雷雨后，飛機為什么在跑道上排長隊

秋天，是大自然打翻調色盤的多彩時節。國慶假期，很多人選擇乘坐飛機旅行，一覽祖國的大好河山。如果不巧趕上雷雨大風天氣，為保障飛行安全，飛機往往無法按照原定計劃起飛。天氣好轉后，大量飛機在機場的滑行道上排起了大長隊。焦急等待的乘客會發現，前序航班起飛后過了好幾分鐘，后機才不緊不慢地滑跑起飛，真是讓人心急啊。善于思考的你們一定會想，為什么不讓后機緊跟前機起飛，以縮短排隊等待的時間呢？

別急，事情要從2001年11月12日的美國航空587號班機空難說起。

當天上午9時14分，美國航空的一架空客A300-600R客機，從紐約肯尼迪國際機場起飛，2分鐘后在紐約市皇后區附近的貝爾港墜毀，造成機上251名乘客、9名機組成員及地面5位居民，共265人罹難。這是美國境內傷亡情況排名第二的空難。

美國國家運輸安全委員會的調查報告顯示，在前序航班日本航空公司的波音747-400飛機起飛約1分40秒后，這架A300即從同一跑道起飛，由此進入前序飛機的尾渦，導致垂直尾翼在承受巨大壓力后整體脫落，飛機隨即失速墜毀。

尾渦是什么？

當機翼產生升力時，下翼面的壓強高于上翼面的壓強，在翼尖處的氣流就會由下翼面繞過翼尖流到上翼面，進而繞卷產生兩個旋轉方向相反、強度相近的旋渦。這一對從飛機機翼的翼尖處脫出、呈喇叭狀向后延伸的翼尖渦，就是尾渦。氣流在尾渦中呈螺旋狀，邊旋轉邊向下游運動。這對翼尖渦脫落后不斷旋轉著向下沉降，兩個旋渦的中心間距約為翼展的70%～90%。飛機從起飛離地到降落的整個飛行過程中都會產生尾渦。

尾渦強度與什么有關？

尾渦的旋轉強度和飛機的起飛重量成正比。也就是說，飛機的起飛重量越大，其拖出的尾渦的旋轉強度也就越強，對后機產生的尾渦撞擊作用就越明顯。而后機如果恰好比前機小得多、輕得多，后機的處境就很危險。

尾渦為什么會給飛機飛行帶來危險？

飛機起飛后，其拖出的尾渦可以在跑道上空持續演化一段較長的時間。如果后起飛的飛機飛入前機的尾渦影響范圍，就會發生尾渦遭遇事件。此時，由于尾渦導致空氣劇烈旋轉運動，后機會受到額外的滾轉力矩和俯仰力矩，升力也會發生低頻抖動，致使飛機產生顛簸、橫滾、下沉等現象。如果此時飛行員或飛行控制系統應對不當，極易發生飛行安全事故。因此，尾渦遭遇事件被視為影響飛機起降安全的主要飛行風險之一。

尾渦這么危險，可以避免嗎？

答案是不可以。尾渦是飛機產生升力必須付出的代價，因此無法避免。幸好，在空氣黏性的作用下，尾渦的旋轉能量也會隨時間流逝逐漸消散，使得尾渦撞擊作用的強度逐漸減弱，這就是后機需要等待足夠長的時間才能從跑道上起飛的原因。

怎樣消除尾渦的壞影響？

在空管術語中，把后機起飛的等待時間稱為尾渦間隔時間。為保證飛機在起飛過程中不受尾渦的影響，國際民航組織和我國民用航空局都制定了嚴格的尾渦間隔標準，即按照前后機的起飛重量，規定起降間隔的最短時間。

如果可以縮短尾渦間隔時間，就能有效提高跑道的利用率，從而增大機場的吞吐量，這對于繁忙的北京、上海、深圳等地的機場有著重要意義。但是，在民航運輸業中，安全永遠排在效率之前，縮短尾渦間隔時間，必須以確保不發生尾渦遭遇事件為前提。

我國有什么先進舉措？

我國民用航空局于2019年發布了《中國民航航空器尾流重新分類方法與間隔標準》（RECAT-CN），有效縮短了以前的尾渦間隔時間，并且已在北京、上海等地的12個主要機場推廣應用。北京航空航天大學、上海交通大學、中國民航大學等高校的科學家正在研究新的尾渦穩定性理論，設計新的翼梢小翼構型，以期找到加速尾渦衰減的新辦法。相信不久的將來，同學們乘坐的飛機就不用在雷雨過后，在機場跑道上排長隊啦！

（月和葉摘自《問天少年》2023年第11期，本刊節選，視覺中國供圖）