航空器空中顛簸等級劃分標準應用研究

摘 要：本文將現有顛簸強度評定標準對比分析，重點介紹了渦流消散率的作用和應用。具有預報能力的渦流消散率、可以進行實時判斷的空速表和體感判斷以及進行事后數據分析的過載增量共同構成了航空器飛行中空中顛簸強度等級判定體系。隨著機載計算機性能的不斷提升，利用渦流消散率進行顛簸預報將是發展的趨勢。

關鍵詞：空中顛簸；顛簸強度；渦流消散率

中圖分類號：U8 文獻標識碼：A

通過近年的不斷努力，我國民航取得了長足的發展。2016年我國境內民用航空（頒證）機場共有218個（不含港、澳、臺），全年旅客吞吐量首次突破10億人次，完成101635.7萬人次，貨郵吞吐量1510.4萬噸，完成飛機起降923.8萬架次。

行業運行數據不斷提升的情況下，不安全事件也頻頻發生。其中空中顛簸目前已成為嚴重威脅飛行安全的主要天氣現象之一，對空中飛行秩序、飛機機體結構和旅客安全都有很大的影響，是民航飛行較難防范的安全隱患之一。對航空器空中顛簸進行有效處置乃至預測顯得尤為重要[ 1 ]。

1 顛簸的定義及危害

飛機顛簸是指飛機在飛行中遇到擾亂氣流，就會產生震顫、上下拋擲、左右搖晃，造成操縱困難、儀表不準的現象。經研究表明，飛機顛簸往往是由那些與飛機尺度相當的、無一定順序出現的那部分渦流造成，這種亂流稱為“飛機亂流”。輕微的顛簸會給飛行帶來困擾，嚴重的顛簸則會導致空難的發生[ 2 ]。

飛行上：輕微顛簸會給機組及乘客帶來不適，長時間的顛簸會造成飛行人員和乘客的緊張和疲勞，甚至危及安全。中度顛簸則會使飛機操縱困難，甚至失去操縱。嚴重顛簸甚至會損害飛機結構，減少發動機功率，造成嚴重后果。

服務上：顛簸情況下會暫停空中餐飲服務，乘客應按照指示不得隨意走動并系好安全帶，乘客的飛行感受很差，中度以上顛簸給乘客帶來的恐慌情緒也會影響客艙安全管理。因顛簸造成的航空事故會使旅客和機組受傷，會給航空公司帶來經濟損失和負面影響。

運行上：顛簸造成的航空器的主動、被動改變高度也給管制工作造成了極大的影響，航空器在顛簸情況下會出現高度忽然變化，航空器會選擇改變高度或航線，都會給附近的航空器帶來威脅。顛簸造成的大量飛行路徑及高度變化會使得管制員工作量激增，造成管制員工作負責增加和管制難度增加，進而影響到同一管制空域內的其他飛機。

2 現有顛簸強度分級標準

2.1 渦流消散率

根據國際民航組織附件3，國際上顛簸強度根據渦流消散率EDR（eddy dissipation rate）為指標來分類。

顛簸程度被分為以下4類：（見表1）

a.嚴重顛簸：當湍流指標在15-27之間（EDR峰值超過0.5）；

b.中度顛簸：當湍流指標在6-14之間（EDR峰值超過0.3）；

c.輕度顛簸：當湍流指標在1-5之間（EDR峰值超過0.1）；

d.無湍流：當湍流指標為0（EDR峰值低于0.1）。

2.2 過載增量

我國使用過載增量作為顛簸強度分級標準，該指標可以通過機載加速計進行測量，數據容易獲得。

2.3 空速表加體感

為了幫助飛行員快速、正確判斷顛簸強度，國際民航組織設計出一個定義表以供使用。

3 顛簸強弱判斷指標應用

現有的三個判斷指標分別是：渦流消散率、過載增量、空速表加體感。渦流消散率具有進行顛簸預報的能力，空速表加體感可以由航空器駕駛員進行實時判斷，過載增量則主要進行事后數據分析。三個指標共同構成了航空器空中顛簸強度等級判定體系。

通過空速表加體感來對顛簸強度進行判斷，是由駕駛員對航空器的速度變化進行監視，配合駕駛員主觀身體感受。主要是便于航空器駕駛員進行實時的顛簸強度識別，進而根據操作手冊采取相應的措施。

顛簸發生后航空器駕駛員要及時向管制員通報顛簸情況，管制員轉發后續飛機便于后續飛機做好準備或及時繞飛。但是相同的亂流對不同的機型、載重造成的顛簸不盡相同，后機只能進行推測。而顛簸區域隨著大氣運動可能發生漂移，總體來說前機顛簸情況對于后機參考價值有限。

過載增量是由機載計算機對飛機加速度變化進行計算和監控。通過計算亂流對本機造成的加速度變化來對顛簸強度進行判斷。由于駕駛員采用空速表加體感來判斷顛簸強度更為快捷和直接，所以航空器的過載增量數據主要是用于后期的航空器性能分析和飛行數據分析。該數據從QAR（飛機機載記錄系統中的快速存儲裝置）中導出。

渦流消散率（EDR）是描述湍流強度的一個重要參數，它代表了湍流內部熱能轉化為動能的程度，可以反映湍流的速度結構。EDR可由多普勒聲雷達、多普勒激光雷達、多普勒風廓線雷達、多普勒天氣雷達以及多普勒測云雷達等進行探測。渦流消散率表示的是該區域內渦旋此時的強烈程度。所以渦流消散率越大表明該區域湍流發展越劇烈。渦流消散率可以說是一個獨立衡量顛簸的參量。通過構建函數關系將EDR、飛機型號、重量、飛行高度、結構配置和飛行速度充分結合，可以得出相對于本機當前狀態下的顛簸強度數值。這就可以起到較好的顛簸預測作用。

全面的渦流消散率數據需要由多普勒激光雷達測出，但是多普勒激光雷達主要安裝在地面氣象觀測站。機載多普勒氣象雷達可以對含水汽的區域進行測量，通過計算可以向機組提供顛簸預報，仍舊可以實現在大多數飛行情況下向機組提供顛簸預報，具有極高的應用價值。已有航空公司開始嘗試使用此項技術。

4 結語

本文分析了現有的對于航空器空中顛簸強度評定的指標。對渦流消散率、過載增量、空速表加體感進行應用和實效性對比。著重對渦流消散率（EDR）進行分析，強調了基于渦流消散率的航空器空中顛簸強度預測能力。為加強民航運行安全，提升航空服務水平和質量提供有益的參考和建議。

參考文獻：

[1] 周林，黃超凡.近10年晴空湍流的研究進展[J].氣象科技，2015（01）.

[2] 陳華利.飛機顛簸的預報[J].四川氣象，1999，19（3）：32-33.

[3] 王永忠.大氣湍流對飛機顛簸的影響[J].西南交通大學學報，2006，41（3）：279-283.

作者簡介：袁江（1988-），男，山西朔州人，研究實習員，主要從事民航空管方向教學與研究工作。