关于尾流间隔问题的探讨

尹志峰

摘要：为了防止飞机在空中发生危险接近或者碰撞，国际民航组织对飞行中各种间隔做了详细的规定，包括了VFR飞行，IFR飞行，机场终端区飞行，航路飞行，进离场飞行等各个阶段。尾流间隔是其中一个非常重要的飞行间隔。它是基于经验的规定，相当大程度上保证了飞行安全，但是随着航班量的增加，加上各种航空技术的进步，使得人们不得不通过寻求减小许多间隔标准来满足航空运输的需求。本文旨在通过对尾流的形成及消散进行一个简要分析，然后列出目前国内外的通用尾流间隔标准，并对缩小尾流间隔技术进行展望。通过这些既有的技术和标准，得出缩小尾流间隔技术的重要性和前景。

关键词：管制；尾流间隔；飞机

1.尾流的形成

尾流的形成是飞機获得升力的同时形成的。由空气动力学可知当三维机翼产生升力的同时，下翼面的压强高于上翼面，在两个翼尖处的气流就会由下翼面绕过翼尖流到上翼面，同时仍具有相对向后流动的速度，结果是在两个机翼后方形成两个漩涡，漩涡中的气流一边旋转一边向后流动，并且两个漩涡的旋转方向相反。同时由于漩涡之间的诱导作用和重力原因，漩涡形成后一边旋转扩散，一边以一定速度下降，两个漩涡中心间距约为翼展的70-90%。在低湍流、较为稳定的大气中，尾涡在下降扩散的过程中中心间距几乎不变，而在低高度有侧风和地面效应的作用，则有变化。

2.尾流对飞行安全的具体影响

2.1 尾流的流场分布

通过查阅有关空气动力学资料，得出尾流形成的流场具体的分布特点，如下图

在两个尾涡中心点之间形成一个下洗区，而在外侧形成上洗区。结果是在飞机的两个翼尖之内形成了额外的下洗速度，在两个翼尖外侧产生了额外的上洗速度。得知这一流场分布规律后便可知道尾流对后面跟进飞机的具体影响了。如下图：

如图，假设有三架飞机A、B、C分别从图中所示的位置和方向进入尾流流场，分别代表三种典型的情况：横向穿越整个流场、纵向进入尾流的下洗区以及纵向进入尾流的中心区。首先，A机横穿整个流场的时候，首先受到流场外侧的上洗气流的抬升作用，到达尾涡中心区的时候，机头和机尾分别受到下洗气流和上洗气流的作用，产生纵向的俯仰运动。在通过中心区后，又立刻受到相反的下洗气流的下压作用，很快的，当A机继续再穿过另一个尾涡中心区后，又受到外侧的上洗气流的抬升作用，其结果是导致A机在短时间内突然出现大幅度的颠簸，机翼载荷发生突变，轻者使飞行操纵困难，旅客不适，重者可能导致机体结构破坏；当B机纵向进入尾流的下洗区是，将受到下洗气流的下压作用，这意味着B机在短时间内会突然的掉高度，这种高度的损失是不可预见的。如果是在高空飞行时，这种影响不大，并且有足够的高度裕度让飞行人员来重新调整和恢复；而在起飞和着陆阶段，出现这种掉高度的情况有可能是灾难性的；比如说在最后进近着陆阶段，飞机已经是处于低高度、低速度、低动力的状态，其机动能力相当小，一旦突然损失高度，几乎没有足够的时间和能力进行调整，很有可能低于最后进近航道上的超障高度而造成飞行事故；同样的，起飞阶段下洗气流会抵消飞机的爬升率，也会造成相似的后果。当C机纵向进入尾涡中心时，由于一边是上升气流一边是下洗气流，C机的两侧机翼会受到大小相同，方向相反的作用力，形成滚转力矩；这种滚转力矩将使飞机在短时间内产生大幅度的横滚。飞行实验表明，重型宽体机所形成的尾流流场十分强烈，当小型机不慎进入尾涡中心区时，很容易产生90度以上的滚转。而这种大幅度滚转是会严重掉高度，比B机的情况要严重的多，如果在进近过程中发生这种情况将是灾难性的后果。

2.2尾流的规避

尾流的强度是由产生尾流航空器的重量、速度和翼展决定。当航空器是重型、低速且光洁构型运行的航空器，此时尾流最强。实现表明，与产生尾流的航空器在相同高度或者其下900英尺（274.2m）以下不会遭遇尾流。因此，后面的航空器可以通过在前机的飞行轨迹上来避开尾流。

航空器的尾流行为特征，这将帮助飞行员想象到尾流的位置，从而采取规避措施。尾流最开始的下降率有经典的理论描述：下降率由产生尾流的航空器的重量、飞行速度和翼展决定，通常，涡流以300到500英尺每分钟的速率下降，持续约30秒时间。在飞行轨迹以下从500到900英尺之间，下降率继续减小最终接近0。在前机飞行轨迹的同一高度或者以上飞行是避免尾流的最好方法。保持1000英尺以上的垂直间隔，从前机飞行轨迹下方穿越前机也被认为是安全的。

在进近和起飞时，尾流下沉到飞行轨迹以下直到进入地面效应。此时，涡流下降速度减小且向两侧移动。通常，尾流的下降会停在距地面大约二分之一翼展高度（B747约50-100英尺）。在这个高度以下，尾流不会完全形成集中的涡流而且尾流中的涡流也被减弱。因此，湍流的高度减小，但是在接地区对航空器仍有影响。

