飞机尾流对飞行安全的探讨
飞机尾流对飞行安全的探讨
飞机失事原因
【摘 要】随着航空事业的发展，飞机飞行间隔缩小，机体增大，尾流涡对航空管制的影响，空域容量的限制及对飞行安全的危害日益突出。本文主要阐述了尾流的成因，以及小型飞机在进近及起飞过程中，对于前机为大型机时，如何避免进入大型机尾流的策略进行了详细的介绍。通过本文的介绍使大家对尾流的产生、消散、强度、危害有了足够的了解，并且了解在不同情况下飞行员所采取的规避尾流策略，从而使管制员和飞行员在实际工作中能采取适当的措施，减少尾流对飞行安全的威胁。
【关键词】空中交通管制；飞行间隔；尾流影响；飞行安全
自从二十世纪初期美国的莱特兄弟发明飞机以来，航空运输以其他运输方式无可比拟的快速和安全迅速成为二十世纪中后期最为人们青睐的交通方式。进入二十一世纪之后，随着航空技术的进一步发展，航空运输将在整个综合交通运输体系中占有越来越重要的地位。但是由于有限的空域资源，飞行量的大幅度增加将会使得飞行冲突变得日益严重，不仅限制了飞行流量的增加，也对现有的各种飞行造成了许多的不安全的影响。
2001年，美利坚航空公司587航班在纽约肯尼迪机场起飞不到1分钟就失去了控制，坠毁于机场附近。据分析，飞机失事可能与当天稍早起飞的一架日航波音747客机所产生的气流有关，也就是人们常说的飞机尾流。根据飞行数据记录器记录的数据，尾流涡系开始只对飞机造成低加速，但是方向舵在几秒钟内就开始随着脚蹬板移动而向两边大幅度偏移。接着，垂直尾翼突然从安装轴颈折断，驾驶员对飞机失去控制。发动机在飞机坠地前脱离飞机，看来好像是被机身剧烈地震动产生的旋转力折断而脱离飞机的[4]。
飞机尾流通常是指跟随在飞机之后的两个反向旋转的圆锥式涡旋气团[5]。因为尾流对飞行安全的影响是巨大的，所以国内外都投入了大量的人力物力进行研究，试图出一些方法将尾流对飞行安全的影响降到最小的程度。
飞机飞行时，在其后面都会产生尾流[2]。尾流也是一种湍流[7]。当飞机进入前面飞机的尾流区时，会出现机身抖动、下沉、飞行状态改变、发动机停车甚至飞机翻转等现象。小型飞机尾随大型飞机起飞或着陆时，若进入前机尾流中，处置不当就会发生飞行事故。尾流由滑流、紊流和尾涡三部分组成，其中尾涡对尾随大型飞机起飞着陆的小型飞机影响最大[4]。飞机进入前机的一个尾涡中心时，一个机翼遇到上升气流，另一个机翼遇到下降气流，会因承
受很大的滚转力矩而急剧滚转[3]。滚转速率主要取决于后机翼展的长度，翼展短的小型飞机滚转速率大。如果滚转力矩超过飞机的控制能力，就会失控翻转。因为尾流是看不见的，所以飞机的飞行员应注意避开尾流，保持一定的尾流间隔[1]。我国也于1993年进行了飞机尾流拉烟的试验，尾流主要包括三部分，其一是能量最集中的翼尖涡，它从翼尖脱出后向后扩展；其二是附面层紊流；其三是发动机尾喷流[7]。
一、尾流的产生
尾流又称翼尖涡流，是三维机翼在产生升力时伴随着产生诱导阻力的原因。当三维机翼产生升力时，下翼面的压强高于上翼面，在2个翼尖处气流就会由下翼面绕过翼尖流到上翼面（如图1-1示）。
当气流绕过机翼时，它在机翼上的压力分布不是很均匀的，理想气流扰流时翼型表面是一个流线，因为在翼面上的气流不会停滞，而是在翼面流动，翼面上每点的速度必定和翼型相切，所以翼面是条流线，对于机翼的理想来流一般视为定常不可压流，根据伯努利方程：
可知流管面积减少则流速增大；反之流管面积增大则速度减小。因此上翼面所受到的气流压
力要比下翼面小（机翼在正攻角状态下），气流在流过机翼时的前驻点速度降为零，然后分为上下两股绕过机翼，并且随着流管的面积的变化，先加速到上下翼面的最大值后再减速，在后缘处汇合流下去。在上翼面，压强先下降后上升，形成了一段负压区，而在下翼面则产生了正压区。因此在翼尖处由于压差的原因使得气流从下翼面绕过翼尖流到上翼面。
同时仍具有相对向后流的速度，其结果是在2个翼尖处形成2个漩涡，漩涡中的气流一边旋转，一边向后流动，其强度随着时间减弱；而且这2个漩涡的旋转方向相反，被称之为翼尖涡流。（如图1-2示）
图1-2 翼尖涡的后视图
为了进一步了解尾流的实际形状，美国联邦航空局（faa）进行了探测尾流的试验：利用跑道旁边的立杆拉出彩烟带，飞机起飞以后，产生的尾流使得烟带卷曲，可清楚地看到尾流的形状（如图1-3示），它是在拖拽在翼尖后面的条状漩涡，左右各一个。尾涡存在着一个自由活动的涡心，该涡心围绕翼尖向外侧上方旋转。因此从飞机后方看，右侧的漩涡是逆时针旋转，而左侧的漩涡是顺时针的旋转。
尾流的强度由产生尾涡的飞机重量、飞行速度和机翼形状所决定，其中最主要的是飞机的重量。尾涡强度随飞机重量、载荷因数的增加和飞行速度的减小而增大，曾测得最大的湍流切线速度达67米/秒。当重型飞机在光洁构型下低速飞行时，将会产生最强的尾流。 尾流是向外和向下扩散运动的。当存在侧风的时候，尾流将向下风方向移动。当存在顶风时，将在飞机的后方延长尾流区。当存在顺风时，尾流将增加向外扩散的速度。

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