雷雨后，飞机为什么在跑道上排长队

秋天，是大自然打翻调色盘的多彩时节。国庆假期，很多人选择乘坐飞机旅行，一览祖国的大好河山。如果不巧赶上雷雨大风天气，为保障飞行安全，飞机往往无法按照原定计划起飞。天气好转后，大量飞机在机场的滑行道上排起了大长队。焦急等待的乘客会发现，前序航班起飞后过了好几分钟，后机才不紧不慢地滑跑起飞，真是让人心急啊。善于思考的你们一定会想，为什么不让后机紧跟前机起飞，以缩短排队等待的时间呢？

别急，事情要从2001年11月12日的美国航空587号班机空难说起。

当天上午9时14分，美国航空的一架空客A300-600R客机，从纽约肯尼迪国际机场起飞，2分钟后在纽约市皇后区附近的贝尔港坠毁，造成机上251名乘客、9名机组成员及地面5位居民，共265人罹难。这是美国境内伤亡情况排名第二的空难。

美国国家运输安全委员会的调查报告显示，在前序航班日本航空公司的波音747-400飞机起飞约1分40秒后，这架A300即从同一跑道起飞，由此进入前序飞机的尾涡，导致垂直尾翼在承受巨大压力后整体脱落，飞机随即失速坠毁。

尾涡是什么？

当机翼产生升力时，下翼面的压强高于上翼面的压强，在翼尖处的气流就会由下翼面绕过翼尖流到上翼面，进而绕卷产生两个旋转方向相反、强度相近的旋涡。这一对从飞机机翼的翼尖处脱出、呈喇叭状向后延伸的翼尖涡，就是尾涡。气流在尾涡中呈螺旋状，边旋转边向下游运动。这对翼尖涡脱落后不断旋转着向下沉降，两个旋涡的中心间距约为翼展的70%～90%。飞机从起飞离地到降落的整个飞行过程中都会产生尾涡。

尾涡强度与什么有关？

尾涡的旋转强度和飞机的起飞重量成正比。也就是说，飞机的起飞重量越大，其拖出的尾涡的旋转强度也就越强，对后机产生的尾涡撞击作用就越明显。而后机如果恰好比前机小得多、轻得多，后机的处境就很危险。

尾涡为什么会给飞机飞行带来危险？

飞机起飞后，其拖出的尾涡可以在跑道上空持续演化一段较长的时间。如果后起飞的飞机飞入前机的尾涡影响范围，就会发生尾涡遭遇事件。此时，由于尾涡导致空气剧烈旋转运动，后机会受到额外的滚转力矩和俯仰力矩，升力也会发生低频抖动，致使飞机产生颠簸、横滚、下沉等现象。如果此时飞行员或飞行控制系统应对不当，极易发生飞行安全事故。因此，尾涡遭遇事件被视为影响飞机起降安全的主要飞行风险之一。

尾涡这么危险，可以避免吗？

答案是不可以。尾涡是飞机产生升力必须付出的代价，因此无法避免。幸好，在空气黏性的作用下，尾涡的旋转能量也会随时间流逝逐渐消散，使得尾涡撞击作用的强度逐渐减弱，这就是后机需要等待足够长的时间才能从跑道上起飞的原因。

怎样消除尾涡的坏影响？

在空管术语中，把后机起飞的等待时间称为尾涡间隔时间。为保证飞机在起飞过程中不受尾涡的影响，国际民航组织和我国民用航空局都制定了严格的尾涡间隔标准，即按照前后机的起飞重量，规定起降间隔的最短时间。

如果可以缩短尾涡间隔时间，就能有效提高跑道的利用率，从而增大机场的吞吐量，这对于繁忙的北京、上海、深圳等地的机场有着重要意义。但是，在民航运输业中，安全永远排在效率之前，缩短尾涡间隔时间，必须以确保不发生尾涡遭遇事件为前提。

我国有什么先进举措？

我国民用航空局于2019年发布了《中国民航航空器尾流重新分类方法与间隔标准》（RECAT-CN），有效缩短了以前的尾涡间隔时间，并且已在北京、上海等地的12个主要机场推广应用。北京航空航天大学、上海交通大学、中国民航大学等高校的科学家正在研究新的尾涡稳定性理论，设计新的翼梢小翼构型，以期找到加速尾涡衰减的新办法。相信不久的将来，同学们乘坐的飞机就不用在雷雨过后，在机场跑道上排长队啦！

（月和叶摘自《问天少年》2023年第11期，本刊节选，视觉中国供图）