浅谈低空风切变对飞行安全的影响
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作者: 昝晓波
摘 要：低空风切变一直以来就是影响飞行安全和效率的重要因素，是对飞行威胁最大的气象条件之一。同时，它具有时间段、尺度小、强度大的特点，随之带来了探测难、预报难、飞行难等一系列问题，是一个不宜解决的航空气象难题。所以对风切变的预警、成功避让就显得尤为重要。它涉及到飞行员的驾驶水平，管人员的决策水平、飞机自身的性能以及地面航空保障能力等等。本文分析了风切变产生的天气背景、强度和危害，并就如何防范低空风切变、确保遭遇风切变后如何保证安全性进行了探讨。
关键词：低空风切变；飞行事故
航空器在飞行过程中，所遇到的各类危险情况中，风切变属于一种非常危险的情况，飞机进入风切变环境后，最直接的影响是改变飞行轨迹，如果飞机不带倾斜，也不带侧滑的作等速平飞运动，那么。为了保持飞行的高度和速度，必定只有升力和重力平衡，推力和阻力平衡情况才行。前者条件是保持飞行的高度不变，后者的条件是保持飞行的速度不变，并且这两个条件并不是孤立的；当推力和阻力不平衡时，飞行速度便会发生变化，势必会导致升力也发生变化，这样，飞行高度也会变化，在风切变条件下的飞行，其情形往往也是这样。下面我主要来讨论各类风切变对航迹的影响：
一、水平风的切变对航迹的影响
现分几种情况来分析飞机遇到水平风在垂直方向上的切变时所造成的影响。
1、飞机在顶风飞行时遇到风切变的情形
飞机在下滑过程中，若风切变的情形为顶风突然转变为无风；或强烈的顶峰忽然瞬时减弱；或顶风突然转为顺风。这样，当飞机进入风切变层时，如果原有的顶风突然降低为零，这时，指示空速就会迅速降低，产生的升力也会比原来的值低。升力的损失导致飞机向不平衡力的合力方向加速。而且由于升力的减小，飞机就会向下掉。在这种情况下，风切变层所在的高度，飞行员的反应时间以及所采取的处置措施就成了关键。有以下几种情形：
（1）如果风切变的高度比较高，飞行员处置得当，便可以改出和进行着陆。当飞机进入风切变层后，升力减小，机头下俯，飞机掉到下滑线以下，飞行员只要加大油门以重新获得速度，带起机头，上升到原定下滑线上，便可以进行着陆。
（2）如果风切变层的高度比上述第一种情况的高度低.飞行员为了要改出和配平，仍要加大油门，而由于高度比较低，着陆速度快，容易导致增加飞机的着陆距离或冲出跑道。
（3）如果风切变层的高度比上述第二种情况更低，飞机就无法改出，未到跑道便触地。由于遭遇风切变的高度太低，飞行员加大油门以重新获得速度，带起机头，试图爬升回到下滑线上。可是发动机推力的增加是需要时间的。这时的飞机又已经处于高阻力状态，高度又太低。如果加大迎角，只能使升力稍微增大或暂时增大，可是随之而来的却是阻力剧增。因为它已经超过了升阻比的最大值。结果是：暂时制止了空速的降低所引起的高度下降，反而接着是使原来很大的下降率由大大增加，这时，只能是拉杆和加大油门，可是行动已经太迟，未到跑道便已经能够触地了。
2、飞机在顺风飞行时遇到风切变的情形
飞机在下滑过程中，若风切变的情形为强的顺风突然减少到弱顺风；或顺风突然变为顶风等。下面讨论的是稳定的顺风突然消失的一种风切变情形。这时，指示空速会增加，产生的升力比原来的值要大，飞机被抬升。这里同样分三种情况来讨论：
（1）如果风切变的高度比较高，也仍然可以改出和着陆。当飞机进入切变层后，指示空速会增大，随之而来的是升力增加，飞机上仰并上升到下滑线的上面。飞行员就必须减小推力以降低速度以便压下机头，回到下滑线上。或者修正过头，飞机下降到下滑线的下面，但由于高度足够，所以仍然可以改出和着陆。
