應對風切變的措施分析綜述1.1探測方法紅外輻射計式、微波多普勒雷達和激光多普勒雷達（LIDAR）是美國正在研制的三種機載前視式風切變探測、告警系統。1.1.1紅外系統發展現狀：湍流預報系統公司（TPS）和科羅拉多州立大學（CSU）是美國研制紅外風切變探測、告警系統的兩個主要單位。TPS的紅外系統：TPS是較早進行機載前視式紅外風切變探測告警系統研制的部門。目前研制出的第三代系統AWASⅢ,已被NASA采用，并裝機試飛評估。TPS的第三代前視式紅外系統AWASⅢ也先后在賽斯納飛機和NASA的B737飛機上裝機試飛。通過試飛發現：保持飛機航向對前視式紅外系統是十分重要的，這樣才能沿著預定的飛行航跡連續地探測飛機前方的大氣變化情況；在遭遇到風切變后，飛機的滾轉力矩變化比較大；紅外對降雨的穿透距離還有待進一步研究；AWASⅢ還可以探測晴空湍流，在高空飛行時可提前6分鐘告警。CSU的紅外系統：CSU也在研究一種可以搭載在飛機上獨立于地面的前視式紅外風切變探測告警系統。他們已經研制出一種原型系統，并裝在自己的賽斯納TA207大氣研究試驗飛機上進行試飛評估。該系統的測量精度為1公里，作用距離為10公里，瞬時視場為2°。CSU重點研究為：風切變場的溫度變化與風速之間的關系，校準并改進福布什和米勒、福斯特、普羅克特提出的溫度與風速的相關性，進而給出一個比較真實地反映風切變場溫度梯度與風速之間的關系式；尋求一個更好地描述風切變危害飛機飛行安全的危險性評估準則；解決前視紅外系統的測距技術，使系統能準確地定出風切變場的位置。通過對原型系統的試飛表明：系統能準確地探測出飛機前方的風切變場，并根據飛機飛行速度的大小提前1-4分鐘（5-10公里）告警。圖1.1機載紅外系統1.1.2激光多普勒雷達系統（LIDAR）發展現狀：目前國際上發展的激光雷達系統主要有兩種，一種波長為10.6μmCO2激光，另外一種波長為2μm的Ho：YAG激光，其主要研制部門是美國的洛克希德公司和NASA。洛克希德公司研制的機載激光風切變探測雷達（CLASS）是CO2激光系統，該系統的總體要求是：1）在微暴產生初期探測到它：2）強調回避，而不是改出風切變；3）以低誤警率實時響應；4）在有雨和晴空時皆可使用：5）工作可靠，維護率低。CLASS系統探測距離為2-4公里，距離分辨率為1米/秒，提前片警時間為20-40秒,該系統按計劃應在1992年初裝在NASAB737飛機上進行一年的飛行評佔.在試飛過程中,CLASS系統需測出飛機前方風切變場的徑向速度，并和現狀式系統及地面多普勒雷達測岀的數據進行對比。若CLASS系統的測量值和現狀式系統數據有很好的相關性，則表面CLASS系統是成功的。表1CLASS系統一些參數的技術條件除了洛克希德公司CLASS系統外，NASA還在研制一種波長為2μm的激光風切變探測、吿警系統。使用Ho：YAG激光雷達是一種二極管泵激固態激光雷達，使用壽命超過10000小時。一個機載風切變探測系統需要具備30秒的提前吿警時間。通過對風切變場動態特性的研究發現，30秒的告警時間是最優的。需要提到的是，除了以上兩種激光系統外，利頓公司也在發展一種能探測風切變的多功能激光雷達。圖1.2激光多普勒雷達系統LIDAR1.1.3微波多普勒系統發展現狀：工作在X或C波段的多普勒雷達能夠探測風切變，它通過測量從大氣中物體散射的回波，因為它的工作波長比紅外激光大，受大氣影響相對要小得多。目前客機都裝有3厘米波長的氣象雷達，先進的氣象雷達利用多普勒效應探測湍流和風切變，這樣就不存在裝機問題。因此，機載多普勒風切變探測雷達具有前視式雷達的全部優點，并得到重點發展。目前，國際上發展微波多普勒風切變探測系統的部門比較多，大致可分為二類。一類是以NASA為首的科研部門，另一類是美國柯林斯、本迪克斯、韋斯汀豪斯公司等工業部門。NASA和工業部門研究的重點有所不同。工業部門負責制造價格適宜、能實際用來探測風切變的傳感器，而NASA主要研究風切變的形成原因和探測雷達上。柯林斯公司制定了關于微波多普勒雷達的發展計劃。計劃的宗旨是提供一種能探測風切變的氣象雷達，該雷達具有比較大的探測概率，很低的誤警率，適用于干、濕風切變的探測。1.2預防措施由于在起飛和著陸階段發生事故的頻率最多，而且在高空遭遇風切變后可以利用犧牲高度換取速度的方法進行改出，所以我們主要是預防低空風切變帶來的影響。這里的預防措施分為起飛預防措施和進近預防措施，有關的操作主要在于飛機的推力、使用的跑道、襟翼放下的角度、飛機的空速等。1.2.1起飛預防措施1.