通用航空低空飛行特性研究

任宏 劉相彤

摘要：對通用航空小型飛機飛機在低空飛行的特性進行總結分析，對低空狀態(tài)下的地標識別和無線電領航特點、飛行儀表觀測和風切變等現象進行研究。對小型飛機獨有的飛行特性進行歸納，為更好的研究小型飛機提供參考。

關鍵詞：低空飛行；低空風切變；小型飛機；飛行預警

相比大型飛機，通用航空的飛行有自己的特點，通過對通用航空的飛行特點進行歸納總結，為以小型飛機為目標的研究提供借鑒意義。

通用航空飛行器在飛行高度上多處于2000米左右的低空飛行。此處低空飛行的定義是由美國法令所公布的3000米以下為低空，這個低空標準受到很多國家的認可。低空空域一般不會對常規(guī)的運輸航空線路產生影響。那么在小型飛機的低空飛行上，有著以下幾個特點。

1利用地標分辨航向

由于低空飛行視野小、地形復雜的特點，飛行員視線受阻無法觀測到遠處目標，較難看到地標的全貌和其它相關地點[1]；低空飛行的高度低，飛機與地面間的移動角速度大于與空中的，觀測地標的時間就因此縮短。隨著高度降低，飛行速度增加，地標辨認就越發(fā)困難。但是低空飛行的一個好處是方便觀測一些高空難以識別的小地標，比如體積很大的建筑.不僅能夠識別，而且能夠看清各個側面，感受出明顯的立體性，因此可利用的地標會比高空飛行多[2]。

據此，處于低空飛行條件下的飛機，在飛行時可以利用小地標來定位飛機位置，同時，查詢和定位地標的核心應該重點放在精準的航跡方向和預計到達時間計算。

2使用無線設備領航

在低空飛行狀態(tài)下，飛機領航無線電會受到地波繞射和亂反射的影響，其中中、長波的無線電影響最大。低空條件下，無線電準確性較中高空低，有效距離也會降低。

飛機上的探測雷達的距離雖然也受高度的影響（低空距離更短），但是仍然長于目視距離。并且地面的回波性大于空中，可觀測地標也多于空中，如一些小的湖泊和廠房等都可以在顯示器中顯示。因此，合理發(fā)揮飛機雷達的探測作用能夠很好的補足由于視界狹窄看不清地標的缺陷。

3氣象影響大

低飛行高度下雖然風速降低，但是地形復雜、風向多變，難以掌握變化規(guī)律。因此，飛行過程中要根據地形情況對氣象數據進行測量。低空條件下，風向多變、氣流不穩(wěn)、能見度低的現象會較多發(fā)生。

4低空風切變發(fā)生多

風切變是風向空間率的特點之一，其實質是空間上兩個點間距離的風矢量差，因此它是一個向量值。這個值反映想要探測區(qū)域的兩點間的風速和風向變化。在實際飛行過程中，真正對飛行安全產生威脅的是低空風切變，即600m高度下的風切變現象[3]。

不是所有的低空風切變現象都會對飛行產生影響，其程度受風切變的強度影響。計算風切變的強度通常會取空氣層垂直厚度30m，取2分鐘風資料的平均值。0.1 （11秒）以上的垂直切邊就會對飛機產生威脅。低空風切變分為水平風的水平切變、水平風的垂直切變、垂直風的切變，下面對每種切變的強度標準進行逐一分析。

1）表1是水平風的垂直切變強度標準。

2）水平風的水平切變強度一般采用美國發(fā)布的低空風切變報警標準。美國采用的低空風切變警報系統(tǒng)在機場上設有6個測風站點，包括1個中心站和5個風站。每個分站與中心站距離大約3km，只要任一風站到中心站的風矢量差超過7.7m/s即報警。

3）垂直風切變的強度標準：垂直風切變的強度，主要由同一空間內兩點間垂直風的大小決定。

在垂直風切變中，其特征由風切變的行程原因決定，不同原因行程的風切變對飛行的影響程度也不一致，在下表中展示了常見的風切變類型和實踐空間特征。從下表可以看出外流水平在4km以下的微下沖氣流對飛行威脅最為嚴重。

5低空風切變的影響

由于風切變在600m以下形成低空風切變時才會對飛行產生較大危害，從高度上看可以發(fā)現主要在飛機起飛和降落時會發(fā)生。根據飛機在飛行過程中的不同場景，可以風切變分為四種類型，對不同類型的風切變對飛行的影響進行研究[4]。

順風切變：飛機在飛行過程中會跨越不同的風區(qū)域，在從小的順風區(qū)飛進大的順風區(qū)，從逆風區(qū)進入到順風區(qū)或者沒有風的區(qū)域等場景下會產生順風切變。所產生的現象通常是飛行速度驟然降低，升力下降，飛行高度降低。在此場景下會產生三種情況：（1）當風切變層高于跑道時，駕駛員可以采取加大油門來使飛機的飛行高度高于下滑線之后改出，安全著陸；（2）當風切變層低于跑道時，駕駛員來不及完成所有的修正行為，會造成飛機滑跑長度增加，甚至會有沖出跑道的現象；（3）當風切變層遠低于跑道時，駕駛員無法開始修正行為，會導致飛機未到跑道就觸地。

