雷暴單體和下沉氣流對直升機飛行安全影響研究

摘要：在直升機飛行過程中，遭遇極端天氣會對飛行安全帶來嚴重影響。特別是在夏季，雷暴和下沉氣流會使直升機發生顛簸，操控變得困難，嚴重情況下因為失控的發生飛行事故。通過探究雷暴單體和下沉氣流的形成機理，提前制定科學的應對措施，從而保障直升機飛行安全。

關鍵詞：直升機；雷暴單體；下沉氣流；飛行安全

雷暴會產生較強的紊亂氣流，雷雨區內亂流的速度最高可達60m/s，導致直升機發生嚴重顛簸。在夏季強對流天氣下，雷暴還會產生冰雹，也會導致直升機的空氣動力性能降低。在直升機起飛或降落階段，下沉氣流會導致直升機速度失控，出現突然上升或垂直下降等危險情況，如果飛行員的飛行經驗較少，很有可能無法快速飛出危險區，面臨的安全風險也會大幅度增加。近年來，直升機在環境監測、搶險救災、林業種植等多個領域得到了應用，探究雷暴單體和下沉氣流環境下直升機的安全飛行措施，具有重要應用價值。

1 雷暴單體對直升機飛行安全的影響

1.1 雷暴單體的發生過程

雷暴單體從出現到消失，可以將其分為三個階段，且每個階段對直升機飛行安全的影響不同。（1）發展階段，這一時期積云逐漸形成，但是并不是所有的積云都能發展為積雨云，通常不會產生強烈的氣流，對直升機飛行的影響較小；（2）成熟階段，前期會產生較強的上升氣流，低空空氣在上升氣流的帶動下，會上升到高空。低空空氣在高空遇冷后，凝結成水滴。當水滴聚集到一定密度后，形成降水。雨水下降會對附近空氣產生拉動作用，此時上升氣流轉變為下降氣流。在氣流轉換過程中，會對直升機的穩定飛行造成很大影響。另外，在這一階段還會伴隨有閃電、冰雹，也會影響直升機的飛行安全。（3）消散階段，下降氣流降至低空后，向兩邊擴散。雖然擴散過程中還會產生上升氣流，但是強度不大，氣流最終消散。

1.2 雷暴單體對直升機飛行的影響

（1）飛機顛簸。成熟階段的雷暴云，內部產生的最強氣流可達60m/s，這些氣流與直升機的飛行方向垂直，會導致直升機發生上下顛簸。如果飛行員的飛行經驗較少，不僅會導致飛行不穩，還有可能出現失控。（2）冰雹。冰雹主要在5000米9000米高空形成。直升機飛行過程中遭遇冰雹，機翼、尾翼、雷達罩、擋風玻璃等位置都會受到冰雹擊打。冰雹從高空下落過程中，受重力加速度的影響，下降速度不斷加快，一些較大的冰雹甚至會導致機身發生傾斜、擺動，直升機的空氣動力性能降低，嚴重情況下還會引發飛行事故。（3）雷擊。兩塊雷雨云撞擊后會產生雷電，直升機在雷區飛行時，像機翼、機身等主要由金屬材料構成的部位，有較大概率遭受雷擊。另外，雷擊產生的瞬時電流高達上萬安培，還會對直升機內部的電子設備產生干擾影響，電子設備不能正常運行，導致直升機失控。

1.3 飛行過程中應對雷暴的措施

首先，飛行員每次飛行前，都要通過氣象員了解當天飛行區域的天氣狀況，如果天氣預報顯示有發生雷暴的風險，則需要提前對雷暴的發生范圍、移動方向、經過位置等進行判斷，在執行飛行任務時，盡量避免這些區域，從而保障飛行安全。其次，飛行過程中遭遇雷暴，應當通過調整飛行路線、空中等待或是返航等措施，規避雷暴危害影響。飛行員可以采用目測方式，如果雷暴云分散，且兩塊雷暴云的間距超過12km，則可以從雷暴云中間穿過；反之則需要從一側繞行。如果雷暴強烈，且伴隨頻繁閃電，不適宜繼續執行飛行任務，需要立即返航。

2 下沉氣流對直升機飛行安全影響

雷暴發生過程中容易形成下沉氣流，雨水從高空降落時，對周邊空氣產生下拉作用，形成了下沉氣流。在下沉過程中，氣流不斷吸收水平動量，到達低空時形成速度較快的微下沖暴流。

2.1 下沉氣流的特點

下沉氣流在垂直方向上的運動速度會發生劇烈變化，尤其是在接近地面時，會產生較強的沖擊力。受到地面阻擋后，下沉氣流沿著中心線向兩側分散，形成向上卷曲的外流。在近地面，下沉氣流還會創造出氣壓分布不均的氣壓峰值區。直升機遭遇下沉氣流后，飛行員為了保證飛行高度和前進速度，必然會加大油門，讓直升機獲得一大更大的水平飛行力。在抬升階段，直升機突然飛出下沉氣流區，此時直升機會以較大速度攀升，容易造成失控。

2.2 飛行過程中應對下沉氣流的措施

首先，下擊暴流造成飛行事故中，其氣象雷達回波都有一個共同待點，這共同特點就是所謂的尖頭回波。尖頭回波是雷達在監視對流天氣回波過程，回波連續性快速移動過程形成一個很明顯的尖頭，這尖頭回波實質是孕育著一個下擊暴流單體，有多少個尖頭回波就意味著有多少個下擊暴流單體。因此，雷達跟蹤監測是保證飛行安全的必要措施之一。其次，對機場一定區域范圍內出現或預報將要出現雷暴、颮線等強對流性天氣，氣象部門應向有關部門發出危險天氣警報，如果此時尚未起飛，應當由指揮人員作出全面分析后，決定是否繼續執行飛行任務，在未獲得飛行許可后，不可起飛；如果是飛行過程中突然遭遇下沉氣流，飛行指揮員應向飛機發出本場天氣危險警報，在必要時可暫時關閉機場。最后，對于一些缺乏飛行經驗的飛行員，要及時開展關于下沉氣流形成原因和危害的培訓，讓飛行員能夠掌握復雜天氣狀況下靈活應對和安全駕駛的方法。另外，有條件的地區，還可以開展模擬演練，通過模擬下沉氣流讓飛行員能夠做到臨危不亂，利用專業知識應對險情，盡快飛出危險區域。

3 結語

直升機飛行過程中，會遭遇到復雜的天氣狀況，如果飛行員不能對各類復雜天氣狀況做到靈活、專業的處理，可能會引發飛行事故。在各類天氣狀況中，雷暴單體和下沉氣流是比較常見且危害較大的兩種極端天氣。飛行員一方面要熟練掌握雷暴單體、下沉氣流的形成機理、產生危害，能夠在飛行過程中做到及時、準確判斷；另一方面又要在日常訓練中提高對這兩種天氣狀況的應對能力，在遇到險情后可以進行靈活應對，保障飛行安全。

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作者簡介：陳旭（1990），男，河南開封人，本科，助理工程師，主要從事直升機氣象預報工作。