03.18 每天瞭解一種自然現象-三天兩起事故,“風切變”是個什麼鬼?

2018年8 月 26 日,首都航空一架飛機因機械故障返航後,8 月 28 日,首都航空又一架飛機疑似遭遇風切變,機組判斷可能起落架有損傷,復飛後在珠江口上方盤旋數圈,最終備降深圳機場。現場視頻顯示,飛機降落後釋放了逃生滑梯,目前機上157名旅客和9名機組人員已經平安撤離。

那麼,“風切變”具體是個什麼鬼?

每天瞭解一種自然現象-三天兩起事故,“風切變”是個什麼鬼?

日本飛機降落遭遇“風切變”

一:風切變的基本概念

風切變是一種大氣現象,風矢量(風向、風速)在空中水平和(或)垂直距離上的變化。風切變按風向可分為水平風的水平切變、水平風的垂直切變、垂直風的切變。垂直風切變的存在會對橋樑、高層建築、航空飛行等造成破壞。發生在低空的風切變是飛機起飛和著陸階段的一個重要危險因素,被人們稱為“無形殺手”。

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飛機是靠機翼與空氣的相對運動產生升力並維持姿態的。所以,飛機最怕的是突然出現的強順風。比如A320這類的民航客機降落的速度大概130節左右,相當於每小時250公里左右。如果在快靠近地面時突然來了一陣10級順風,機翼上氣流的速度瞬間變成了原來的60%,升力和機翼的相對氣流速度平方成正比,於是飛機會突然損失六成升力,會迅速下墜。如果飛機在起降階段遭遇劇烈風切變,這時候飛機反應更大,安全處置餘地更小。歷史上因此造成的機毀人亡事故數不勝數。

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二:風切變的成因

地球大氣受太陽照射積聚能量產生大氣的流動,形成風。受地面性質、地面形狀、地球自轉等諸多因素的影響,風力和風向總在變化。比如,海洋和陸地的分界線上,在白天,由於陸地升溫快,形成上升氣流,在飛越海岸線的時候,經常出現顛簸,那就是一種常見的風切變,如果以前沒注意,下次坐飛機時可以體會一下。還有比如地形,在高山的背風面經常會出現氣流的滾動,就像瀑布下的水流,經常會把人“拖”進水裡。還有就是冷熱空氣交匯的地方,比如冬天冷空氣前鋒附近,往往會有強風切變。綜合起來以上三點,讓大連周水子機場在冬天成了著名的多風切變難起降的機場之一。

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三:風切變的危害淺析

這些風切變,尺度較大,也比較容易預測。而有些就難得多。比如強對流天氣。夏天飛在天上常見到小山一樣的積雨雲,看上去很舒服的大棉花包,其實裡面是一片沸騰。積雨雲是地面快速升溫產生的上升氣流,在高空遇冷再下沉,如此反覆形成的。於是在穿越一個積雨雲時,飛機會遭遇這樣的氣流變化。接近時,會趕上順風的上升氣流,為了保持升力,飛機要加速鑽進雲,於是馬上就遭遇頂風的下沉氣流,飛機的升力會突然上升,沒有經驗的飛行員會收油門讓飛機減速。穿過中心,下沉氣流馬上變成了順風,這時候如果之前減速了的話,飛機就會下墜,無法保持高度。直到穿出雲,遇到頂風的上升氣流。這只是一種簡化,實際情況要複雜的多,尤其是還可能遭遇機翼結冰,那就更兇險了。

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在所有的風切變裡,最危險的是“微下擊暴流”,微指的是氣象尺度,並不是危害等級。一個微下擊暴流足以覆蓋一個機場。在起降階段,飛機如果遭遇這種情況,就會像被氣流拍在地上一樣造成墜機。實際上真正的殺手不是“下降氣流”,而是風向的迅速轉變。

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由於在水平方向垂直運動的氣流存在很大的速度梯度,也就是說垂直運動的風速會出現突然的加劇,就產生了特別強的下降氣流,被稱為微下衝氣流。這個強烈的下降氣流存在一個有限的區域內,並且與地面撞擊後轉向與地面平行而變成為水平風,風向以撞擊點為圓心四面發散,所以在一個更大一些的區域內,又形成了水平風切變。

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如果飛機在起飛和降落階段進入這個區域,就有可能造成失事。比如,當飛機著陸時,下滑通道正好通過微下衝氣流,那麼飛機會突然的非正常下降,偏離原有的下滑軌跡,有可能高度過低造成危險。當飛機飛出微下衝氣流後,又進入了順風氣流,使飛機與氣流的相對速度突然降低,由於飛機在著陸過程中本來就在不斷減速,我們知道飛機的飛行速度必須大於最小速度才能不失速,突然的減速就很可能使飛機進入失速狀態,飛行姿態不可控,而在如此低的高度和速度下,根本不可能留給飛行員空間和時間來恢復控制,從而造成飛行事故。

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嚴重的低空風切變,常發生在低空急流即狹長的強風區,對飛行安全威脅極大。這種風切變氣流常從高空急速下衝,像向下傾瀉的巨型水龍頭,當飛機進入該區域時,先遇強逆風,後遇猛烈的下沉氣流,隨後又是強順風,飛機就像狂風中的樹葉被拋上拋下而失去控制,因此,極易發生嚴重的墜落事件。

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美國聯邦快遞飛機因“風切變”墜毀在日本東京機場

四:風切變的主要特點

在1970年-1985年的16年間,在國際定期和非定期航班飛行以及一些任務飛行中,據不完全統計,至少發生過28起與低空風切變有關的飛行事故,絕大多數都發生在飛行高度低於300米的起飛和著陸階段,其中尤以著陸為最多。通過對這28起飛行事故的分析,可以發現低空風切變飛行事故有如下特點:

1.風切變飛行事故都發生在飛行高度低於300m的起飛和著陸階段,其中尤以著陸為最多。

2.現代中、大型噴氣運輸機的風切變飛行事故比重較大。

3.風切變飛行事故與雷暴天氣條件關係密切。

4.風切變飛行事故的出現時間和季節無一定的規律。

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五:相關事件

從1964年到1985年,美國境內因為風切變共摔掉了26架民航客機,造成600多人喪生。

2009年3月23日,聯邦快遞80號班機在日本成田國際機場降落時,因風切變墜毀,2名駕駛員遇難。

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2014年7月,臺灣失事飛機2個黑匣子找到,懷疑風切變是元兇。

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2018年8月28日,首都航空 JD5759航班在澳門的遭遇嚴重風切變,飛機能在前輪掉落,一臺發動機熄火,通訊中斷等極端情況下讓飛機安全落地深圳,實屬不易,也是萬幸。

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2018年8月,首都航空已經發生兩起機械故障。此前的8月26日,該公司昆明—杭州航班於當天 14:54 從昆明長水機場起飛,在航行中出現機械故障,飛機出現異響,高空失壓後氧氣面罩瞬間脫落,隨後機艙內出現煙霧。乘客稱:當時機長突然出來讓大家帶好氧氣面罩,出現失重感覺。最後,航班於 15:30 安全降落,機上 9 名機組與 146 旅客全部平安下機。

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