通用航空低空飞行特性研究

任宏 刘相彤

摘要：对通用航空小型飞机飞机在低空飞行的特性进行总结分析，对低空状态下的地标识别和无线电领航特点、飞行仪表观测和风切变等现象进行研究。对小型飞机独有的飞行特性进行归纳，为更好的研究小型飞机提供参考。

关键词：低空飞行；低空风切变；小型飞机；飞行预警

相比大型飞机，通用航空的飞行有自己的特点，通过对通用航空的飞行特点进行归纳总结，为以小型飞机为目标的研究提供借鉴意义。

通用航空飞行器在飞行高度上多处于2000米左右的低空飞行。此处低空飞行的定义是由美国法令所公布的3000米以下为低空，这个低空标准受到很多国家的认可。低空空域一般不会对常规的运输航空线路产生影响。那么在小型飞机的低空飞行上，有着以下几个特点。

1利用地标分辨航向

由于低空飞行视野小、地形复杂的特点，飞行员视线受阻无法观测到远处目标，较难看到地标的全貌和其它相关地点[1]；低空飞行的高度低，飞机与地面间的移动角速度大于与空中的，观测地标的时间就因此缩短。随着高度降低，飞行速度增加，地标辨认就越发困难。但是低空飞行的一个好处是方便观测一些高空难以识别的小地标，比如体积很大的建筑.不仅能够识别，而且能够看清各个侧面，感受出明显的立体性，因此可利用的地标会比高空飞行多[2]。

據此，处于低空飞行条件下的飞机，在飞行时可以利用小地标来定位飞机位置，同时，查询和定位地标的核心应该重点放在精准的航迹方向和预计到达时间计算。

2使用无线设备领航

在低空飞行状态下，飞机领航无线电会受到地波绕射和乱反射的影响，其中中、长波的无线电影响最大。低空条件下，无线电准确性较中高空低，有效距离也会降低。

飞机上的探测雷达的距离虽然也受高度的影响（低空距离更短），但是仍然长于目视距离。并且地面的回波性大于空中，可观测地标也多于空中，如一些小的湖泊和厂房等都可以在显示器中显示。因此，合理发挥飞机雷达的探测作用能够很好的补足由于视界狭窄看不清地标的缺陷。

3气象影响大

低飞行高度下虽然风速降低，但是地形复杂、风向多变，难以掌握变化规律。因此，飞行过程中要根据地形情况对气象数据进行测量。低空条件下，风向多变、气流不稳、能见度低的现象会较多发生。

4低空风切变发生多

风切变是风向空间率的特点之一，其实质是空间上两个点间距离的风矢量差，因此它是一个向量值。这个值反映想要探测区域的两点间的风速和风向变化。在实际飞行过程中，真正对飞行安全产生威胁的是低空风切变，即600m高度下的风切变现象[3]。

不是所有的低空风切变现象都会对飞行产生影响，其程度受风切变的强度影响。计算风切变的强度通常会取空气层垂直厚度30m，取2分钟风资料的平均值。0.1 （11秒）以上的垂直切边就会对飞机产生威胁。低空风切变分为水平风的水平切变、水平风的垂直切变、垂直风的切变，下面对每种切变的强度标准进行逐一分析。

1）表1是水平风的垂直切变强度标准。

2）水平风的水平切变强度一般采用美国发布的低空风切变报警标准。美国采用的低空风切变警报系统在机场上设有6个测风站点，包括1个中心站和5个风站。每个分站与中心站距离大约3km，只要任一风站到中心站的风矢量差超过7.7m/s即报警。

3）垂直风切变的强度标准：垂直风切变的强度，主要由同一空间内两点间垂直风的大小决定。

在垂直风切变中，其特征由风切变的行程原因决定，不同原因行程的风切变对飞行的影响程度也不一致，在下表中展示了常见的风切变类型和实践空间特征。从下表可以看出外流水平在4km以下的微下冲气流对飞行威胁最为严重。

5低空风切变的影响

由于风切变在600m以下形成低空风切变时才会对飞行产生较大危害，从高度上看可以发现主要在飞机起飞和降落时会发生。根据飞机在飞行过程中的不同场景，可以风切变分为四种类型，对不同类型的风切变对飞行的影响进行研究[4]。

顺风切变：飞机在飞行过程中会跨越不同的风区域，在从小的顺风区飞进大的顺风区，从逆风区进入到顺风区或者没有风的区域等场景下会产生顺风切变。所产生的现象通常是飞行速度骤然降低，升力下降，飞行高度降低。在此场景下会产生三种情况：（1）当风切变层高于跑道时，驾驶员可以采取加大油门来使飞机的飞行高度高于下滑线之后改出，安全着陆；（2）当风切变层低于跑道时，驾驶员来不及完成所有的修正行为，会造成飞机滑跑长度增加，甚至会有冲出跑道的现象；（3）当风切变层远低于跑道时，驾驶员无法开始修正行为，会导致飞机未到跑道就触地。

