尾流间隔的应用研究

刘芳

民航东北空管局管制中心，辽宁 沈阳 110043

尾流间隔的应用研究

刘芳

民航东北空管局管制中心，辽宁 沈阳 110043

本篇论文着重分析了ICAO，FAA和我国的尾流间隔标准，通过比较了解我国尾流间隔标准的特性，考虑了影响空中交通管制员做出决策的影响因素，从中国民航的现状出发，最后提出了针对不同情况的尾流间隔体系的应用方法的建议，提出了尾流间隔的规避策略，为管制员提供了动态的尾流间隔应用的管制建议。

空中交通管制；尾流间隔；消散

文献识别码：A

Air Traffic Control； Wake Turbulence Separation；Decay

飞机因其升力面的上下压力差都会形成翼尖涡并发展成为尾流，其特征为大尺度、高能量旋流，强度与飞机起飞重量成正比。当飞机误入前面飞机的尾流区时，轻者会出现机身抖动、下沉或上仰、瞬间飞行姿态改变，重则导致发动机喘振、停车，甚至机身翻转等现象，如果处置不当就会发生飞行事故，造成社会财产的损失。关于尾流紊流对安全经济方面的影响，遵守国际民航组织的现行间隔标准限制了机场和航路的容量。

尾流间隔是影响机场终端区流量的主要因素，本文将基于尾流对飞行的影响及尾流安全间隔,提出提高机场终端区容量和促进安全的建议。本文通过运用空气动力学相关理论和试验数据模拟计算的方法,分析尾流的各种属性及对飞行的影响。提出在起飞、进近、着陆灯飞行阶段尾流间隔标准的运用方法和注意事项;针对现行最小尾流间隔标准,提出相应的应用建议。内容包括:简单地介绍一下本课题的研究内容和方向,然后对尾流形成的原因、尾流的属性以及其对后机的影响进行详细的分析;对比ICAO及中国的最小尾流间隔标准,提出在实际工作中如何运用和把握混合起降尾流间隔标准,为管制员提供一个实用的放飞间隔判断辅助方案;针对现行最小尾流间隔标准的不足之处,提出几条改进尾流间隔标准应当遵循的准则。

1 尾流间隔的应用

1.1 雷达标准和非雷达标准的比较分析[1]

由于现代的一、二次精密进近雷达能够提供准确的飞机的位置、速度和高度等信息，雷达间隔标准则要简单明了得多;而且其相对间隔距离要小一些，尤其是当轻型机跟在重型机后面的时候最为明显，例如:前机是波音747，其进近速度为150海里/小时，后机为一架Cessna的轻型机，当实施的是程序管制间隔时，最小尾流间隔标准是3分钟[7]，以前机的进近速度计算得到等价的距离间隔值为7.5海里，比雷达管制提供的最小尾流间隔标准5海里大得多。现在世界上大多数国际机场的终端区均配备了精密进近雷达，实施雷达管制、提供雷达引导服务。例如美国和西欧早在70年代就已经开始在终端区实施雷达管制服务;如果在这些交通繁忙的机场使用非雷达间隔，将会大大减小机场容量，而且也只有在这些雷达管制下交通繁忙的机场里，尾流最低间隔标准问题才会显得如此的突出和重要;相反的，在那些较为空闲的机场环境下，几乎不会因为尾流危险遭遇问题造成机场终端区容量减小，原因很简单，因为有着足够空闲的空间和时间可加以利用。

大多数的ICAO的成员国均采用PANSATM, Doc4444的尾流间隔标准，中国使用的尾流间隔标准也是同ICAO的一致;但是英国和美国等少数几个航空大国在多年本国实行运行经验和研究工作的基础上，使用的尾流间隔标准与ICAO的标准略有不同。

1.2 尾流标准与空中交通管制中其他标准的分析

尾流间隔标准与空中交通服务中所规定的其他标准如:纵向间隔标准，侧向间隔标准以及飞行高度层的配备等等差别很大，具体原因可以分为以下几个方面:

首先，尾流间隔标准与其他间隔标准的适用空间范围不一样。尾流间隔标准只在机场终端区的飞机起飞爬升阶段和最后进近着陆阶段适用，在这个空间范围内，飞机的速度变化范围大，但绝对数值小、飞机外形变化大(如:落地时飞机由光洁外形转换为起落架放下、襟翼放下的着陆形态; 而起飞过程则正好相反); 而纵向间隔、侧向间隔标准主要是用于飞机巡航飞行阶段，还包括部分起始进近阶段及起飞后的上升阶段: 在这个空间范围内，飞机的速度变化范围小，其绝对数值大，机体外形几乎不发生变化，都是光洁外形。

