我國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)有關(guān)民用航空間隔標(biāo)準(zhǔn)理論的基礎(chǔ)研究還處于剛起步的階段，我國(guó)的民航運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展也只是在近三十年內(nèi)的事情，由于民航事業(yè)起步較晚，民航運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展程度較低，同航空大國(guó)相比，無(wú)論是運(yùn)輸業(yè)實(shí)力方面還是在航空科研實(shí)力方面，可以說(shuō)都還是剛剛才起步，大部分的管制方法和管制規(guī)定都是直接參考國(guó)際民航組織的文件，沒有進(jìn)行獨(dú)立的科學(xué)依據(jù)和理論研究，暫時(shí)還無(wú)法形成一個(gè)完善的空中交通管制基礎(chǔ)理論體系；即使民航管理部門感到現(xiàn)行的民航管理規(guī)定存在一些問(wèn)題，卻因?yàn)闆]有自己獨(dú)立的基礎(chǔ)研究理論而無(wú)法拿出一個(gè)安全、合理的方案依據(jù)；目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)的研究人員的注意力也大都放在諸如空中交通流量控制等實(shí)效性較強(qiáng)的研究上，而對(duì)于間隔的基礎(chǔ)理論研究方面相對(duì)要少一些。

國(guó)內(nèi)雖然在一些航空院校和研究所對(duì)飛機(jī)的尾流流場(chǎng)作過(guò)相關(guān)的研究，如北航的劉寶杰的博士論文就是研究的尾渦的流場(chǎng)流動(dòng)機(jī)制及相關(guān)應(yīng)用，但大部分研究主要是從空氣動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)去分析和研究單機(jī)的流場(chǎng)，并沒有將相關(guān)的特性與民用航空飛行的間隔標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)系起來(lái)，涉及飛機(jī)最小尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)方面的研究還是空白；另外有關(guān)的空軍部門也對(duì)尾流的問(wèn)題作過(guò)相關(guān)的研究，不過(guò)他們重點(diǎn)關(guān)心的是戰(zhàn)斗機(jī)在空中緊密編隊(duì)飛行時(shí)，長(zhǎng)機(jī)的尾流對(duì)僚機(jī)飛行性能的影響，與民航的飛行環(huán)境迥然不同。導(dǎo)致這種狀況的原因是多方面的，最主要的原因是國(guó)內(nèi)的航空運(yùn)輸量雖然已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)還未達(dá)到類似美國(guó)飛行流量的等級(jí)，同時(shí)由于空管體制的原因，還存在大量的空域資源未被充分的利用；在出現(xiàn)流量控制、航線擁擠的情況下，可以采取多種手段進(jìn)行調(diào)整，還沒有必要對(duì)最小尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改和調(diào)整；但是隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的加快，中國(guó)加入世貿(mào)組織后，在可以預(yù)見的幾十年內(nèi)，國(guó)內(nèi)的航空運(yùn)輸市場(chǎng)將會(huì)迅速增長(zhǎng)，現(xiàn)在使用的間隔規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)進(jìn)一步制約飛行流量的大幅度的增長(zhǎng)，使得有關(guān)間隔標(biāo)準(zhǔn)的理論研究將變得越來(lái)越迫切。

1.3  本篇研究目的和內(nèi)容

本篇研究的主要目的就是對(duì)空中交通中的最小尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析和研究，采用理論分析和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方法，對(duì)進(jìn)近著陸中的尾流遭遇過(guò)程建立基本的數(shù)學(xué)模型，并且利用FAA的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行模型的計(jì)算，并驗(yàn)證其合理性。

本篇的主要內(nèi)容包括：首先簡(jiǎn)單的介紹一下研究?jī)?nèi)容和方向；然后對(duì)尾流的形成與消散特性以及尾流對(duì)飛行安全造成的不同影響進(jìn)行詳細(xì)的分析，之后則對(duì)目前實(shí)行的幾個(gè)不同的最小尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)際民航組織ICAO的標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)聯(lián)邦航空局FAA的標(biāo)準(zhǔn)，英國(guó)航空管理局CAA的標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行仔細(xì)的比較和分析，在此基礎(chǔ)上提出幾條尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)遵循的準(zhǔn)則，并且給出一種改進(jìn)的尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)中的機(jī)型尾流分類法。接著通過(guò)引入滾轉(zhuǎn)比例系數(shù)，簡(jiǎn)化相關(guān)的分析，建立尾流危險(xiǎn)遭遇的基本數(shù)學(xué)模型和簡(jiǎn)單的尾渦消散模型，并對(duì)基本模型進(jìn)行了分析和改進(jìn)，確定在給定的時(shí)間間隔內(nèi)前后機(jī)發(fā)生危險(xiǎn)遭遇的概率值的計(jì)算方法。而且在此分析的基礎(chǔ)上對(duì)不同機(jī)型的尾流分類的合理性進(jìn)行仿真計(jì)算和分析。在本篇的最后，對(duì)所作的工作做了概括性的總結(jié)，并提出了不足之處和一些改進(jìn)的建議。

