【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 幾十分鐘中暖鋒幾百千米幾十分鐘中輻射逆溫幾百米至幾千米幾小時(shí)中地形風(fēng)切變幾百米至幾十千米幾小時(shí)中水陸界面風(fēng)切變幾至幾十千米幾小時(shí)小障礙物風(fēng)切變幾百米至十幾千米幾分鐘至幾小時(shí)小由表4我們可以看出微下沖氣流和宏下沖氣流的水平尺度和時(shí)間尺度均不大，但因其具有很強(qiáng)的猝發(fā)性，而且強(qiáng)度極大，可以使飛機(jī)突然下沉，危害極大；雷暴陣風(fēng)鋒具有尺度大，時(shí)間長(zhǎng)，危害大等特點(diǎn)，在飛行過程中需要特別注意；由鋒面引起的風(fēng)切變，盡管尺度很大，作用的時(shí)間也很長(zhǎng)，但鋒區(qū)風(fēng)切變?cè)谡麄€(gè)鋒線上的分布是不均勻的，其上可能有更小時(shí)空尺度的風(fēng)切變存在，因而其危害不是很大；輻射逆溫產(chǎn)生的風(fēng)切變的尺度不大，作用時(shí)間不長(zhǎng)，影響很有限。至于地形、水陸界面和障礙物風(fēng)切變。它們的時(shí)空尺度分布有很大的不均勻性，主要與盛行風(fēng)、地形尺度形狀、水域和障礙物的大小有關(guān)，對(duì)飛行安全的影響不大。3低空風(fēng)切變對(duì)飛行安全的影響我們簡(jiǎn)單地分析一下在風(fēng)切變條件下，在空中飛行的飛機(jī)所受到各種力的情況。假定飛機(jī)開始是頂風(fēng)飛行的，這時(shí)空速、地速和流過機(jī)翼表面的氣流和產(chǎn)生的升力都是恒定的。地速等于空速減去頂風(fēng)分量。當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入風(fēng)切變后，如果原有的逆風(fēng)突然降為零，空速就要降低，降低值與逆風(fēng)分量變化相同。這時(shí)如果飛機(jī)迎角不變，升力也就隨之要降低。升力降低的結(jié)果使飛機(jī)向不平橫諸力的合力方向加速。當(dāng)飛機(jī)的總重量變化不大時(shí)，由于升力不再與總重量平衡，飛機(jī)就要掉高度。顯然，這時(shí)飛機(jī)要保持原有的升力，就必須增大推力，使飛機(jī)加速，如果飛機(jī)能在一瞬間就加到所需的速度，風(fēng)切變就不會(huì)造成影響，然而問題在于飛機(jī)改變速度需要時(shí)間，這個(gè)時(shí)間主要是：飛行員的反應(yīng)時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)增加(或降低)功率的時(shí)間、飛行員操縱飛機(jī)改變飛行狀態(tài)(增大或減小迎角、保持合適的升降速度等)的時(shí)間等等。美國(guó)曾計(jì)算過某大型噴氣飛機(jī)在風(fēng)切變條件下改變空速需用的時(shí)間。假設(shè)飛機(jī)在風(fēng)速為36公里/小時(shí)(10M/S)的頂風(fēng)中飛行，空速為180公里/小時(shí)，地速為144公里/小時(shí)，突然進(jìn)入風(fēng)速為零的區(qū)域，空速降低到144公里/小時(shí)，在這種情況下，增加地速，使飛機(jī)空速恢復(fù)到180公里/小時(shí)，最少也要176秒鐘，而飛機(jī)穿過風(fēng)切變時(shí)間只需幾秒鐘。如果飛行員不能在這幾秒鐘之內(nèi)操縱飛機(jī)使其高度不致降低過多以便完成增速的話，飛機(jī)就有墜毀的危險(xiǎn)。下面以危害性最大的微下沖氣流為例，它是以垂直風(fēng)切變?yōu)橹饕卣鞯木C合風(fēng)切變區(qū)。由于在水平方向垂直運(yùn)動(dòng)的氣流存在很大的速度梯度，也就是說垂直運(yùn)動(dòng)的風(fēng)速會(huì)出現(xiàn)突然的加劇，就產(chǎn)生了特別強(qiáng)的下降氣流，被稱為微下沖氣流。