機尾亂流

飞机在空中飞行时在其后方形成的一种大气扰动

機尾亂流(英語:wake turbulence)(簡稱:尾流)是飛機飛行時在其後方形成的一種大氣擾動。主要包括翼尖渦流和噴氣尾流,即噴氣發動機排出的高速氣流。

這張來自美國宇航局的翼尖渦流研究的圖片定性地說明了機尾亂流。

在飛機起飛降落階段,機尾亂流特別危險。此時,飛機通常以較大的迎角飛行,這種姿態更容易形成強烈的渦流。在機場附近,可能有多架飛機以低速和低空飛行,飛機在遭遇異常時的恢復空間也相應減少。[1]

定義

機尾亂流是晴空亂流的一種。重型飛機的機翼會產生旋轉的雙渦流,這種渦流在飛機經過後可能會持續較長時間,甚至超過一分鐘。遇到這些旋轉渦流時,無論是在空中還是地面,較小的飛機可能會受到嚴重干擾,甚至發生倒轉。[來源請求]

在固定翼飛機的平飛過程中

從前後方觀察固定翼飛機平飛時,渦流的方向是向外、向上並繞着機翼尖端旋轉。大型飛機的測試表明,渦流始終保持在不到一個翼展的距離內,隨着風向漂移,並且會在高於翼展距離的高度上存在。測試還表明,渦流以每分鐘數百英尺的速度下沉,隨着時間的推移和與產生渦流的飛機的距離增加,其下沉速度會減慢,強度也會逐漸減弱。

在高空,渦流每分鐘下沉約90—150米(300—490英尺),並在距離產生渦流的飛機飛行高度下方約150—270米(490—890英尺)的範圍內穩定下來。因此,飛行高度相差600米(2,000英尺)以上運行的飛機受渦流影響的風險較小。[2]

當大型飛機的渦流下沉距離地面約100—200英尺(30—61米)時,通常會以每小時2—3 kn(3.7—5.6 km/h;2.3—3.5 mph)的速度橫向移動。側風會削弱上風渦旋的橫向運動,並增加順風渦旋的運動。

直升機

直升機同樣會產生機尾亂流。直升機的尾流有時比同等重量的固定翼飛機尾流更強。當直升機以較低速度(20至50)飛行時,尾流達到最強。輕型雙槳直升機產生的尾流與多槳葉重型直升機產生的尾流一樣強。例如,貝爾波音 V-22 魚鷹傾轉旋翼機的旋翼尾流十分強大,甚至可能導致墜機。[3]

避免危險

儘管翼尖裝置可稍微減弱翼尖渦流的強度,但其影響不足以改變跟隨其他飛機時的安全間隔要求[4]

尾流類別

國際民航組織根據飛機的最大起飛重量(MTOW)定義了尾流類別,用於起飛和降落時的間隔控制。

 
一架降落在奧克蘭國際機場的空客飛機在下降到地面時產生的尾流與海面相互作用。

根據尾流類別,起飛、降落和巡航階段的間隔標準各有不同。空中交通管制員會根據這些標準對進行儀表進近的飛機進行排序。對於目視進近的飛機,管制員會提供建議的間隔,而飛行員需自行保持與前機的安全距離。[5] (p. 9)

平行或交叉跑道

在起飛和降落時,靜風條件下,飛機的尾流會下沉到地面並橫向遠離跑道。當出現三到五節(3–6英里/小時;6–9公里/小時)的橫風時,上風渦流可能保持在跑道上空,而下風渦流則可能漂移到另一條跑道,這種情況將會帶來潛在的危險。 [5] (p. 10)

警示特徵

無預警的飛機晃動(例如機翼擺動)可能是機尾亂流引起的。因此,保持情境意識至關重要。在進近階段遇到尾流十分常見。如果飛行員懷疑被尾流影響,應儘快避開,並考慮執行復飛或終止進近,防止遇到更強的尾流。

儘管尾流有時看似溫和,但在某些嚴重事故中,飛行員因試圖繼續降落而遭遇強烈亂流,導致無法恢復控制。因此,在遇到亂流影響時,飛行員應立即採取規避行動,而不應依賴飛機系統的提示。

板線

2020年,研究人員研究在跑道入口附近安裝「板線」,嘗試通過引發次生渦流來縮短尾流持續時間。在維也納國際機場的試驗安裝中,有報告稱渦流減少了 22%-37%。[6] [7]

測量

機尾亂流可以通過多種技術進行測量。國際民航組織(ICAO)目前認可的測量方法包括聲層析成像和多普勒激光雷達,而後者已經是成熟的商業化解決方案。

使用光學技術可以通過測量尾流對折射率的影響,來指示該亂流的強度。

聽覺感受

在特定條件下,地面觀察者有時可以聽到機尾亂流的聲音。[8]

例如在靜風條件下,重型噴氣機進近時產生的機尾亂流會發出低沉的轟鳴聲或哨聲,代表渦流強勁。如果渦流較弱,則聲音類似撕扯紙張的聲音。通常,飛機的直接噪音消退幾秒後,可以聽到機尾亂流的聲音。聲音持續時間可能長達30秒,且音色會隨時間變化,伴隨沙沙聲和裂響聲,直到完全消失。

參見

參考

  1. ^ AIM Page-569. faraim.org. 
  2. ^ Jumpseat: Assaulted by an A380. flyingmag.com. 26 February 2013 [22 April 2018]. (原始內容存檔於1 October 2017). 
  3. ^ AFSOC Crash Report Faults Understanding Of Osprey Rotor Wake. AOL Defense. 30 August 2012. (原始內容存檔於23 September 2012). 
  4. ^ Aircraft Wake Turbulence. U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration. AC No: 90-23G: 24. February 10, 2014 [2023-03-05]. 
  5. ^ 5.0 5.1 Aerodynamics of Flight (PDF). 
  6. ^ Holzäpfel, Frank; Stephan, Anton; Rotshteyn, Grigory; Körner, Stephan; Wildmann, Norman; Oswald, Lothar; Gerz, Thomas; Borek, Günther; Floh, Alexander; Kern, Christian; Kerschbaum, Markus. Mitigating Wake Turbulence Risk During Final Approach via Plate Lines. AIAA Journal. November 2021, 59 (11): 4626–4641 [5 August 2023]. Bibcode:2021AIAAJ..59.4626H. ISSN 0001-1452. doi:10.2514/1.J060025 (英語). 
  7. ^ Rienth, Thorsten. Mitigating wake turbulence to increase airport capacity. June 2020 [5 August 2023]. 
  8. ^ Repository Notice - Bureau of Transportation Statistics (PDF). ntl.bts.gov. [22 April 2018]. (原始內容 (PDF)存檔於17 June 2017).