航空器空中顛簸等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用研究

摘 要：本文將現(xiàn)有顛簸強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析，重點(diǎn)介紹了渦流消散率的作用和應(yīng)用。具有預(yù)報(bào)能力的渦流消散率、可以進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷的空速表和體感判斷以及進(jìn)行事后數(shù)據(jù)分析的過(guò)載增量共同構(gòu)成了航空器飛行中空中顛簸強(qiáng)度等級(jí)判定體系。隨著機(jī)載計(jì)算機(jī)性能的不斷提升，利用渦流消散率進(jìn)行顛簸預(yù)報(bào)將是發(fā)展的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：空中顛簸；顛簸強(qiáng)度；渦流消散率

中圖分類(lèi)號(hào)：U8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

通過(guò)近年的不斷努力，我國(guó)民航取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。2016年我國(guó)境內(nèi)民用航空（頒證）機(jī)場(chǎng)共有218個(gè)（不含港、澳、臺(tái)），全年旅客吞吐量首次突破10億人次，完成101635.7萬(wàn)人次，貨郵吞吐量1510.4萬(wàn)噸，完成飛機(jī)起降923.8萬(wàn)架次。

行業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)不斷提升的情況下，不安全事件也頻頻發(fā)生。其中空中顛簸目前已成為嚴(yán)重威脅飛行安全的主要天氣現(xiàn)象之一，對(duì)空中飛行秩序、飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)和旅客安全都有很大的影響，是民航飛行較難防范的安全隱患之一。對(duì)航空器空中顛簸進(jìn)行有效處置乃至預(yù)測(cè)顯得尤為重要[ 1 ]。

1 顛簸的定義及危害

飛機(jī)顛簸是指飛機(jī)在飛行中遇到擾亂氣流，就會(huì)產(chǎn)生震顫、上下拋擲、左右搖晃，造成操縱困難、儀表不準(zhǔn)的現(xiàn)象。經(jīng)研究表明，飛機(jī)顛簸往往是由那些與飛機(jī)尺度相當(dāng)?shù)摹o(wú)一定順序出現(xiàn)的那部分渦流造成，這種亂流稱(chēng)為“飛機(jī)亂流”。輕微的顛簸會(huì)給飛行帶來(lái)困擾，嚴(yán)重的顛簸則會(huì)導(dǎo)致空難的發(fā)生[ 2 ]。

飛行上：輕微顛簸會(huì)給機(jī)組及乘客帶來(lái)不適，長(zhǎng)時(shí)間的顛簸會(huì)造成飛行人員和乘客的緊張和疲勞，甚至危及安全。中度顛簸則會(huì)使飛機(jī)操縱困難，甚至失去操縱。嚴(yán)重顛簸甚至?xí)p害飛機(jī)結(jié)構(gòu)，減少發(fā)動(dòng)機(jī)功率，造成嚴(yán)重后果。

服務(wù)上：顛簸情況下會(huì)暫停空中餐飲服務(wù)，乘客應(yīng)按照指示不得隨意走動(dòng)并系好安全帶，乘客的飛行感受很差，中度以上顛簸給乘客帶來(lái)的恐慌情緒也會(huì)影響客艙安全管理。因顛簸造成的航空事故會(huì)使旅客和機(jī)組受傷，會(huì)給航空公司帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失和負(fù)面影響。

運(yùn)行上：顛簸造成的航空器的主動(dòng)、被動(dòng)改變高度也給管制工作造成了極大的影響，航空器在顛簸情況下會(huì)出現(xiàn)高度忽然變化，航空器會(huì)選擇改變高度或航線，都會(huì)給附近的航空器帶來(lái)威脅。顛簸造成的大量飛行路徑及高度變化會(huì)使得管制員工作量激增，造成管制員工作負(fù)責(zé)增加和管制難度增加，進(jìn)而影響到同一管制空域內(nèi)的其他飛機(jī)。

2 現(xiàn)有顛簸強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 渦流消散率

根據(jù)國(guó)際民航組織附件3，國(guó)際上顛簸強(qiáng)度根據(jù)渦流消散率EDR（eddy dissipation rate）為指標(biāo)來(lái)分類(lèi)。

顛簸程度被分為以下4類(lèi)：（見(jiàn)表1）

a.嚴(yán)重顛簸：當(dāng)湍流指標(biāo)在15-27之間（EDR峰值超過(guò)0.5）；

b.中度顛簸：當(dāng)湍流指標(biāo)在6-14之間（EDR峰值超過(guò)0.3）；

c.輕度顛簸：當(dāng)湍流指標(biāo)在1-5之間（EDR峰值超過(guò)0.1）；

d.無(wú)湍流：當(dāng)湍流指標(biāo)為0（EDR峰值低于0.1）。

2.2 過(guò)載增量

我國(guó)使用過(guò)載增量作為顛簸強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該指標(biāo)可以通過(guò)機(jī)載加速計(jì)進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)容易獲得。