推力設定起飛時飛行員應該施加最大的推力，這既可以縮短起飛滑跑距離，避免飛機沖出跑道，也可以擁有最大的爬升角或爬升速率，如果發生風切變飛行員就有較大的操作空間去控制飛機。2.跑道的選擇根據起飛時的風向和跑道的長度去選擇最佳跑道，盡量去避開可能發生風切變的地方。3.起飛襟翼設定如果懷疑會有風切變產生，應增加襟翼以獲取更好的穩定性，以及在起飛后延遲收襟翼的時間，以確保容易改出。4.選擇較大速度較大的抬輪和起飛速度，可以使流過飛機機翼上下表面的氣流增多，提高飛機的升力和操作性,從而減小風切變的影響。增大抬輪速度看似可能會沖出跑道，但是增大的速度是根據跑道長度和飛機飛行手冊上面的數據計算而來，只要在規定范圍內，而且最少在離跑道末端2000英尺時抬輪，就不會沖出跑道，反而增加了飛機在遇到低空風切變時的安全性。1.飛行指引儀如果飛機上沒有風切變改出指引，飛行員就應該關閉速度基準模式的飛行指引儀。因為當飛行指引儀在速度基準模式下，它不會考慮飛機的姿態和航跡，只會不斷地控制舵機操縱飛機使其保持在一個穩定的速度上，這樣的話很可能使飛機失速或者是失去控制。所以飛行員應在風速和飛機穩定的情況下再使用速度基準模式的飛行指引儀。1.2.2進近預防措施1.穩定的進近在離地面1000英尺之前，飛行員一定要在下滑道上進近，而且保持穩定的下降率，這樣才能減輕風切變帶來的操縱問題，同時也可以更好的進行復飛。2.推力的管理當我們進近時，不要輕易的減少油門。當飛機空速突然增加時，我們要對局勢進行判斷，如果懷疑是風切變造成的，則不要馬上減少推力來保持空速。同時我們也應該根據形勢判斷是否應該關閉自動油門。3.跑道的選擇和起飛一樣，選擇風速適合的、較長的、較寬的、沒有風切變威脅的跑道。跑道越長越寬，飛行員的可操作范圍越大，滑出跑道的概率越低，降落也就越安全。我們也可以選擇有精密進近設備的跑道，它可以給予飛行員飛行軌跡的指引。當飛機不在下滑道上時，可以及時的改出。4.著陸襟翼設定襟翼的設定可以根據飛行時的情況而定，當高度較低時，飛行員可以不用很快的放下襟翼。1.增大進近速度增大進近速度不僅可以提高飛機的操作性，還可以防止飛機失速。但不宜增加過大的速度，以免跑到較短，著陸距離不夠而沖出跑道。6.飛行指引、自動駕駛儀及自動油門在進近時，使用飛行指引儀、自動駕駛儀以及自動油門可以降低飛行員的工作負荷，從而有更多的精力去注意儀表的變化及機外的天氣情況。但是如果過于顛簸導致自動駕駛難以操縱，飛行員應馬上將其斷開。1.3改出方法風切變改出的目的是維持飛機穩定并迅速離開該區域。在飛機穩定的情況下使用最大的推力。當起飛階段指示空速變化超過15節、垂直升降率變化超過500ft/min或俯仰姿態變化超過5°時，便認為遭遇了風切變，應立刻執行改出程序；當進近階段指示空速變化超過15節、垂直升降率變化超過500ft/min、俯仰姿態變化超過5°、下滑道偏差一個點或推力長時間不正常時，便認為遭遇了風切變，應立刻執行復飛程序。研究表明，在遭遇低空風切變時，飛行員可以利用的時間只有幾秒鐘。而且，在高工作負荷下，飛行員的注意力分配會變得很差，這極有可能導致事故的發生。專家對風切變的改出做了大量的研究，得出將姿態指示器中的15°作為改出時的初始姿態是最好的，因為不僅在這個時候飛機具有良好的性能，而且15°也容易記起并標注在姿態指示器上。如果在起飛滑跑過程中遭遇風切變，因為在起飛滑跑中空速本就是在不斷增加的，所以僅根據機艙儀表很難判斷是否發生了風切變。我們可以根據風向標、升起的煙塵和空管人員的報告來判斷風切變的情況。風切變發生時，指示空速和地速相差較大，這可能導致飛行員判斷不準確而使飛機沖出跑道。如果飛行員在在V1之前感受到了風的劇烈變化而難以操縱飛機，應該馬上中斷起飛；如果飛行員在V1之后感受到了這些情況，必須繼續起飛，否則飛機會沖出跑道。在改出過程中應使用最大推力直到飛機脫離危險狀態，飛機的俯仰姿態應該保持在15°左右。如果飛機起飛離地后和進近過程中遇到風切變，它們改出的方法改出大致相同。推力設定最大推力來保持飛機狀態和飛機的操縱性能。如果飛機難以控制，飛行員應將自動油門關閉。2.俯仰姿態飛行員將飛機姿態調整為初始目標姿態也就是15°的俯仰角，同時也應該關閉飛機的自動駕駛。如果飛機在姿態達到15°后也無法保持飛機的運動軌跡或仍有較多的高度損失，飛行員應該輕微的后拉操縱桿以減小高度損失，同時注意俯仰角增量應該小于2°。當飛機恢復到安全狀態時，可以慢慢減小俯仰角來獲得更多的空速。3.構型保持飛機的外形直到安全高度，收起起落架雖然可以減小飛行阻力增加飛機性能，但是在操作過程中會分散飛行員的注意力，并且在起落架收起過程中會