逆風切變：不同于順風切變，逆風切變剛好相反。當從小的逆風區(qū)域飛進大的逆風區(qū)域、從順風區(qū)飛進更小的順風區(qū)、逆風區(qū)或者沒有風的區(qū)域時，會造成飛機飛行速度驟然增加，升力變大，飛機飛行高度上升。逆風切變的危害相對于順風切變較低，飛行員可以通過消耗過高的空速從而將飛行狀態(tài)改正。依據逆風切變相對于跑道的高度不同，也會有三種不同的情況產生：（1）當風切變層高于跑道時，駕駛員時間充裕，可以完成飛機改出動作，安全著陸；（2）當風切變層低于跑道時，駕駛員無法完成全部修正行為，會導致飛機在尚未到達跑道時即觸地；（3）當風切變層遠低于跑道時，駕駛員無法開始修正行為，在速度過快的情況下會使飛機有沖出跑道的幾率。

另外兩種風切變分別是側風切變和垂直風切變，側風切變是當飛行行為跨越不同的側風區(qū)域到達另外一種不同的側風狀態(tài)。在這種狀態(tài)下飛機著陸會因側風切變導致側滑、帶坡度，從而產生航向偏離。而此時如果飛行員沒有足夠時間進行航向修正，則會導致著陸滑跑偏離。垂直風切變是在飛行行為從弱的升降氣流區(qū)域進入強的升降氣流區(qū)域時發(fā)生。所造成的影響體現在飛機的飛行高度、空速、俯仰和桿力上，會發(fā)生很明顯的高度下降，往往突然發(fā)生，感受強烈，具有極大危害。

6低空風切變的預防措施

氣象部門可以通過探測手段來提高預報的準確性，當提前獲取到低空風切變信息時，要對機組即使的進行通報預警，為管制部門人員提供充分的準備時間。與管制部門充分配合，互相協調，一個部門發(fā)現低空風切變現象時要及時向另外部門通報。

管制部門要配合好氣象部門和飛機機組工作人員的工作，當接收到氣象部門傳來的消息時要即使的進行通報，為機組預留充足的反應時間。在機場跑道附近出現風向異常情況時，要將具體情況及時的通報機組人員，提醒有低空風切變出現的可能。當確認低空風切變現象已經發(fā)生時，管制人員除了持續(xù)性的通報風切變的變化狀態(tài)外，也要向其它航空器進行低空風切變發(fā)生的通報，使危害降到最低。低空風切變現象大多持續(xù)時間較短，為十幾分鐘左右，在此時間內應該暫停起降行為，或者改變起降跑道來規(guī)避低空風切變。

飛行員在應對風切變現象的行為直接影響飛行的安全與否，因此，飛行員不僅要掌握低空風切變的知識，還要有優(yōu)異的飛行技術。在飛行過程中，隨時要有風切變現象發(fā)生的心理準備，尤其是在飛機起降的時間段，對可能會出現風切變現象的機場，要時刻關注氣象實況、機場通報等，同時要加強目視觀察，在關鍵時刻做出正確的決斷，如延遲起飛，延遲降落等。同時合理利用飛行儀表的姿態(tài)反饋和氣象雷達，發(fā)現姿態(tài)及氣象異常要立刻警覺，提前做好風切變現象可能發(fā)生的心理準備。

在低空風切變現象發(fā)生時，飛行員要保持冷靜，及時調整飛機航向，爭取飛機飛行高度，停止進近行為，同時與管制部門溝通復飛，隨時通報低空風切變的變化。管制人員要密切的配合處于低空風切變中的飛機，通報其他飛機避讓，了解低空風切變的具體參數，如高度、風速、風向、強度等等，并且將數據通報給其他飛機，確保其他飛行器有足夠的反應時間，避免相撞。

7通用航空低空飛行特性總結及借鑒意義

根據以上分析，小型飛機飛行有以下特點：能看清地面但是視界小，查找地標難度大；無線電領航作用距離減小，使用場景受限；風速小但是變化多，遇到低空風切變概率增加。在低空風切變的應對上，需要機組人員和管制部門、氣象部門相互配合，不僅飛行員需要有低空風切變的相關預警能力，氣象部門和管制部門同樣需要。對于地空之間的配合要在平時加強培訓，確保在危機發(fā)生時能夠做出快速的反應。飛行員也要加強自己的飛行技術水準，提高在危機狀況下的處理能力。低空風切變的危害十分巨大，提前預警和防范才是最好的解決措施，因此，在設計中航線導航和氣象預警上可以多做考慮。研究表明，在低空風切變產生前的10—60s之前探測到，并且及時給出預警，能夠避免很多飛行事故的發(fā)生。因此，在加強飛行員的目視判別能力之余，及時的對風向趨勢發(fā)出預報和警告也是一種十分有效的低空風切變預防措施[5]。一般來說，當風變相高于120°或者在有3m/s以上的風速差發(fā)生時，就會有風切變出現的可能，要提前對此進行預警[6]。

參考文獻

[1]馬學成.超低空飛行的特點及安全飛行重點[J]山東農機化，1999，（10）：10 11

[2]尚秀昱，王曉冬.低空飛行的領航特點[J]科技風，2008，（10）：58

[3]蘭承誠.低空風切變對飛機進近著陸的影響分析[J]科技與企業(yè)，2015，（12）：180

[4]黃冠.低空風切變的形成過程以及影響飛行安全的因素[J]科技展望，2015，25（15）： 150

[5]劉喆.低空風切變與飛行安全[J]硅谷，2015，8（01）： 194+208舊趙素玲低空風切變對飛機飛行的影響探討[J]農業(yè)與技術，2013，33（10）：195