這個(gè)強(qiáng)烈的下降氣流存在一個(gè)有限的區(qū)域內(nèi)，并且與地面撞擊后轉(zhuǎn)向與地面平行而變成為水平風(fēng)，風(fēng)向以撞擊點(diǎn)為圓心四面發(fā)散，所以在一個(gè)更大一些的區(qū)域內(nèi)，又形成了水平風(fēng)切變。如果飛機(jī)在起飛和降落階段進(jìn)入這個(gè)區(qū)域，就有可能造成失事。比如，當(dāng)飛機(jī)著陸時(shí)，下滑通道正好通過微下沖氣流，那么飛機(jī)會(huì)突然的非正常下降，偏離原有的下滑軌跡，有可能高度過低造成危險(xiǎn)。當(dāng)飛機(jī)飛出微下沖氣流后，又進(jìn)入了順風(fēng)氣流，使飛機(jī)與氣流的相對(duì)速度突然降低，由于飛機(jī)在著陸過程中本來就在不斷減速，我們知道飛機(jī)的飛行速度必須大于最小速度才能不失速，突然的減速就很可能使飛機(jī)進(jìn)入失速狀態(tài)，飛行姿態(tài)不可控，而在如此低的高度和速度下，根本不可能留給飛行員空間和時(shí)間來恢復(fù)控制，從而造成飛行事故。低空風(fēng)切變對(duì)飛行的影響很復(fù)雜，會(huì)使空速、迎角發(fā)生變化，使飛機(jī)升降，并伴隨著上仰、下府、左右搖擺。順風(fēng)切變會(huì)使空速減小，逆風(fēng)切變會(huì)使空速增加，側(cè)風(fēng)切變會(huì)使飛機(jī)產(chǎn)生側(cè)滑和傾斜，垂直風(fēng)切變會(huì)使飛機(jī)迎角變化，從而使飛機(jī)的升力、阻力、過載和飛行軌跡、飛機(jī)姿態(tài)發(fā)生變化。下面就從飛行原理方面介紹一下對(duì)風(fēng)切變對(duì)飛行的影響。 風(fēng)切變對(duì)飛機(jī)性能的影響圖6飛機(jī)受力和力矩示意圖在討論低空風(fēng)切變對(duì)飛機(jī)性能影響前先，介紹一些氣動(dòng)力、氣動(dòng)力矩和角的概念。如圖6所示，表示作用在一架飛機(jī)上的各種力和力矩的圖形。（升力、阻力、迎角的概念圖形）垂直于相對(duì)氣流方向的氣動(dòng)力叫做升力，用Y表示。并行于相對(duì)氣流方向的氣動(dòng)力叫做阻力，用X表示。相對(duì)氣流方向與翼弦所夾的角度叫迎角，用α表示升力公式： Y=1/2 Cyρv2S阻力公式： X=1/2 Cxρv2S 式中ρ—— 空氣密度[公斤秒2/米4] 圖7升力隨迎角變化圖 V —— 飛行速度[米/秒]； Cy —— 升力系數(shù)；Cx —— 阻力系數(shù)；S—— 機(jī)翼面積；在恒定的空速條件下，前面提到的各種氣動(dòng)力都隨迎角的變化而變化，在正常的迎角范圍里，在恒定的空速下，作用于飛機(jī)上的升力和迎角成正比。如圖7所示在恒定空速條件下，升力是迎角和襟翼偏轉(zhuǎn)的函數(shù)。（如圖7） 風(fēng)切變能夠使空速和迎角兩者迅速發(fā)生變化，從而使氣動(dòng)力發(fā)生較大變化。氣動(dòng)升力是平衡重力的主要成分，升力可以使飛機(jī)持久的保持飛行。所以在定常平衡條件下，當(dāng)其他力都比不變時(shí)，升力的損失也將導(dǎo)致航跡的惡化。（圖7）描述了順風(fēng)切變和下降氣流切變時(shí)航跡惡化的情形。風(fēng)切變從兩方面是氣動(dòng)升力變化：1）風(fēng)速沿航跡變化，對(duì)升力產(chǎn)生直接影響，并與空速變化的平方成比例。2）垂直風(fēng)切變使迎角發(fā)生變化，從而影響升力。它起初沒有影響空速，如圖所示（附圖8）描述了垂直風(fēng)切變對(duì)迎角的影響。上升氣流的增加使迎角增加，導(dǎo)致氣動(dòng)升力增加。 圖8 垂直風(fēng)切變對(duì)迎角影響反之，下降氣流的增加使迎角減小，導(dǎo)致氣動(dòng)升力的減小。風(fēng)切變使空速或迎角減小，近而使氣動(dòng)升力減小，導(dǎo)致航跡惡化。 風(fēng)切變使得飛機(jī)的氣動(dòng)升力變化，除了會(huì)使航跡發(fā)生變化外，還會(huì)使得飛機(jī)的載荷也發(fā)生變化。