機載高頻通信系統沉積靜電科目試飛研究

郭丞

摘 要：沉積靜電放電產生的高頻電磁輻射會對機載電子設備尤其是高頻通信系統設備產生干擾。在沉積靜電環境下的機載高頻通信系統科目試飛在國內民機試飛領域尚屬首例，也無相關經驗方法可以參考。本文通過研究咨詢通告AC25-7推薦的試飛氣象條件（高卷云、干燥的雪、沙塵暴），詳細敘述了高頻沉積靜電試飛科目的背景和沉積靜電的原理，介紹了高卷云氣象的定義、產生和類型，結合了機載氣象雷達的顯示條件和地面氣象臺站預報的天氣情況，以我國民機試飛現有條件和實際情況為出發點，摸索總結出一套符合要求而又切實可行的試飛方法，為未來民機試飛實踐提供具體指導。

關鍵詞： HF，高頻，沉積靜電，放電，（高）卷云，氣象雷達，氣象臺站，試飛

中圖分類號：TM89 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

1概述

民機高頻通信系統沉積靜電科目試飛，在波音和空客的成熟機型上，均是按照咨詢通告AC25-7中建議進行的。本文結合AC25-7的氣象條件要求和國內民機試飛的具體情況，研究符合國內民機試飛實際的試飛方法。

2高頻沉積靜電試飛科目背景

咨詢通告AC25-7《運輸類飛機合格審定飛行試驗指南》中規定：第六章設備第一節總則170.功能和安裝-25.1301條款b.程序-通信（2）HF系統（ii）應考慮沉積靜電的影響。這種類型的靜電通常是在高卷云、干燥的雪、沙塵暴區域中出現。

高頻通信系統沉積靜電科目的另外兩種氣象：干燥的雪、沙塵暴氣象，相對來說更為罕見，因此建議使用（高）卷云作為高頻通信系統沉積靜電科目的氣象條件。

3高頻沉積靜電的原理

沉積靜電是指飛機因與云中質點（水滴、雪、霰、冰雹）或塵埃等大氣微粒碰撞而沉積于飛機表面的靜電。其充電電流，決定于質點濃度、質點帶電量、飛機速度和有效撞擊面積沉積的靜電最多，飛經高卷云、干燥的雪、沙塵暴時沉積的靜電最多。

當飛機表面曲率半徑較小的尖端突出部位及邊緣達到空氣擊穿電壓，就會發生電鰻式放電或電火花、打閃和響亮的爆炸。因空氣絕緣強度隨高度減小，在較高高度上空氣擊穿電壓值減小，可在較低電壓下產生電暈。

沉積靜電所產生的放電產生高頻電磁輻射，對機載電子設備產生干擾，嚴重時可使高頻通信聯絡中斷。

4卷云氣象基本信息

4.1簡介

圖1 卷云

卷云，分離散開處呈白色細絲狀，或白色（或主要是白色）碎片狀或窄條狀的一種基本云型。

卷云是高云的一種，是對流層中最高的云，平均高度超過6000公尺。所以清晨當太陽還沒有升到地平線上或傍晚太陽已下山后，光線都會照到這種孤懸高空而無云影的卷云上，經過散射后，顯現出漂亮的紅色或橘紅色的霞象，在夏日的晴空中十分常見。

4.2產生

卷云產生的高度很高，屬于高云族，云底高度為4500～10000m，有時也可高達17000m或低至20000m以下。在這樣的高度上，空氣溫度很低且水汽很少，云由細小且稀疏的冰晶組成，故比較薄而透光性較好，潔白而亮澤，常具絲縷結構。卷云因為云層太高，即使生成小水滴，下降過程中很容易蒸發，不會抵達地面，故在地面上不會感到下雨，象征一整天都會是晴朗的好天氣。

4.3類型

根據外形結構特征，卷云可分為毛卷云、密卷云、鉤卷云、偽卷云四類。

圖2 云的分類

卷云屬于高云的一種，云的分類中并未對高卷云做出定義。由此可推斷，所謂高卷云，不過是對卷云屬于高云族屬性的描述。高卷云也就是卷云，兩者并無差異。而且廣義的卷云更是卷云、卷層云、卷積云的總稱，也就是高云。

5機載氣象雷達

機載氣象雷達可提供降雨和地圖顯示，但并不能顯示云（包括卷云等）的氣象信息，機上也無其他設備可以提供實時的有關云的氣象信息。以機載RTA-4118氣象雷達系統為例，其主要為機組人員提供陀螺穩定的四色（綠、黃、紅和洋紅）降雨顯示。四色用來表示遞增的降雨量，洋紅色表示每小時增量為2英寸或更大。氣象雷達系統提供路徑衰減補償（PAC）告警，指示未知降雨量區域，并能抑制地面雜波。氣象雷達系統還可提供飛機前方的地圖顯示。由于機載設備不能直接提供云的信息，試飛氣象條件應該提前由地面氣象臺站實時獲得。

6地面氣象臺站

一般試飛氣象站預報天氣的幾大因素為：云（云量、云狀、云高）、能見度、天氣現象（風、雨、雪、霧、霾等等），其他非常規預測包括氣溫、場溫、場壓（視具體情況而定）。除了每天的總體氣象情況預報，還有每個小時的預測表以便觀察時刻發生的氣象變化。

對于云的預報格式通常為云量+云狀+云高，一個典型的云的氣象預報的例子為：6-9個量的卷云5-7千米。一般云量小于5個單位的晴朗天氣會預報為碧空。云量大于等于6的云一般足夠試飛使用，覆蓋范圍往往綿延幾百公里。云狀是指云的種類，比如說高層云、高積云、卷云等等。預報云高是基于云底高度，通常在預報卷層云和卷積云的時候，其上方也都會伴有卷云，且高云所屬的各個云種（卷云、卷層云、卷積云）可以互相轉化，這也是為什么每個小時都需要詳細的氣象預報。

統計結果表明，卷云通常在晴朗的好天氣出現，而且在夏季和秋季并不少見。預報的卷層云和卷積云的天氣約占所有對于云的預報的氣象條件的50%左右。因此，（高）卷云的氣象條件嚴格意義上不算是特殊氣象，對于試飛沉積靜電科目非常有利。

7試飛方法綜述

由于氣象條件處于實時的動態變化當中，需要將高頻沉積靜電試飛科目作為常備科目，掛在試飛任務單上以便依據天氣情況決定是否試飛。綜合各方面的因素考慮，建議的試飛氣象：預測為大于等于6個量的卷云（或者卷云高積云），高度大于4500m。具體操作為：飛行過程中，飛行員目擊云層后，駕駛飛機穿越摩擦云層，依據預先給定的頻點和工作模式進行高頻通信，驗證通話是否正常清晰，是否對其他電子設備無干擾。

參考文獻

[1] 百度百科卷云、沉積靜電詞條.

[2] 張燕光.中國民航出版社.航空氣象學，2014.06.01，

[3] 張培昌，杜秉玉，戴鐵丕.雷達氣象學，氣象出版社，2001.1，

[4] 王天順，劉樹斌，呂朝暉.飛機設計.飛機靜電環境特性研究，2008年06期.