逆风切变：不同于顺风切变，逆风切变刚好相反。当从小的逆风区域飞进大的逆风区域、从顺风区飞进更小的顺风区、逆风区或者没有风的区域时，会造成飞机飞行速度骤然增加，升力变大，飞机飞行高度上升。逆风切变的危害相对于顺风切变较低，飞行员可以通过消耗过高的空速从而将飞行状态改正。依据逆风切变相对于跑道的高度不同，也会有三种不同的情况产生：（1）当风切变层高于跑道时，驾驶员时间充裕，可以完成飞机改出动作，安全着陆；（2）当风切变层低于跑道时，驾驶员无法完成全部修正行为，会导致飞机在尚未到达跑道时即触地；（3）当风切变层远低于跑道时，驾驶员无法开始修正行为，在速度过快的情况下会使飞机有冲出跑道的几率。

另外两种风切变分别是侧风切变和垂直风切变，侧风切变是当飞行行为跨越不同的侧风区域到达另外一种不同的侧风状态。在这种状态下飞机着陆会因侧风切变导致侧滑、带坡度，从而产生航向偏离。而此时如果飞行员没有足够时间进行航向修正，则会导致着陆滑跑偏离。垂直风切变是在飞行行为从弱的升降气流区域进入强的升降气流区域时发生。所造成的影响体现在飞机的飞行高度、空速、俯仰和杆力上，会发生很明显的高度下降，往往突然发生，感受强烈，具有极大危害。

6低空风切变的预防措施

气象部门可以通过探测手段来提高预报的准确性，当提前获取到低空风切变信息时，要对机组即使的进行通报预警，为管制部门人员提供充分的准备时间。与管制部门充分配合，互相协调，一个部门发现低空风切变现象时要及时向另外部门通报。

管制部门要配合好气象部门和飞机机组工作人员的工作，当接收到气象部门传来的消息时要即使的进行通报，为机组预留充足的反应时间。在机场跑道附近出现风向异常情况时，要将具体情况及时的通报机组人员，提醒有低空风切变出现的可能。当确认低空风切变现象已经发生时，管制人员除了持续性的通报风切变的变化状态外，也要向其它航空器进行低空风切变发生的通报，使危害降到最低。低空风切变现象大多持续时间较短，为十几分钟左右，在此时间内应该暂停起降行为，或者改变起降跑道来规避低空风切变。

飞行员在应对风切变现象的行为直接影响飞行的安全与否，因此，飞行员不仅要掌握低空风切变的知识，还要有优异的飞行技术。在飞行过程中，随时要有风切变现象发生的心理准备，尤其是在飞机起降的时间段，对可能会出现风切变现象的机场，要时刻关注气象实况、机场通报等，同时要加强目视观察，在关键时刻做出正确的决断，如延迟起飞，延迟降落等。同时合理利用飞行仪表的姿态反馈和气象雷达，发现姿态及气象异常要立刻警觉，提前做好风切变现象可能发生的心理准备。

在低空风切变现象发生时，飞行员要保持冷静，及时调整飞机航向，争取飞机飞行高度，停止进近行为，同时与管制部门沟通复飞，随时通报低空风切变的变化。管制人员要密切的配合处于低空风切变中的飞机，通报其他飞机避让，了解低空风切变的具体参数，如高度、风速、风向、强度等等，并且将数据通报给其他飞机，确保其他飞行器有足够的反应时间，避免相撞。

7通用航空低空飞行特性总结及借鉴意义

根据以上分析，小型飞机飞行有以下特点：能看清地面但是视界小，查找地标难度大；无线电领航作用距离减小，使用场景受限；风速小但是变化多，遇到低空风切变概率增加。在低空风切变的应对上，需要机组人员和管制部门、气象部门相互配合，不僅飞行员需要有低空风切变的相关预警能力，气象部门和管制部门同样需要。对于地空之间的配合要在平时加强培训，确保在危机发生时能够做出快速的反应。飞行员也要加强自己的飞行技术水准，提高在危机状况下的处理能力。低空风切变的危害十分巨大，提前预警和防范才是最好的解决措施，因此，在设计中航线导航和气象预警上可以多做考虑。研究表明，在低空风切变产生前的10—60s之前探测到，并且及时给出预警，能够避免很多飞行事故的发生。因此，在加强飞行员的目视判别能力之余，及时的对风向趋势发出预报和警告也是一种十分有效的低空风切变预防措施[5]。一般来说，当风变相高于120°或者在有3m/s以上的风速差发生时，就会有风切变出现的可能，要提前对此进行预警[6]。

参考文献

[1]马学成.超低空飞行的特点及安全飞行重点[J]山东农机化，1999，（10）：10 11

[2]尚秀昱，王晓冬.低空飞行的领航特点[J]科技风，2008，（10）：58

[3]兰承诚.低空风切变对飞机进近着陆的影响分析[J]科技与企业，2015，（12）：180

[4]黄冠.低空风切变的形成过程以及影响飞行安全的因素[J]科技展望，2015，25（15）： 150

[5]刘喆.低空风切变与飞行安全[J]硅谷，2015，8（01）： 194+208旧赵素玲低空风切变对飞机飞行的影响探讨[J]农业与技术，2013，33（10）：195