2.3 空速表加體感

為了幫助飛行員快速、正確判斷顛簸強(qiáng)度，國(guó)際民航組織設(shè)計(jì)出一個(gè)定義表以供使用。

3 顛簸強(qiáng)弱判斷指標(biāo)應(yīng)用

現(xiàn)有的三個(gè)判斷指標(biāo)分別是：渦流消散率、過(guò)載增量、空速表加體感。渦流消散率具有進(jìn)行顛簸預(yù)報(bào)的能力，空速表加體感可以由航空器駕駛員進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，過(guò)載增量則主要進(jìn)行事后數(shù)據(jù)分析。三個(gè)指標(biāo)共同構(gòu)成了航空器空中顛簸強(qiáng)度等級(jí)判定體系。

通過(guò)空速表加體感來(lái)對(duì)顛簸強(qiáng)度進(jìn)行判斷，是由駕駛員對(duì)航空器的速度變化進(jìn)行監(jiān)視，配合駕駛員主觀身體感受。主要是便于航空器駕駛員進(jìn)行實(shí)時(shí)的顛簸強(qiáng)度識(shí)別，進(jìn)而根據(jù)操作手冊(cè)采取相應(yīng)的措施。

顛簸發(fā)生后航空器駕駛員要及時(shí)向管制員通報(bào)顛簸情況，管制員轉(zhuǎn)發(fā)后續(xù)飛機(jī)便于后續(xù)飛機(jī)做好準(zhǔn)備或及時(shí)繞飛。但是相同的亂流對(duì)不同的機(jī)型、載重造成的顛簸不盡相同，后機(jī)只能進(jìn)行推測(cè)。而顛簸區(qū)域隨著大氣運(yùn)動(dòng)可能發(fā)生漂移，總體來(lái)說(shuō)前機(jī)顛簸情況對(duì)于后機(jī)參考價(jià)值有限。

過(guò)載增量是由機(jī)載計(jì)算機(jī)對(duì)飛機(jī)加速度變化進(jìn)行計(jì)算和監(jiān)控。通過(guò)計(jì)算亂流對(duì)本機(jī)造成的加速度變化來(lái)對(duì)顛簸強(qiáng)度進(jìn)行判斷。由于駕駛員采用空速表加體感來(lái)判斷顛簸強(qiáng)度更為快捷和直接，所以航空器的過(guò)載增量數(shù)據(jù)主要是用于后期的航空器性能分析和飛行數(shù)據(jù)分析。該數(shù)據(jù)從QAR（飛機(jī)機(jī)載記錄系統(tǒng)中的快速存儲(chǔ)裝置）中導(dǎo)出。

渦流消散率（EDR）是描述湍流強(qiáng)度的一個(gè)重要參數(shù)，它代表了湍流內(nèi)部熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的程度，可以反映湍流的速度結(jié)構(gòu)。EDR可由多普勒聲雷達(dá)、多普勒激光雷達(dá)、多普勒風(fēng)廓線雷達(dá)、多普勒天氣雷達(dá)以及多普勒測(cè)云雷達(dá)等進(jìn)行探測(cè)。渦流消散率表示的是該區(qū)域內(nèi)渦旋此時(shí)的強(qiáng)烈程度。所以渦流消散率越大表明該區(qū)域湍流發(fā)展越劇烈。渦流消散率可以說(shuō)是一個(gè)獨(dú)立衡量顛簸的參量。通過(guò)構(gòu)建函數(shù)關(guān)系將EDR、飛機(jī)型號(hào)、重量、飛行高度、結(jié)構(gòu)配置和飛行速度充分結(jié)合，可以得出相對(duì)于本機(jī)當(dāng)前狀態(tài)下的顛簸強(qiáng)度數(shù)值。這就可以起到較好的顛簸預(yù)測(cè)作用。

全面的渦流消散率數(shù)據(jù)需要由多普勒激光雷達(dá)測(cè)出，但是多普勒激光雷達(dá)主要安裝在地面氣象觀測(cè)站。機(jī)載多普勒氣象雷達(dá)可以對(duì)含水汽的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)計(jì)算可以向機(jī)組提供顛簸預(yù)報(bào)，仍舊可以實(shí)現(xiàn)在大多數(shù)飛行情況下向機(jī)組提供顛簸預(yù)報(bào)，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。已有航空公司開(kāi)始嘗試使用此項(xiàng)技術(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了現(xiàn)有的對(duì)于航空器空中顛簸強(qiáng)度評(píng)定的指標(biāo)。對(duì)渦流消散率、過(guò)載增量、空速表加體感進(jìn)行應(yīng)用和實(shí)效性對(duì)比。著重對(duì)渦流消散率（EDR）進(jìn)行分析，強(qiáng)調(diào)了基于渦流消散率的航空器空中顛簸強(qiáng)度預(yù)測(cè)能力。為加強(qiáng)民航運(yùn)行安全，提升航空服務(wù)水平和質(zhì)量提供有益的參考和建議。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周林，黃超凡.近10年晴空湍流的研究進(jìn)展[J].氣象科技，2015（01）.

[2] 陳華利.飛機(jī)顛簸的預(yù)報(bào)[J].四川氣象，1999，19（3）：32-33.

[3] 王永忠.大氣湍流對(duì)飛機(jī)顛簸的影響[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，41（3）：279-283.

作者簡(jiǎn)介：袁江（1988-），男，山西朔州人，研究實(shí)習(xí)員，主要從事民航空管方向教學(xué)與研究工作。