翼尖尾涡对后机影响研究及规避策略

邢琳琳，高培新

(滨州学院飞行学院 山东滨州256603)

翼尖尾涡对后机影响研究及规避策略

邢琳琳，高培新

(滨州学院飞行学院 山东滨州256603)

在飞行中，飞机翼尖尾涡对飞行安全影响较大，不仅会降低后机能见度，而且对后机操作及性能都有重要影响。基于对翼尖尾涡形成机理、近地流动规律及涡核特性的分析，阐述了飞机翼尖尾涡对后机飞行安全的影响，主要涵盖后机平飞状态起飞降落、横向操纵等方面。同时提出了规避翼尖尾涡对后机影响的具体策略，其中包括严格执行国际民航组织规定的尾流间隔标准、建立混合起降尾流安全间隔等。

翼尖 尾涡 后机 飞行安全 规避策略

1 翼尖尾涡基础理论

1.1 翼尖尾涡形成条件

飞机在正常飞行条件下，需要特定的飞机迎角，同时保持一定的飞行速度。在升力产生过程中，由于机翼上下弧度不同，会产生一部分压差，这种压差导致流经机翼上下表面的气流也产生压差。压差产生的过程中，上翼面气流会向翼根偏移，而下翼面气流会向翼尖方向偏移，从而产生一些涡面。这些涡面相互作用，形成了翼尖尾涡。[1]

1.2 翼尖尾涡近地流动规律

当飞机接近地面飞行时，地面会对尾涡下移运动产生相应阻力。在离地半个或1个翼展高度时，两条尾涡会停止下降而转为横向移动，同时以相同下降速度向外侧横移，并且持续分离。在低空有风条件下，尾涡会随风向移动，当近地面有侧风时，一股涡流会随侧风风速向外加速移动，而另一股涡流向外移动速度则会减慢。

1.3 翼尖尾涡涡核特性

翼尖尾涡形成后，涡核受诱导力及自身重力的影响会随即向后并向下运动，但受地面效应影响，涡核垂直下降速度会相应减小并向两侧加速扩散。这种扩散对翼尖尾涡将产生一定影响，导致涡核间距逐渐增大。[2]随着飞行的持续，尾涡高度将逐渐变小。初始飞行阶段变化不大，但随着下降高度的增加，间距会慢慢增大，当飞机到达最低下降高度时，间距会逐渐趋于平稳。

2 翼尖尾涡对后机飞行的影响

2.1 后机进入前机翼尖尾涡征兆

翼尖尾涡形成后呈螺旋状向后延深，其强度与机翼产生的升力大小密切相关，飞机过载愈大则升力愈大，尾涡愈强。大型飞机尾涡形成的强度很大，对后机仪表及相关设施都有极大影响，其中气压高度表受影响较为明显。高度表读数以机头空速管探测的大气静压为依据，因此其指示突变、飞机滚转并难以控制等特征都是飞机进入前机尾涡的征兆。

2.2 翼尖尾涡对后机平飞状态的影响

在平飞状态，飞机经过前机尾涡中心位置时，飞机俯仰状态受到破坏，会出现上下起伏或颠簸。[3]飞机开始进入尾涡时，受到向上诱导力影响，飞机迎角与速度会急剧增大，升力也会陡增，导致飞机机头陡升。为保持飞机平飞状态，驾驶员应在压杆的同时减小油门，但飞机又会进入诱导力向下的尾涡区，导致飞机迎角突然减小，此时驾驶员应拉杆以增大迎角，这就可能使飞机结构遭到破坏，造成飞行事故。

