航空器空中颠簸等级划分标准应用研究

摘 要：本文将现有颠簸强度评定标准对比分析，重点介绍了涡流消散率的作用和应用。具有预报能力的涡流消散率、可以进行实时判断的空速表和体感判断以及进行事后数据分析的过载增量共同构成了航空器飞行中空中颠簸强度等级判定体系。随着机载计算机性能的不断提升，利用涡流消散率进行颠簸预报将是发展的趋势。

关键词：空中颠簸；颠簸强度；涡流消散率

中图分类号：U8 文献标识码：A

通过近年的不断努力，我国民航取得了长足的发展。2016年我国境内民用航空（颁证）机场共有218个（不含港、澳、台），全年旅客吞吐量首次突破10亿人次，完成101635.7万人次，货邮吞吐量1510.4万吨，完成飞机起降923.8万架次。

行业运行数据不断提升的情况下，不安全事件也频频发生。其中空中颠簸目前已成为严重威胁飞行安全的主要天气现象之一，对空中飞行秩序、飞机机体结构和旅客安全都有很大的影响，是民航飞行较难防范的安全隐患之一。对航空器空中颠簸进行有效处置乃至预测显得尤为重要[ 1 ]。

1 颠簸的定义及危害

飞机颠簸是指飞机在飞行中遇到扰乱气流，就会产生震颤、上下抛掷、左右摇晃，造成操纵困难、仪表不准的现象。经研究表明，飞机颠簸往往是由那些与飞机尺度相当的、无一定顺序出现的那部分涡流造成，这种乱流称为“飞机乱流”。轻微的颠簸会给飞行带来困扰，严重的颠簸则会导致空难的发生[ 2 ]。

飞行上：轻微颠簸会给机组及乘客带来不适，长时间的颠簸会造成飞行人员和乘客的紧张和疲劳，甚至危及安全。中度颠簸则会使飞机操纵困难，甚至失去操纵。严重颠簸甚至会损害飞机结构，减少发动机功率，造成严重后果。

服务上：颠簸情况下会暂停空中餐饮服务，乘客应按照指示不得随意走动并系好安全带，乘客的飞行感受很差，中度以上颠簸给乘客带来的恐慌情绪也会影响客舱安全管理。因颠簸造成的航空事故会使旅客和机组受伤，会给航空公司带来经济损失和负面影响。

运行上：颠簸造成的航空器的主动、被动改变高度也给管制工作造成了极大的影响，航空器在颠簸情况下会出现高度忽然变化，航空器会选择改变高度或航线，都会给附近的航空器带来威胁。颠簸造成的大量飞行路径及高度变化会使得管制员工作量激增，造成管制员工作负责增加和管制难度增加，进而影响到同一管制空域内的其他飞机。

2 现有颠簸强度分级标准

2.1 涡流消散率

根据国际民航组织附件3，国际上颠簸强度根据涡流消散率EDR（eddy dissipation rate）为指标来分类。

颠簸程度被分为以下4类：（见表1）

a.严重颠簸：当湍流指标在15-27之间（EDR峰值超过0.5）；

b.中度颠簸：当湍流指标在6-14之间（EDR峰值超过0.3）；

c.轻度颠簸：当湍流指标在1-5之间（EDR峰值超过0.1）；

d.无湍流：当湍流指标为0（EDR峰值低于0.1）。

2.2 过载增量

我国使用过载增量作为颠簸强度分级标准，该指标可以通过机载加速计进行测量，数据容易获得。

2.3 空速表加体感

为了帮助飞行员快速、正确判断颠簸强度，国际民航组织设计出一个定义表以供使用。

3 颠簸强弱判断指标应用

现有的三个判断指标分别是：涡流消散率、过载增量、空速表加体感。涡流消散率具有进行颠簸预报的能力，空速表加体感可以由航空器驾驶员进行实时判断，过载增量则主要进行事后数据分析。三个指标共同构成了航空器空中颠簸强度等级判定体系。

通过空速表加体感来对颠簸强度进行判断，是由驾驶员对航空器的速度变化进行监视，配合驾驶员主观身体感受。主要是便于航空器驾驶员进行实时的颠簸强度识别，进而根据操作手册采取相应的措施。

颠簸发生后航空器驾驶员要及时向管制员通报颠簸情况，管制员转发后续飞机便于后续飞机做好准备或及时绕飞。但是相同的乱流对不同的机型、载重造成的颠簸不尽相同，后机只能进行推测。而颠簸区域随着大气运动可能发生漂移，总体来说前机颠簸情况对于后机参考价值有限。

过载增量是由机载计算机对飞机加速度变化进行计算和监控。通过计算乱流对本机造成的加速度变化来对颠簸强度进行判断。由于驾驶员采用空速表加体感来判断颠簸强度更为快捷和直接，所以航空器的过载增量数据主要是用于后期的航空器性能分析和飞行数据分析。该数据从QAR（飞机机载记录系统中的快速存储装置）中导出。

涡流消散率（EDR）是描述湍流强度的一个重要参数，它代表了湍流内部热能转化为动能的程度，可以反映湍流的速度结构。EDR可由多普勒声雷达、多普勒激光雷達、多普勒风廓线雷达、多普勒天气雷达以及多普勒测云雷达等进行探测。涡流消散率表示的是该区域内涡旋此时的强烈程度。所以涡流消散率越大表明该区域湍流发展越剧烈。涡流消散率可以说是一个独立衡量颠簸的参量。通过构建函数关系将EDR、飞机型号、重量、飞行高度、结构配置和飞行速度充分结合，可以得出相对于本机当前状态下的颠簸强度数值。这就可以起到较好的颠簸预测作用。

全面的涡流消散率数据需要由多普勒激光雷达测出，但是多普勒激光雷达主要安装在地面气象观测站。机载多普勒气象雷达可以对含水汽的区域进行测量，通过计算可以向机组提供颠簸预报，仍旧可以实现在大多数飞行情况下向机组提供颠簸预报，具有极高的应用价值。已有航空公司开始尝试使用此项技术。

4 结语

本文分析了现有的对于航空器空中颠簸强度评定的指标。对涡流消散率、过载增量、空速表加体感进行应用和实效性对比。着重对涡流消散率（EDR）进行分析，强调了基于涡流消散率的航空器空中颠簸强度预测能力。为加强民航运行安全，提升航空服务水平和质量提供有益的参考和建议。

参考文献：

[1] 周林，黄超凡.近10年晴空湍流的研究进展[J].气象科技，2015（01）.

[2] 陈华利.飞机颠簸的预报[J].四川气象，1999，19（3）：32-33.

[3] 王永忠.大气湍流对飞机颠簸的影响[J].西南交通大学学报，2006，41（3）：279-283.

作者简介：袁江（1988-），男，山西朔州人，研究实习员，主要从事民航空管方向教学与研究工作。