（2）如果风切变的高度比上述第一种情形要低，飞行员如果修正过头便会导致飞机过早接地。与上述情形类似，飞行员要压低机头回到下滑线，可能要用机头下俯配平。但由于这时实际所要求的推力比原先在顺风时所需的推力要大些，而飞机的气动外形已处于高阻力状态，发动机的加速又需要时间，于是飞机就下降到下滑线下面。由于离地很近，飞行员再作修正已来不及，飞机未到跑道头便已触地。
（3）如果风切变的高度比上述第二种情形更低，飞机容易冲出跑道。当飞机进入风切变层后，因为高度太低，飞机已接近跑道，飞行员要作修正已来不及 。这时飞机具有较高的速度和比正常轨迹更高的高度，就导致着陆时速度太快和着陆距离增加，甚至冲出跑道。
从上面几种情况的分析可以看出：在一定的风切变强度下，它所发生的高度如何是影响飞行轨迹的一个重要因素。当然，如果风切变的强度增大，或再伴以侧风切变，情况就更为复杂了。
二、垂直风的切变对航迹的影响
当飞机在飞行过程中遇到垂直风的切变时，飞机的升力会发生变化，从而使飞行高度发生变化。垂直风的影响主要是指飞机从无明显的升降气流区进入到下冲气流区的情形。
当遇到下降气流时，影响飞行安全的因素主要有：①可用的爬升率②当时飞机离地高度③下降气流的强度。下降气流迫使飞机下降，且其下降率与下降气流的强度成正比。如果下降气流的强度小于飞机的爬升率，这时飞机仍可能安全的保持高度。如果下降气流的强度大于飞机的可用爬升率，飞机将不断的下沉。如果飞机不能很快的脱离这个区域或者提高不了爬升率，飞机最终将会触地。
飞机遇到垂直风切变，迎角和过载会发生很大的变化。如果飞机的飞行速度小，迎角大，遇到上升阵风，将是迎角过大，可能导致飞机失速，改变状态；如果原来速度大，迎角小，可能导致升力过大，超过最大使用过载，造成飞机局部构建变形或受损，影响飞行安全。总的来说，如果不是雷暴型切变，其上升阵风不会很大，产生的升力增量主要是使飞机由平飞转入上升，对安全的影响不大。对低空飞行影响大的是遇到下冲气流切变。
在雷暴的母体云下常会有下冲气流，飞机在靠近下冲气流时，先是遇到顶风增大，致使指示空速增大，飞机被抬升到下滑线上面，再往前飞就会遇到强烈的下冲气流致使飞机掉高度，下降到下滑线的下面，最终就会在不到跑道头触地。
三、侧风切变对飞行的影响
侧风切变是指飞机从一种侧风进入另一种方向的侧风区域。它是飞机发生明显的侧滑。飞机在均匀侧移的气团中飞行，只有偏流而无侧滑。如果遇到侧风切变。飞机将会既带偏航，向侧方移动，偏离原来航线，又有侧滑，引起飞机偏转和滚转，如果侧风切变过强，甚至全偏副翼也难以制止飞机的滚转，以致酿成事故。
在实际飞行中，飞机遇到的风切变往往不是单一分量，可能是两个以上的风切变分量，它常以某类型切变为主。而又常常伴有另两类或更多的切变分量。所以飞机的初始响应也将是几种影响的综合结果，其影响是相当复杂的。因此，飞行员辨认风切变的性质是相当困难的。
四、总结
在过去的几十年时间里低空风切变已经给航空业造成了很大的灾难，全世界也都展开了对低空风切变问题的研究，取得了很大的成果，我国的低空风切变研究虽然起步比较晚，但也取得了很大的进展。随着我国各机场风切变探测设备的逐步完善以及飞行员应对风切变技术的日趋成熟，风切变对航空业造成的损失也逐渐在减少，但要完全避免它是不可能的。因此在飞行中需要飞行人员，管制人员和气象人员共同协作、及时发现、确保安全。
参考文献：
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[2]王学永，金维明.低空风切变与飞行[D].空军第七研究所，1986.
[3]陈廷良.现代运输机航空气象学[M].气象出版社出版，1999.
[4]张元箴.天气学教程[M].气象出版社，1992.
作者简介：昝晓波（1985.7-），男，山西运城人，深圳空管站，管制员，本科学历，研究方向：航班延误和航空管制。
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