2.3 翼尖尾涡对后机起飞降落的影响

沿纵轴方向进入尾涡时，受下洗气流影响，飞机高度会急剧下降。[4]在高空飞行时，驾驶员有充裕的时间调整飞行姿态，因此影响程度相对较小，但在起飞阶段与着陆阶段，飞机受影响相对较大。在起飞阶段，发动机处于全推力状态，下洗气流会抵消部分爬升力，飞机无法爬升到最低起飞越障高度，酿成悲剧；在最后进近阶段，飞机处于低速状态，其机动能力相对较低，如果遭遇由尾涡引起的高度损失，驾驶员没有足够时间与操纵能力进行调整，可能导致着陆低于最后进近超障高度，而发生事故。

2.4 翼尖尾涡对后机横向操纵的影响

后机进入前机尾涡后，受到尾涡气流影响，产生滚转力矩。在飞行过程中，两侧翼尖都会生成翼尖涡流，从而产生机翼后缘下洗流与上洗流。当从外侧进入前机尾涡时，后机会向前机外侧滚转；当从内侧进入前机尾涡时，后机会向前机内侧滚转。前机尾涡对后机横向操纵影响较大，会使后机发生持续滚转。一旦失去控制，在高空时飞机会发生严重失速；在低空时，飞机易发生机翼擦地或坠机。[5]

3 翼尖尾涡规避策略

通过研究可以发现，翼尖涡流会对后机飞行产生重要影响，很多飞行事故均由尾流问题引起，因此切实采取措施解决尾涡问题可有效提高飞行安全系数。

3.1 全面把握翼尖尾涡特性

驾驶员应通过多种渠道加深对翼尖尾涡的认识，一方面可以通过目视判断飞机间隔，另一方面可以借助机载雷达及先进仪表设备规避尾流带来的影响。白天可根据飞机外形及目视清晰度变化来掌握飞机间隔情况，夜间可根据航行灯明暗程度变化来判定间隔。这种方法虽然在一定程度上可提高驾驶员对尾涡的控制，但易产生视觉误差，因此驾驶员及相关人员必须接受专业目视训练，以增强其夜间判断能力及特殊问题的处置能力。

3.2 严格执行国际及国内尾流间隔标准

在实践运行及理论研究基础上，国际民航组织对尾流间隔的相关政策与标准进行了修改，对空中航行服务程序、飞行规则及空中交通服务中有关翼尖尾涡的标准也做了修订，并将其作为正式航空法规执行。因此，为保障飞行安全，应严格按照国际民航组织的相关规定，完善飞行程序。同时，在国际民航组织相关规章的基础上，中国民用航空局也制定了关于尾涡的相关章程与航空规章，如最大起飞重量≥13.6,t的重型机应至少与前机保持 8,km的尾流雷达间隔，最大起飞重量在7～13.6,t的中型机应与前机至少保持 10,km 的尾流雷达间隔，最大起飞重量＜13.6,t的轻型机应与前机至少保持 12,km的尾流雷达间隔。中国民用航空局还指出，航空器在进行连续起降训练时，除后机驾驶员能确保在高于前机飞行高度以上飞行外，其他情况下尾流间隔时间至少保持 4,m in。只有严格执行国际民航组织及中国民航局的相关航空法规，才能提高驾驶员对飞行安全的把控。

3.3 建立混合起降尾流安全间隔

目前我国大多数机场是单跑道机场，但随着航空事业的不断发展，使用一条跑道混合起降的比率会逐渐增大，因此完善安全尾流间隔，设立混合起降尾流间隔至关重要。对于混合起降尾流间隔标准，国际民航组织与中国民用航空局的规定都有待进一步完善。在实际飞行中，根据不同情况，应建立不同的混合起降尾流安全间隔，当着陆前机尾流对起飞、后机影响不大时，可采用延迟起飞的方法。当前机起飞后机着陆时，要充分考虑侧风的影响，当正侧风＞3,m/s时，着陆后机一定要与起飞前机保持至少90,s的间隔时间。