 

第二章 尾流的形成與消散

在空中交通中，尾流是指飛機(jī)在空中飛行時(shí)在機(jī)翼后方所形成的兩個(gè)強(qiáng)度相等的、旋轉(zhuǎn)方向相反的空氣漩渦，其形成和消散的過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜；并且正是尾流的存在給后面跟進(jìn)的飛機(jī)造成安全上的潛在威脅；下面分別從尾流的形成機(jī)理，包括其流場(chǎng)形成的簡(jiǎn)單原理及表現(xiàn)形式，尾流的消散機(jī)理以及尾流對(duì)飛行安全的影響等幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析和研究。

2.1    尾流的形成機(jī)理

尾流的英文是wake turbulence（在有些文章中翻譯成尾流紊流度），與其含義相同的另一個(gè)單詞是尾渦（wake vortex）；略有不同的是，尾流是用來(lái)描述這種空氣漩渦對(duì)于后機(jī)的影響程度，表現(xiàn)的是對(duì)于周圍大氣環(huán)境的影響；而尾渦則是從空氣漩渦的內(nèi)在特性來(lái)說(shuō)明這種現(xiàn)象，實(shí)際上二者說(shuō)明的是同一種事物，只不過(guò)在不同的場(chǎng)合應(yīng)用而已。在國(guó)際民航組織(ICAO)的相關(guān)文件中更多的是使用尾流（wake turbulence），小部分場(chǎng)合使用尾渦（wake vortex）;在本論文中也是類似，在大多數(shù)情況下是使用“尾流”，在另外一些需要對(duì)其漩渦特性進(jìn)行強(qiáng)調(diào)的地方，仍然使用“尾渦”。

 

圖2-1 尾渦形成的簡(jiǎn)單示意圖

2.1.1    尾流形成的簡(jiǎn)單原理及表現(xiàn)形式

尾流的形成是飛機(jī)獲得升力的同時(shí)形成的；由空氣動(dòng)力學(xué)可知當(dāng)三維機(jī)翼產(chǎn)生升力的同時(shí)，下翼面的壓強(qiáng)高于上翼面，在兩個(gè)翼尖處的氣流就會(huì)由下翼面繞過(guò)翼尖流到上翼面，同時(shí)仍具有相對(duì)向后流動(dòng)的速度，其結(jié)果是在兩個(gè)機(jī)翼后方形成兩個(gè)漩渦，漩渦中的氣流一邊旋轉(zhuǎn)一邊向后流動(dòng)，而且兩個(gè)漩渦的旋轉(zhuǎn)方向相反；因此有時(shí)也稱之為翼尖渦流 （見圖2-1）。由于漩渦相互之間的誘導(dǎo)作用和重力的原因，漩渦形成之后一邊旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散，一邊以一定的速度下降，兩個(gè)漩渦的中心間距約為翼展的70-90%；經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)在低湍流、較為穩(wěn)定的大氣中，尾渦在下降擴(kuò)散的過(guò)程中中心的間距幾乎保持不變，而在低高度有側(cè)風(fēng)和地面效應(yīng)的作用，尾渦的運(yùn)動(dòng)方式則有所變化。（如圖2-2、2-3所示）

 

圖2-2 無(wú)風(fēng)情況下尾渦近地面層運(yùn)動(dòng)示意圖

 

圖2-3 側(cè)風(fēng)情況下尾渦近地面層運(yùn)動(dòng)示意圖

2.1.2    尾渦的速度分布規(guī)律及尾渦核

在空氣動(dòng)力學(xué)上可以從橫截面上將每一個(gè)漩渦近似的看作位于原點(diǎn)的一個(gè)點(diǎn)渦的流動(dòng)的理想情況來(lái)研究。如圖2-4所示，流場(chǎng)的流線是一些同心圓，互不相交，流速只有切向速度 ,在這個(gè)流場(chǎng)內(nèi)速度分布規(guī)律為：

        (2-1)

其中 定義為點(diǎn)渦的強(qiáng)度，切向速度與離中心的距離 成反比。                                      圖2-4理想點(diǎn)渦的流場(chǎng)圖   

這個(gè)點(diǎn)渦其實(shí)應(yīng)該看作是一根在z方向上無(wú)限長(zhǎng)的直渦線。渦本來(lái)是有旋流，但像這樣的理想情況下一根單獨(dú)的渦線所產(chǎn)生的流場(chǎng)，除了真正的渦心那一條線（在平面里就是一點(diǎn)）之外，其余的地方仍然是無(wú)旋流。因此從理論上講，對(duì)于平面內(nèi)任何形狀的圍線，只要這個(gè)圍線把點(diǎn)渦包圍在內(nèi)，其強(qiáng)度應(yīng)該不變。在實(shí)際的尾渦中，由于周圍的空氣的粘性作用，強(qiáng)度是隨著半徑的增大而減小的。