雷暴单体和下沉气流对直升机飞行安全影响研究

摘要：在直升机飞行过程中，遭遇极端天气会对飞行安全带来严重影响。特别是在夏季，雷暴和下沉气流会使直升机发生颠簸，操控变得困难，严重情况下因为失控的发生飞行事故。通过探究雷暴单体和下沉气流的形成机理，提前制定科学的应对措施，从而保障直升机飞行安全。

关键词：直升机；雷暴单体；下沉气流；飞行安全

雷暴会产生较强的紊乱气流，雷雨区内乱流的速度最高可达60m/s，导致直升机发生严重颠簸。在夏季强对流天气下，雷暴还会产生冰雹，也会导致直升机的空气动力性能降低。在直升机起飞或降落阶段，下沉气流会导致直升机速度失控，出现突然上升或垂直下降等危险情况，如果飞行员的飞行经验较少，很有可能无法快速飞出危险区，面临的安全风险也会大幅度增加。近年来，直升机在环境监测、抢险救灾、林业种植等多個领域得到了应用，探究雷暴单体和下沉气流环境下直升机的安全飞行措施，具有重要应用价值。

1 雷暴单体对直升机飞行安全的影响

1.1 雷暴单体的发生过程

雷暴单体从出现到消失，可以将其分为三个阶段，且每个阶段对直升机飞行安全的影响不同。（1）发展阶段，这一时期积云逐渐形成，但是并不是所有的积云都能发展为积雨云，通常不会产生强烈的气流，对直升机飞行的影响较小；（2）成熟阶段，前期会产生较强的上升气流，低空空气在上升气流的带动下，会上升到高空。低空空气在高空遇冷后，凝结成水滴。当水滴聚集到一定密度后，形成降水。雨水下降会对附近空气产生拉动作用，此时上升气流转变为下降气流。在气流转换过程中，会对直升机的稳定飞行造成很大影响。另外，在这一阶段还会伴随有闪电、冰雹，也会影响直升机的飞行安全。（3）消散阶段，下降气流降至低空后，向两边扩散。虽然扩散过程中还会产生上升气流，但是强度不大，气流最终消散。

1.2 雷暴单体对直升机飞行的影响

（1）飞机颠簸。成熟阶段的雷暴云，内部产生的最强气流可达60m/s，这些气流与直升机的飞行方向垂直，会导致直升机发生上下颠簸。如果飞行员的飞行经验较少，不仅会导致飞行不稳，还有可能出现失控。（2）冰雹。冰雹主要在5000米9000米高空形成。直升机飞行过程中遭遇冰雹，机翼、尾翼、雷达罩、挡风玻璃等位置都会受到冰雹击打。冰雹从高空下落过程中，受重力加速度的影响，下降速度不断加快，一些较大的冰雹甚至会导致机身发生倾斜、摆动，直升机的空气动力性能降低，严重情况下还会引发飞行事故。（3）雷击。两块雷雨云撞击后会产生雷电，直升机在雷区飞行时，像机翼、机身等主要由金属材料构成的部位，有较大概率遭受雷击。另外，雷击产生的瞬时电流高达上万安培，还会对直升机内部的电子设备产生干扰影响，电子设备不能正常运行，导致直升机失控。

1.3 飞行过程中应对雷暴的措施

首先，飞行员每次飞行前，都要通过气象员了解当天飞行区域的天气状况，如果天气预报显示有发生雷暴的风险，则需要提前对雷暴的发生范围、移动方向、经过位置等进行判断，在执行飞行任务时，尽量避免这些区域，从而保障飞行安全。其次，飞行过程中遭遇雷暴，应当通过调整飞行路线、空中等待或是返航等措施，规避雷暴危害影响。飞行员可以采用目测方式，如果雷暴云分散，且两块雷暴云的间距超过12km，则可以从雷暴云中间穿过；反之则需要从一侧绕行。如果雷暴强烈，且伴随频繁闪电，不适宜继续执行飞行任务，需要立即返航。

2 下沉气流对直升机飞行安全影响

雷暴发生过程中容易形成下沉气流，雨水从高空降落时，对周边空气产生下拉作用，形成了下沉气流。在下沉过程中，气流不断吸收水平动量，到达低空时形成速度较快的微下冲暴流。

2.1 下沉气流的特点

下沉气流在垂直方向上的运动速度会发生剧烈变化，尤其是在接近地面时，会产生较强的冲击力。受到地面阻挡后，下沉气流沿着中心线向两侧分散，形成向上卷曲的外流。在近地面，下沉气流还会创造出气压分布不均的气压峰值区。直升机遭遇下沉气流后，飞行员为了保证飞行高度和前进速度，必然会加大油门，让直升机获得一大更大的水平飞行力。在抬升阶段，直升机突然飞出下沉气流区，此时直升机会以较大速度攀升，容易造成失控。

2.2 飞行过程中应对下沉气流的措施

首先，下击暴流造成飞行事故中，其气象雷达回波都有一个共同待点，这共同特点就是所谓的尖头回波。尖头回波是雷达在监视对流天气回波过程，回波连续性快速移动过程形成一个很明显的尖头，这尖头回波实质是孕育着一个下击暴流单体，有多少个尖头回波就意味着有多少个下击暴流单体。因此，雷达跟踪监测是保证飞行安全的必要措施之一。其次，对机场一定区域范围内出现或预报将要出现雷暴、飑线等强对流性天气，气象部门应向有关部门发出危险天气警报，如果此时尚未起飞，应当由指挥人员作出全面分析后，决定是否继续执行飞行任务，在未获得飞行许可后，不可起飞；如果是飞行过程中突然遭遇下沉气流，飞行指挥员应向飞机发出本场天气危险警报，在必要时可暂时关闭机场。最后，对于一些缺乏飞行经验的飞行员，要及时开展关于下沉气流形成原因和危害的培训，让飞行员能够掌握复杂天气状况下灵活应对和安全驾驶的方法。另外，有条件的地区，还可以开展模拟演练，通过模拟下沉气流让飞行员能够做到临危不乱，利用专业知识应对险情，尽快飞出危险区域。

3 结语

直升机飞行过程中，会遭遇到复杂的天气状况，如果飞行员不能对各类复杂天气状况做到灵活、专业的处理，可能会引发飞行事故。在各类天气状况中，雷暴单体和下沉气流是比较常见且危害较大的两种极端天气。飞行员一方面要熟练掌握雷暴单体、下沉气流的形成机理、产生危害，能够在飞行过程中做到及时、准确判断；另一方面又要在日常训练中提高对这两种天气状况的应对能力，在遇到险情后可以进行灵活应对，保障飞行安全。

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作者简介：陈旭（1990），男，河南开封人，本科，助理工程师，主要从事直升机气象预报工作。