3.4 起飞阶段翼尖尾涡规避策略

由于翼尖尾涡严重影响飞行安全，驾驶员必须采取一定措施来规避翼尖尾涡，尽可能避免穿越尾流区域。飞机处于翼尖尾涡上风位置最为安全，也就是说轻型飞机驾驶员应尽可能在中型或重型飞机飞行轨迹的上风位置。起飞阶段，若前机为中型机或重型机，后机应在起飞点之前抬前轮；离地爬升时，应保持高于前机爬升航迹的高度爬升，否则应转向前机飞行航迹上风方向，避开尾流；在目视飞行条件下，应避免在前机下方飞行。国内许多机场不止配备一条跑道，在这种跑道进行起降时一定要提前预防，采取转场或盘旋等待程序。在起飞阶段，应时刻注意前机带来的翼尖尾涡效应，采取及时有效的措施全面提升起飞安全。

3.5 着陆阶段翼尖尾涡规避策略

如果与中型机或重型机使用同一跑道落地，后机除高于前机最后进近飞行航迹外，还应在前机接地点前方接地。在使用平行跑道落地时，驾驶员既要考虑前机翼尖尾涡带来的影响，又要全面考虑飞行高度与航迹，此外还需密切关注接地点的精确位置。若前机为重型机且使用交叉跑道时，在两机航迹交叉部分，后机飞行航迹应高于前机进近航迹。通常情况下，为提供足够升力，中型机及重型机通常以较大迎角升空，若使用同一跑道，则后机应在前机起飞点之前接地；若前机在交叉点之前抬前轮，后机则应中止进近。在着陆阶段，驾驶员要时刻关注前机情况，同时观察跑道及滑行道情况，避免因翼尖尾涡带来的飞行事故。

4 结 论

通过分析前机尾涡对后机飞行安全的影响、涡流对飞机滚转的影响以及不同情况下飞行间隔保持规则，可以看出翼尖尾涡对飞行安全有很大影响。在日常飞行时，驾驶员要严格执行国际民航组织及中国民用航空局制定的混合起降尾流安全间隔，并在目视观察基础上加大飞行仪表及机载雷达的观测力度，以应对翼尖尾涡带来的危害。同时驾驶员还应不断提高驾驶水平，定期进行飞行培训，掌握应对紧急情况的技能，提升飞行安全系数。■

［1］ 何德富. 飞机翼尖尾涡对后面飞机飞行安全影响及安全措施[J]. 中国民航飞行学院学报，2005(1)：12-14.

［2］ 张德元. 尾涡衰减飞行试验[J]. 国外试飞，1992(2)：1-8.

［3］ 谷润平，徐肖豪，魏志强. 地面效应对尾涡消散的影响研究[J]. 中国民航大学学报，2009(3)：1-3.

［4］ 肖涛，代钦. Gurney襟翼对机翼地面效应气动特性和流动结构的影响实验研究[J]. 空气动力学报，2013(5)：572-578.

［5］ 安嵩君，刘长卫. 飞机尾涡对飞行安全的影响[J]. 飞行力学，2004(4)：69-72.

W ingtip Vortex on a Follow ing Airplane：An Influence Study and Exp loration for Prevention Strategies

XING Linlin，GAO Peixin
(Flying College，Binzhou University，Binzhou 256603，Shandong Province，China)

Wingtip vortex has a great impact on flight safety. Not only can it reduce the visibility of a follow ing airplane，but it also affects airplane operability and performance. Based on the formation mechanism of w ingtip vortex，near earth flow regularity and characters of a vortex core，this paper explains influences of w ingtip vortex on a follow ing airplane，including level flight influence，takeoff and landing influence and lateral control. Meanwhile，it comes up w ith specific strategies to prevent w ingtip vortex，for example，strict implementation of the ICAO wake flow separation standards by pilots，and building of a mixed takeoff and landing wake flow safe separation.

w ingtip；vortex；follow ing airplane；flight safety；prevention strategy

V211.41＋2

：A

：1006-8945(2015)03-0049-02

滨州学院2013年校级教学研究项目(BYJYWT201314)。

2015-02-05