2.3尾流的消散

尾流的消散过程是十分复杂的，而且受大气条件的影响。一、大气湍流对尾流产生粘性力。这些力将耗散尾流的能量，从而减小尾流的强度。尾流越重，消散的越快。（浮力、尾流的不稳定性）。

2.4目视尾流规避程序

同一跑道在更大航空器之后着陆，保持在最大航空器的最后进近飞行轨迹上或者上面。注意前机的接地点，如果跑道长度允许，在前机接地点更远处接地。

近距平行跑道，在更大航空器后着陆。考虑到尾流可能移动到落地跑道，保持在更大航空器最后进近的飞行轨迹上或者上面飞行。注意前机的接地点。

同一跑道，在一个比后机更大的起飞航空器后着陆。注意更大航空器的抬轮点。在前机抬轮点前着陆。

在更大航空器起飞后起飞。注意更大航空器的抬轮点。等待，不要开始起飞滑跑。除非抬轮点将在更大航空器抬轮点前。爬升到更大航空器上方。继续爬升到更大航空器的爬升轨迹以上，直到转弯无尾流后。避免随后的航向在前面更大航空器后面和下面穿越前机。

当在执行低高度进近、复飞、通场的重型航空器起飞或者着陆时，确保后机在起飞或者着陆前至少有2分钟的间隔。

3.尾流间隔标准

3.1 国际民航组织尾流间隔标准

在我国的尾流间隔标准中，额外增加了几条：

航空器在进行训（熟）练飞行连续起飞时，除后方航空器驾驶员能保证在高于前方航空器航径的高度以上飞行外，其尾流间隔时间应当在现行标准基础上加1分钟。

在正侧风风速大于3/秒时，起飞和着陆航空器之间的尾流间隔时间不得少于1分30秒，

混合起降尾流间隔：

1）前机着陆，后机起飞

基本无影响

2）前机起飞，后机着陆

从尾流特点知道，在静风或正侧风小于3m/s的条件下，前机起飞时产生的尾流沿跑道中心线向两侧扩散衰竭。因此，通常大家认为，前机起飞离地时着陆后机只要还未到决断高度即可给落地许可。只要着陆后机能正常落地，就不用考虑两机间尾流间隔了。但当正侧风大于3m/s时，即侧风大于尾流的侧移速度时，前机的尾流就可能被吹到后机的运动轨迹上，這时就产生了潜在的危险。因此，86号令规定此时起飞和着陆的航空器尾流间隔不得小于1分30秒

3）前机起飞，后机复飞

前机起飞，后机复飞后两机都应视为起飞飞行。此时尾流间隔标准就应采用起飞尾流间隔标准。因此在实际工作中，在考虑尾流间隔标准时，要考虑到这一情况的存在。

4.尾流间隔缩减技术

4.1 基于动态预测的尾流间隔缩减技术

由于ICAO的尾流间隔是基于经验制定的，缺乏理论基础，在大多数气象条件下都过于保守。而另一方面，尾流的消散和传输随气象条件不同而有很大变化。而且，即使相同的机型序列由于状态的不同，其最小尾流间隔标准可能就不一样，如长途飞行的B747，飞行重量大大减轻的情况下，产生的尾流情况肯定也不一样。因此，根据不同的条件预测尾流的消散和传输，就能够在多数气象条件下缩减尾流间隔。将此类尾流间隔缩减技术称为基于动态预测的尾流间隔缩减技术。

4.2 尾流告警系统（WVWS）

尾流告警系统（WVWS）是由DFS于20世纪90年代初在法兰克福机场开发的。法兰克福机场有两条平行跑道，25L和25R，因为尾流间隔而不能独立运行，限制着空港容量。WVWS首先用数理统计的方法对机场上空的风进行统计和预测。然后通过建立回归模型，预测进近航空器产生尾涡的扩散及侧向传输位置，基于预测数据，确定危险时间；最后，根据危险时间的不同，计算出预计尾涡最大运输距离，据此从三种备选的进近程序中提供最优选择，作为建议提供给管制员。

此外还有法国的间隔管理预测系统（SYGE），还有美国航天局开发的航空器尾涡间隔系统（AVOSS）

5.结论

随着尾流间隔研究的深入，结合实际情况，合理的修改尾流间隔标准，进行尾流间隔缩减的实际合理的运用。国内的研究者应根据综合国外先进的尾流缩减技术的理念和方法，结合我国国情进行深入研究，想必不就得将来，尾流缩减技术能够在国内各大机场实际运用，在保障安全的基础上，进一步提升空中交通效率。

参考文献

[1]徐肖豪，赵鸿盛，王振宇.尾流间隔缩减技术综述[J].航空学报，2010，31（4）：655-662.

[2]冯志勇.尾流对飞行的影响及安全间隔研究[D].成都：西南交通大学，2007.

[3]胡军，徐肖豪.空中交通中尾流间隔的研究[J].中国民航学院学报，2002，20（4）：1-5.

[4]周建华.飞机尾涡的危害与现状研究[J].民航经济与技术，1995，11：21-22.

[5]中国民用航空空中交通管理规则，P16-18

（作者单位：中国民用航空江苏空管分局）