其次，正是由于活动的空间范围的不同，才使得各种间隔标准的侧重点不同。侧向、纵向间隔标准以及垂直间隔标准主要关心的是如何让两架飞机在空中相撞的危险性尽可能地降低，使之符合一个安全的概率水平。它们常常重点研究的是导航设备误差引起的飞机在空中的定位容差，而很少去考虑飞机所产生的尾流强度在巡航飞行中会不会对其他的飞机造成影响，从实际的飞行来看，意义也的确不大。与此相反的是，尾流间隔标准必须考虑在起飞、进近着陆阶段前机形成的尾流强度是否会对后机的正常飞行造成影响:由于在终端区内，现代一次和二次精密进近雷达完全可以对区域内起飞、落地的飞机进行精确的定位，其高度、位置、速度、航向等等数据信息要比巡航飞行要准确得多，所以很少去考虑和研究两架飞机相撞的情形;最坏的情况是后面跟进的小型机由于间隔问题进入前面重型机的尾涡造成急剧滚转失事或机身结构损坏而失事。

再者，在确定间隔标准时所考虑的参数也不一样;对纵向间隔、侧向间隔及垂直间隔标准，其主要的影响参数包括航空器的速度大小、飞行高度差、航路结构、两机的飞行轨迹构型等等，几乎不用考虑天气变化的影响;在尾流间隔标准的主要影响参数中，飞机速度的大小同样是考虑的内容;但同时机型最大起飞重量、跑道的构型及跑道的使用方式以及近地面层大气环境的影响都是不得不同等的加以研究的。

正是有了如此多的差异和不同，使得对侧向、纵向间隔及垂直间隔标准的研究和对尾流间隔标准的研究而相差甚远;从60年代起出现的Rich模型及相关的理论，经过不断地完善可以很好的用于前者的间隔标准的修改和制定:而对于后者，目前世界上还没有一个公认的成熟的尾流间隔模型:尤其是涉及大气条件的限制，如尾涡的形成与消散机理以及对机翼的作用力的分析非常复杂，还需要进一步的研究。

上文讨论了我国尾流标准的特性，对尾流间隔有了较全面的认识。但是这还不够，间隔标准只有在被运用得当时才能体现该体系的价值。空中交通管制员运用尾流间隔时，只是熟知数字是不够的，还应当能使用专业知识判断如何将遭遇尾流的可能性降到最小。在操作性上，由于尾流不可见，造成尾流规避的困难性，这一点对管制员和飞行员的素质都提出了要求。要尽量不受尾流影响，保证飞行安全，管制员和飞行员必须依靠其专业知识和对尾流的特性的了解，在大脑中形成尾流的情形，才能使得间隔标准的效用最大化。结合飞机性能，适合于不同的尾流遭遇程度，选择适用的尾流标准，具体情况具体处理，严格遵守安全保障程序，帮助飞行员通过不断调整其操作或改变飞行航迹来躲避尾流的影响[2]。针对全球正在服役的多数机型，考虑可能预见的情况，我们制定了相关的尾流预防和规避策略，作为管制员预判尾流遭遇情形[3]和已经遭遇尾流时飞行员的操作参考。同时，为更好地应用好尾流间隔标准，提出了一些对管制员的专业素质上的要求。

2 尾流的预防和规避策略

2.1 在同一跑道上追随一架较大型飞机着陆的标准和策略

管制员注意实施的非雷达尾流间隔最小标准 (雷达标准在此省略1):

a) 中型航空器于重型航空器2之后——2分钟；若前机为A380-800机型，后机为中型机——3分钟；

b) 轻型航空器于中型或重型航空器之后——3分钟;若前机为A380-800机型，后机为轻型机——4分钟。

规避策略:

(1) 保持在较大型飞机最后进近飞行航迹的上方。

(2) 注意较大型飞机接地点的位置。

(3)在跑道长度允许的范围内，尽量在接地点前方着陆。

(4)如果不能安全地在接地点前方着陆，立即复飞。

2.2 间距小于2500米的平行跑道上跟随一架较大型机着陆的策略

管制员注意实施的非雷达尾流间隔最小标准(雷达标准在此省略 ) :

a) 中型航空器于重型航空器之后——2分钟。

b) 轻型航空器于重型或重型航空器之后——3分钟。

规避策略：

(1) 考虑可能的尾流飘散影响到平行跑道。

(2)保持在较大型机最后进近航迹的上方。

(3) 注意较大型机的接地点。

2.3 交叉跑道上的跟随较大型飞机着陆的策略

管制员注意实施的非雷达尾流间隔最小标准(雷达标准在此省略) :

