臺(tái)風(fēng)中起降:解讀大風(fēng)天氣下的飛機(jī)適航性
夏季來(lái)臨,短時(shí)雷雨大風(fēng)天氣越來(lái)越常見(jiàn),陣風(fēng)等級(jí)有時(shí)能達(dá)到7~8級(jí)以上,瞬時(shí)風(fēng)速可達(dá)20米/秒以上,它們對(duì)飛機(jī)的飛行,尤其是起飛和著陸帶來(lái)較大不利影響。
陣風(fēng)在航空上叫突風(fēng),其本質(zhì)為大氣紊流,高空的大氣紊流一般會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)在飛行時(shí)發(fā)生顛簸。突風(fēng)一般包括大側(cè)風(fēng)、順風(fēng)或逆風(fēng)以及風(fēng)切變等,對(duì)起飛和著陸的影響主要有3個(gè)方面:大側(cè)風(fēng)對(duì)飛機(jī)航向產(chǎn)生較大影響,尤其是在著陸時(shí)會(huì)影響著陸方向,導(dǎo)致飛機(jī)偏離跑道中線甚至沖出跑道;順風(fēng)或逆風(fēng)對(duì)起飛/著陸滑跑距離產(chǎn)生影響,也有可能導(dǎo)致飛機(jī)沖出跑道;風(fēng)切變則會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)的飛行特性發(fā)生變化,影響飛機(jī)操縱性和飛行穩(wěn)定性。
據(jù)統(tǒng)計(jì),30%以上的進(jìn)近及著陸事故和15%的可控飛機(jī)撞地(CFIT)事故都與突風(fēng)相關(guān)。4%的進(jìn)近及著陸事故的主要誘因是風(fēng)切變,它也是造成重大傷亡事故的第9大原因。2014年7月23日臺(tái)灣復(fù)興航空GE222班機(jī)(ATR72型客機(jī))空難就是因?yàn)榻德鋾r(shí)遇上了突風(fēng)。
實(shí)際上,飛機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了突風(fēng)的影響,使得飛機(jī)具有一定的抗突風(fēng)能力。當(dāng)飛機(jī)遭遇突風(fēng)時(shí),飛機(jī)的結(jié)構(gòu)和操縱舵面將承受由突風(fēng)引起的附加載荷甚至沖擊載荷。運(yùn)營(yíng)的航班屬于運(yùn)輸類飛機(jī),需要取得型號(hào)合格證才能運(yùn)營(yíng)。這些飛機(jī)在設(shè)計(jì)和型號(hào)合格審定時(shí)必須要滿足CCAR25《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》,突風(fēng)情況下適航性要求也包含在其中。CCAR25部25.341“突風(fēng)和紊流載荷”和附錄G分別給出了飛機(jī)離散突風(fēng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和連續(xù)突風(fēng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,要求在飛機(jī)飛行載荷設(shè)計(jì)過(guò)程中需要充分考慮突風(fēng)和紊流載荷。其中,離散突風(fēng)設(shè)計(jì)必須考慮海平面上參考突風(fēng)速度為17.07米/秒的當(dāng)量空速(EAS)的正負(fù)突風(fēng);附錄G中給出了連續(xù)紊流突風(fēng)的兩種計(jì)算方法,一種是設(shè)計(jì)包線分析準(zhǔn)則,另一種是任務(wù)分析與補(bǔ)充設(shè)計(jì)包線分析相結(jié)合。連續(xù)突風(fēng)設(shè)計(jì)中,必須考慮在0~9140米的高度區(qū)間上真實(shí)突風(fēng)速度達(dá)25.90米/秒的情況。
飛機(jī)在地面遭受到的突風(fēng)要比空中飛行中遇到的突風(fēng)大得多,它會(huì)使得操縱面和操縱系統(tǒng)嚴(yán)重受載。在天氣非常惡劣時(shí),飛機(jī)可以中止飛行,但不可能不在地面停放和操作,因此無(wú)法避開(kāi)地面上的大風(fēng)。CCAR25部25.415“地面突風(fēng)情況”對(duì)飛機(jī)的操縱系統(tǒng)和操縱面的鎖定進(jìn)行了規(guī)定,以保證其在遭受地面突風(fēng)時(shí)不被破壞。
按照上述適航性要求設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的飛機(jī)都有一定的抗突風(fēng)能力,而且飛機(jī)越大抗突風(fēng)能力也越強(qiáng)。飛機(jī)在取證時(shí),都要進(jìn)行大側(cè)風(fēng)試飛,驗(yàn)證飛機(jī)的抗側(cè)風(fēng)能力,并確定飛機(jī)的側(cè)風(fēng)風(fēng)速限制。例如,波音737-800型飛機(jī)的最大驗(yàn)證側(cè)風(fēng)為不帶小翼18.5米/秒,帶小翼為17米/秒,這可能是飛機(jī)的極限抗側(cè)風(fēng)能力。考慮到飛機(jī)運(yùn)行的安全裕度,在飛機(jī)飛行手冊(cè)中確定的側(cè)風(fēng)限制風(fēng)速比前述速度小,為15米/秒,當(dāng)機(jī)場(chǎng)跑道的側(cè)風(fēng)風(fēng)速高于該值時(shí),該型飛機(jī)是禁止起飛或降落的。
此外,飛機(jī)在運(yùn)營(yíng)時(shí),針對(duì)突風(fēng)天氣還制定了機(jī)組處置程序,且需要在飛行員培訓(xùn)中嚴(yán)格執(zhí)行。在實(shí)際飛行過(guò)程中,一旦通過(guò)氣象雷達(dá)發(fā)現(xiàn)前方有突風(fēng)紊流天氣,飛行員要盡量進(jìn)行繞飛,避免大氣紊流對(duì)安全飛行造成的一切可能影響,保證乘客安全和乘坐飛機(jī)的舒適性。
綜上所述,現(xiàn)代旅客運(yùn)輸飛機(jī)無(wú)論在飛機(jī)設(shè)計(jì)、合格審定和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,都充分考慮了突風(fēng)的影響,保證了飛機(jī)在大風(fēng)天氣下的適航性。然而,夏季來(lái)臨,地面超過(guò)飛機(jī)突風(fēng)承受能力的8級(jí)以上陣風(fēng)天氣屢見(jiàn)不鮮,且陣風(fēng)的風(fēng)力和風(fēng)向常具有不確定性,由此造成的飛機(jī)延誤也在所難免。
(作者單位為中航工業(yè)綜合所)
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