情形。特别是当强烈的下降气流存在时，往往具有明显的猝发性，强度很强，令飞机突然下沉，高度损失剧烈，危害极大。当飞机在低高度的情形下时是特别危险的，它是几种切变里对飞行影响最大的一个。（见图4）图4垂直风切变对着陆的影响1.3风切变产生的条件风切变也有其产生的原因，并非凭空而出，它常与不稳定天气相连。对于影响风切变的天气主要有三种：1.雷暴2.锋面3.辐射逆温型的低空急流，除此之外还有就是因为地形地物的影响。在了解了风切变的天气以后，我们才能更好的掌握它的特征和回避的方法，保障我们飞行期间的安全性。浅析低空风切变和飞行安全第7页共19页1.3.1雷暴产生风切变发展强烈的雷暴其下部充满下降气流，到达地面后辐散，形成的强冷性外流可达到离雷暴体外20公里处，因为其离开了雷暴主体而无其他可见的天气特征，所以较难发现，对飞行的威胁较大。强雷暴伴随的倾盆大雨存在强下降气流，冲泻到低空时，可能形成风速达18米/秒以上的下冲气流甚至22米/秒以上的微下冲气流。由于下降气流四溢，无论从哪个方向进入，都会使飞机的性能先变好后急剧变坏。飞机遇到正效应时是避开风切变的最后机会。若要等到遇到负效应才采取措施的话就太晚了。一般在飞行中，如果遇到雷暴，在其下方飞行，前面所提到的风切变都会遇到，如图5所示：图5雷暴云下冲气流对起飞、着陆的影响可以看出无论从哪个方向进入都是先遇到逆风切变使飞机性能变好，然后由于垂直风切变和顺风切变的影响飞机性能急剧变坏，危及飞行的安全。1.3.2锋面产生风切变由于锋面两侧温差和其他气象要素相差甚大，锋面中的过渡区便是低空风切切变形成的重要条件。当锋面温差≥5℃或移动速度≥55KM/H时，都有可能产生较强的风切变，以急性冷锋为例，如图6所示。必要了图6急行冷锋的天气情况浅析低空风切变和飞行安全第8页共19页解航路的重要天气条件，了解可能的锋面位置及其附近的重要天气现象，做到心中有数。1.3.3辐射逆温型低空急流产生低空风切变辐射逆温型低空急流产生的原因是由于晴夜产生的低空强辐射逆温时，逆温层挡住下面的空气流动，上面的风速较大而下面的地面风很弱，且风向多变，因而穿越时会形成较大的风切变。（如图6所示）但是强度比前两种弱，且较有规律，所以较易发现和掌握其出现的规律。图7晴夜辐射逆温层低空急流产生的风切变对着陆的影响1.3.4地形、地物形成风切变当机场周围山脉较多或者地形地物复杂时，常在其背风面产生低空风切变，在袋状形山谷中也常有风切变的产生。当天空中有荚状云存在是标志其所在的地方有明显的山地波存在，飞行时应该避免这个区域，因为云中有强烈的波动的上升下降气流，往往产生较强的颠簸和乱性气流的风切变。一般来说，当阵风风速比其平均值增减5米/秒时，或较大风吹过跑道附近的高大建筑物时，会产生局地性风切变。但是由于地形地物的影响形成的风切变的强度比较弱且比较容易消散，所以对飞行的影响不是很大。2低空风切变对飞行的影响知道了风切变的知识，重点在于分析它对飞行的影响到底怎么样，才能得到相对应的预防、修正的方法和措施，下面将逐步分析这些影响。2.1从风切变的性质中了解到风切变的本质风切变的本质是风速，风向的突然变化，当飞机在风切变区飞行时，不可避免地会引起空速的突然变化改变，从而引起升力的变化，进而对飞机的高度产生影响。危及飞行安全的最主要的是由于空速突然的减小，使升力骤减而飞机高度迅速下降而致使事故浅析低空风切变和飞行安全第9页共19页发生。由此可以从公式推导出结果。假定飞机遇到的为顺风切变。在刚开始没有进入切变区时作用在飞机上的各力都平衡，当飞机进入顺风切变区时，风向或者是风速突然改变，此时飞机的相对气流速度减小，即指示空速减小，空速与升力的关系为[5]：221CySVY可以看出作用于飞机上的气动力突然减小会引起升力的骤减。当迎角一定，飞机形态不变化的情况下，升力系数Cy一定。而空气密度与翼面积S在此刻为恒量，所以当空速V减小一定量时，升力损失量是与飞机空速减小量的平方成正比的。当升力急剧减小时，原来作用在飞机上的各力平衡被打破，垂直方向上重力远大于升力，使得飞机往下掉高度，而要想克服升力的损失，则需要增大推力或者拉力，从而增加空速。在增大推力或拉力使飞机增速弥补损失的一部分升力的过程中需要一个反应时间，比如飞行员的判断到动作的时间，动作到发动机的反应时间，发动机反应到空速逐渐增加到可以弥补升力损失的时间等等，而就飞机本身就在低空遇到低空风切变，除非空速瞬间反应，增大到升力恢复需要的空速，否则在低空的安全便会受到很大的威胁，当顺风切变时有可能会导致飞机失速。当遇到的是垂直风切变时威胁更为甚之。在飞机反映的过程中空速的恢复时间还与飞机的重量，性能有关。根据牛顿第二定律F=ma：当遇到风切变时，要使飞机摆脱风切变影响，改变推力时，在物体的重量越大时它的惯性越大，其加速性也越差。所以大型机遇到风切变，加速性更差，更不易改出。而飞机的性能也影响着飞机遇到低空风切变的安全性。主要反映在发动机的加速性能和飞机外表面的气动性能。发动机的加速性能越好，飞机外表面的气动性能越好，阻力越小，加速越容易，改出也就越容易。而相对的来说，活塞螺旋桨发动机的加速性能大于涡桨发动机，而涡喷发动机的加速