a) 中型航空器于重型航空器之后——2分钟。

b) 轻型航空器于重型或重型航空器之后——3分钟。

规避策略：

(1) 垂直或从侧方穿越较大型机的飞行航迹时应当保持在较大型机最后进近航迹的上方。

(2) 如果发现不安全现象，立即复飞。

2.4 在同一条跑道上跟随较大型飞机起飞后着陆的策略

管制员注意实施的非雷达尾流间隔最小标准(雷达标准在此省略) :

a) 中型航空器于重型航空器之后——2分钟。

b) 轻型航空器于重型或重型航空器之后——3分钟。

规避策略：

(1)注意较大型机在跑道上的抬前轮点。

(2)在抬前轮点之前飞机接地，否则直接选择复飞。

2.5 在交叉跑道上较大型机后起飞后着陆策略

管制员注意实施的非雷达尾流间隔最小标准(雷达标准在此省略) :

a) 中型航空器于重型航空器之后——2分钟。

b) 轻型航空器于重型或重型航空器之后——3分钟。

规避策略：

(1)注意大型机抬前轮点，如果抬前轮点在交叉跑道之后，则可以继续进近，且着陆点应在跑道交叉点之前。

(2)如果大型机抬前轮点在跑道交叉点之前，应该保证飞机在大型机飞行航迹的上方，，除非能够保证在到达跑道交叉点之前接地，否则放弃进近。

2.6 较小型机在大型机后离港的策略

管制员注意实施的非雷达尾流间隔最小标准(雷达标准在此省略)：

2分钟的最低标准适用于在重型航空器之后起飞——轻型航空器之间或用于在重型航空器之后起飞的一轻型航空器之间 ， 并且这些航空器均在使用;

a) 同向跑道;

b) 间隔小于760米的平行跑道;

c) 交叉跑道，当第二架航空器的预计飞行航径将与第一架航空器的预计飞行航径在相同高度或低于300米(1000米)处交叉时;

d) 间隔大于760米的平行跑道，当第二架航空器的预计飞行航径将与第一架航空器的预计飞行航径在相同高度或低于300米(1000米)处交叉时。

注：当前后起飞离场的航空器分别为A380-800机型和中型机、A380-800机型和轻型机时，其非雷达间隔的尾流间隔时间不得少于3分钟；当前后起飞离场的航空器分别为A380-800机型和其他重型机时，其非雷达间隔的尾流间隔时间不得少于4分钟。

3分钟最低间隔标准适用于在一重型航空器值后起飞一轻型或中型航空器之间或适用于在一中型航空器之后起飞一轻型航空器之间，且起飞于:

a) 一同向跑道的中部。

b) 间隔小于760米的平行跑道的中部。

注：当前后起飞离场的航空器分别为A380-800机型和中型机、A380-800机型和轻型机时，其非雷达间隔的尾流间隔时间不得少于4分钟。

规避策略：

(1)注意较大型机抬前轮点的位置。

(2)多等待一段时间，不急于滑跑，除非确定本机的抬前轮点在前机之前。

(3)爬升时避开大型机的尾流影响方位。

(4)继续爬升到大型机的爬升航迹的上方直到转弯避开前机尾流（因为大型机的性能因素，可操作性待商榷）。

(5) 避开前机航迹从那个大型机的下方和后方穿越。

(6)对任何危险情况都进行告警。

2.7 在较大型机后起飞或者着陆进行低空飞行或者复飞的策略

管制员注意实施的非雷达尾流最小间隔(雷达标准在此省略)：

2分钟最低间隔标准适用于一轻型或中型航空器于一重型航空器之间以及一轻型航空器与一重型航空器之间，当较重的航空器正在作低空飞行或进行复飞，且较轻的航空器:

a) 使用逆向跑道起飞时。

b) 同一跑道作逆向着陆或在间隔小于760米的平行逆向跑道着陆时。

注：当轻型机与A380-800机型之间、中型机与A380-800机型之间，其非雷达间隔的尾流间隔时间不少于3分钟。

规避策略：

(1)确认在起飞或开始进近前至少有两分钟间隔。

(2)如果不安全，立即终止起飞或者立即复飞。

2.8 在航路上规避尾流的策略

(1)避开较大型机航迹的下方和后方方位。

(2)如果观察到较大型机和本机在同一航迹（相聚或者飞越），调整你的侧向位置，最好是上风方向。

3 管制员应用尾流间隔时的注意事项

IMC条件下，管制员在严格执行飞机尾流间隔标准的同时，应当对当时的大气环境等进行专业判断，对尾流的消散和漂移状况进行预测，同时为后机发布尾流告警的预报，为飞行员提供提前的相关提示。由于尾流是不可见的，所以管制员能否及时预警，完全取决于管制员的经验和能力。管制员应当多多改进自己的专业知识，以适应瞬息万变的工作环境和极强的反应要求。