飛機(jī)載荷是指除飛機(jī)自身重量之外的其他作用力，（發(fā)動(dòng)機(jī)推力和氣動(dòng)力）的總和。其大小經(jīng)常用載荷因素（簡(jiǎn)稱過載）即飛機(jī)載荷與重力的比值來表示。由于發(fā)動(dòng)機(jī)推力在立軸方向上的分量很小，所以過載就是升力和飛機(jī)重力之比。即：ny=l/w（l為升力，w為重力）。飛機(jī)遇到垂直風(fēng)切變時(shí)，迎角和過載將發(fā)生較大變化，如圖8所示。如飛機(jī)在巡航過程中，重量較重、速度較大，遇到較強(qiáng)的上升氣流會(huì)使飛機(jī)的升力猛然增大，使得ny=l/w過大，可能會(huì)超過飛機(jī)的最大使用過載，造成飛機(jī)局部變形或損壞，對(duì)飛行安全構(gòu)成威脅。風(fēng)和風(fēng)切變可用不同的坐標(biāo)系來描述。氣象學(xué)中描述空間風(fēng)場(chǎng)的完整方法是使用地面直角坐標(biāo)系，研究風(fēng)切變對(duì)飛行的影響，則采用飛行力學(xué)坐標(biāo)系。在地面坐標(biāo)系中風(fēng)速矢量Vwg可以表示成 （1）式中為水平風(fēng)速分量，順風(fēng)為正；側(cè)風(fēng)分量，向左為正；垂直風(fēng)速分量，下降氣流為正。變化風(fēng)場(chǎng)特性與時(shí)間、地點(diǎn)有關(guān)，一般可寫成。 （2） 則風(fēng)的變化表示成: （3）等式右邊第一項(xiàng)為局地導(dǎo)數(shù)項(xiàng)，表示在一個(gè)固定地點(diǎn)上風(fēng)速隨時(shí)間的變化；右邊第二項(xiàng)為相對(duì)導(dǎo)數(shù)項(xiàng),表示由于觀測(cè)地點(diǎn)所看到的風(fēng)速隨時(shí)間變化。相對(duì)于飛機(jī)飛行速度而言，風(fēng)場(chǎng)的移動(dòng)速度要慢得多。而且在一個(gè)固定地點(diǎn)上，風(fēng)速的變化也較飛機(jī)位置的變化慢得多。在這樣的前提下，可以把空間風(fēng)場(chǎng)視為地點(diǎn)固定，并且風(fēng)速不隨時(shí)間變化的所謂“凍結(jié)場(chǎng)”。則由（3）式可知，風(fēng)的變化只是由飛機(jī)位置變化引起的。若飛機(jī)位置變化表示為: （4） 則飛機(jī)位置變化引起的風(fēng)速變化為: （5）式中為風(fēng)場(chǎng)的梯度矢量，為飛機(jī)飛行時(shí)的航跡速度矢量。對(duì)于在飛機(jī)所在區(qū)域內(nèi)的三維風(fēng)場(chǎng)，風(fēng)場(chǎng)的梯度矢量可以表示為： （6）飛機(jī)飛行時(shí)的航跡速度矢量在地坐標(biāo)系上的分量表達(dá)式為: （7）式中為飛機(jī)相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)速度，r為飛機(jī)的航跡傾角。則飛機(jī)位置變化引起的風(fēng)速變化矢量形式為= （8）飛機(jī)風(fēng)速變化方程（8）式中的分別表示飛機(jī)上的順風(fēng)、側(cè)風(fēng)和垂直風(fēng)的變化，其變化主要取決于實(shí)際風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速梯度即順風(fēng)切變、側(cè)風(fēng)切變和垂直風(fēng)切變，飛機(jī)相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)速度和飛機(jī)的航跡傾角。由上式我們可以定性的描述低空風(fēng)切變對(duì)飛行的影響：在飛機(jī)相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)速度和飛機(jī)的航跡傾