管制员在发布注意尾流影响的建议时，应为以下航空器提供重型航空器或B757的位置、高度、飞行方向等信息：

(1)终端区内无雷达引导且跟随在重型航空器后的目视飞行的航空器。

(2)进行能见进近的航空器。

(3)终端区内受到雷达的引导并且引导已经结束的目视飞行的航空器。

管制员在提供尾流告警服务时，应注意适当使用以下字眼：jet blast、prop blast和rotor wash等。

4 结论

本文研究的课题是尾流间隔应用研究，目的是通过研究尾流的产生及特性，同时通过对尾流标准的特性进行研究探讨，找到运用尾流间隔的最佳方式，使得空域利用效率增高，空域容量增加。空中交通管制使用航空器最小间隔标准来防止航空器相撞，防止航空器遭遇尾流威胁。间隔标准要求取决于飞行阶段（起飞、巡航、进近、着陆）和空域的几何结构（等待方式、单跑道运行、平行跑道运行）。航空器之间的间隔需求还取决于雷达的覆盖范围和航空器的类型（美国标准：重、B757、中、轻；德国标准：重、中、轻）。运用尾流间隔标准避免尾流的最佳方法是：了解尾流的影响区域和性质，并尽量避免尾流影响的区域。前几章详细讨论了尾流的性质及其影响的范围，在此基础上得出几点结论包括以下几个方面：

首先，针对最小尾流间隔标准的特殊性和重要性，本文认为当跟进的后机纵向进入前机形成的尾涡流场的中心区时所造成的滚转运动的影响是最为显著的，值得重点加以研究；

其次，具体分析了尾流在不同状况下前机尾流对后机的影响，指出在着陆和进近、航路阶段遭遇尾流的特点，指出了飞行员应当了解的飞机性能和应当具备的良好判断；

再次，对目前实行的尾流间隔标准的特性（雷达标准与非雷达标准，尾流标准与其他间隔标准诸如横向间隔、纵向间隔等）进行了仔细的分析，并在此基础上提出了尾流间隔标准的应用条件。

最后，对如何规避尾流提出自己的建议，作为保证安全的辅助措施，提出了具体的操作意见，要求了飞行员在尾随或者横穿前机航迹等具体情况时做出具体的判断，以达到最好的安全目标。当然，在适用尾流规避程序时，要注意某些特殊机型，如B757等，注意在实施尾流间隔时全力保证安全。

随着对尾流研究的深入，合理的修改尾流间隔标准，顺应尾流标准的修改将其在实际工作中合理应用，对此还需要进一步的研究。同时，关于尾流的数据研究等资料均取自于国外研究成果，所援引理论均为参考FAA的数据，取其较为保守的数值，可能并不符合中国国情。在这一点上，我国的航空航天和科技研究部门，应当在中国国情的基础上，在国内的理论研究和数据采集上多做研究，使我国国内的尾流间隔应用研究更适合民航事业的发展。可望不久的未来，航空港的飞机能够接续不停的安全起飞和降落，而不必被动无奈地长时间等待前面飞机尾涡的消散。

[1]国际民用航空组织空中规则与空中交通服务.中国民航总局空中交通管理局出版社. 2001年1月20日

[2]空中交通服务计划手册(ICA09426-AN/ 924文件).中国民航总局空中交通管理局出版.1999年9月9日

[3] Pilot and Air Traffic Controller Guide to Wake Turbulence, FAA

[4] Kraft, C. C. ，Jr.Flight Measurement soft he Velocity Distribution and Persistence of the Trailing Vortices of an Airplane，NACA TN3377, March，1995

备注

1雷达标准较为单一，在此不赘述，见参考文献[7].有关A380-800机型的雷达尾流间隔标准见参考文献[12]

2此处特指非A380-800机型重型航空器

3雷达标准均省略，其后亦同.

Research on Application of Wake Turbulence Separation

Liu Fang
Air Traffic Control Center, Northeast Air Traffic Management Bureau, CAAC, Shenyang 110043, Liaoning, China

This paper analyzes the impact on flight safety of turbulence by modeling the conflict between aircrafts combined with references；compares the specialty of wake turbulence separation in China to counterparts in ICAO and FAA；proposes methods of application of wake turbulence separation based on different situations and strategy of aircraft wake turbulence avoidance considering development of civil aviation in China which provides particular proposal of air traffic control.

V335.1

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.18.012

刘芳，女，大学本科 中级工程师，

出生年月：1974年2月5日，单位：民航东北空中交通管理局。