直升機飛行員必讀—山區飛行的「隱形殺手」
影響直升機山區飛行安全的因素眾多,其中氣流可稱得上是一個可怕的「隱形殺手」。掌握山區氣流的變化規律是保證山區飛行安全的前提和基礎。
山地對大氣運動的影響要比平原明顯的多,這其中既有動力原因,也有熱力原因,既影響水平氣流,也影響垂直氣流。
升降氣流
當氣流遇到大的山脈時,大部分氣流被迫從山頂越過,這樣就在迎風坡一側形成上升氣流,在背風坡一側形成下降氣流,造成氣流強烈的升降運動。升降氣流最強的地方出現在山坡上距山頂500到1000米的地方,根據有關觀測記載,速度可達15到20米/秒,再向上氣流就會很快減弱。迎風坡的上升氣流在距山體相當遠的地方就可能出現,距離和山體的形態有關,山體越高越陡,距離就越遠。
熱力作用也可以造成山區氣流的升降,由於山地地表一般起伏不定,各地增熱散溫不一致,造就了熱力對流。白天山頂、山坡上的氣溫高于山谷上空同高度的氣溫,在靠近山頂、山坡一側氣流呈上升,在靠近過山谷中心一側氣流呈下降。
到了夜間,靠近山頂、山坡一側的空氣降溫要比靠近山谷中心一側的空氣降溫快。因此會形成和白天截然相反的情況,出現沿山坡靠近山坡的下降氣流和山谷中心附近的上升氣流。
山地湍流
山地湍流也叫亂流、擾流或紊流,是氣流在「翻山越嶺」時因摩擦作用在山坡上產生渦旋形成的。這種渦旋一般高度不高,常常貼附在山坡上。迎風坡渦旋因為山體的阻擋一般不會移動,背風坡的渦旋則會一邊形成,一邊隨氣流移動,最後逐漸消失。氣流越山時還可能在山頂和背風坡上空出現湍流,這是因為氣流過山時山頂風速大,背風坡風速小,在垂直方向上存在風切變造成的。因此一般背風坡湍流較強,且伸展高度較高。
山地湍流的強弱與氣流速度、氣流方向與山脊的夾角、山體形態以及氣層的穩定程度等有關,氣流速度越大,氣流方向與山脊的夾角越接近於直角、山體越陡峭、氣層越不穩定,湍流的強度就越強,範圍也越大,伸展高度也就會越高。
山區飛行,在迎風坡上直升機受上升氣流影響自動上升高度,在背風坡則因下降氣流影響會自動降低高度,會存在被下降氣流「帶入」背風坡湍流中的可能,所以山區飛行保持一定的安全高度十分必要。
當氣流方向與山脈走向垂直的時候,山谷中迎風坡和背風坡上的湍流如圖所示與前述情況相類似,背風坡一側湍流比迎風坡一側要強,因此這時在山谷中飛行的話應該避開背風坡而靠近迎風坡,減小湍流的影響。
如果氣流方向是沿著山谷時,山谷中的湍流強度會隨氣流速度的增大而增大。當從峽谷吹來的氣流進入開闊山谷或進入平原時,由於兩側氣流散開,速度會驟減,中心氣流速度和兩側氣流速度存在較大差距,形成風切變,會在谷口兩側形成繞垂直軸向的強大的渦旋。所以當沿山谷順風飛行時應當儘力避免靠近谷底和山坡,特別是出谷口時不要過早的轉彎,否則一旦誤入兩側的湍流中將「在劫難逃」。
熱力作用同樣也可以「造就」湍流,湍流的高度甚至可達2000到3000米,氣層不穩定時更可達4000到5000米。山區的熱力亂流呈現出早晚弱,午後強的日變化特徵,且各區域湍流出現的時間和強度也不盡相同。一般早上由於太陽照射的原因朝東的山坡比朝西的山坡增溫快,湍流出現的時間也早,強度、範圍也越大,伸展高度也越高。同樣道理,就北半球而言,朝南的山坡比朝北的山坡湍流要強烈。
山地背風波
在下述條件下氣流越山時:
1、氣流越過的山脊是長山脊或山嶽地帶;
2、氣流方向與山脊的夾角接近於直角;
3、氣流速度在山脊高度上在8米/秒以上;
4、山脊到對流層頂,氣流速度隨高度增加而增大或保持不變;
5、低層氣層不穩定,上層氣層穩定。
在山脊背風一側的上空氣流會形成一定的波動,稱為山地背風波。
山地背風波中升降氣流的垂直速度通常為5到10米/秒,有時甚至可達25米/秒,直升機進入後,往往會短時間內急劇掉地高度,繼而又上升高度,如此反覆,如果恰逢是夜間或在雲中飛行,將十分危險。背風波中的下降氣流還會使氣壓式高度表讀數偏高,有時甚至偏高上百米,此時由於是在下降氣流中,直升機實際是在下降高度,但猶如錶高偏高,機組不易發現高度在下降,容易造成危險。
山地背風波的上升氣流中會形成一些特殊的雲,比如莢狀雲、帽狀雲和滾軸狀雲等,這些雲都是判斷山地背風波的重要標誌。
單山山脈地形對氣流的影響
當單山山脈山坡規則而平緩時,迎風坡的上升氣流和背風坡的下降氣流也會較為平緩,氣流通常比較規則,但特別是在背風坡有時也會出現湍流。
如果單山山脈山體陡峭,山脊突出,氣流流動的基本趨勢將不會有大的改變,但是在山體凹地和「台階」區域會有比較強烈的湍流。
群山山脈對氣流的影響
氣流「翻越」群山山脈時會在群山之間形成一系列的滾軸狀的氣流。通常情況下迎風坡氣流應當是上升的,但是在群山山脈,當氣流流過的後一座山比前一座高度低時,後一座山的迎風坡上通常會是來自前一座山的下降氣流,這一點特別要注意。
孤立山峰對氣流的影響
氣流流過短的山脊或者孤立的、「身材比較苗條」的山峰時,大部分氣流會從兩側繞過,只有少部分氣流會從山頂「翻越」,這時一般升降氣流不會很強烈,但是通常會在背風一側出現繞垂直軸向的滾軸狀的渦旋,因此飛行時要盡量遠離這一區域。
山區中的下降氣流和湍流是直升機山區飛行安全的主要威脅之一。由於下降氣流速度往往高於直升機上升速度,因此在山區飛行首先要盡量避免飛入山體背風的一側。其次一旦進入下降氣流區,當下降氣流較小或無湍流的時候,應當以1.5倍的經濟速度飛行,以求儘快脫離下降氣流區,同時要防止掉高度;當下降氣流較大時,應當以經濟速度飛行,防止出現槳葉失速;當下降氣流區存在湍流時,在湍流區,應當以經濟速度飛行,以求獲得最大的可用功率;逆風進入下降氣流區,要防止地速過小,使直升機停滯不前。最後在山頭、山脊目視著陸時,要以大下滑角下滑,避開山體兩側的渦流區。
(文中部分圖片來源於網路)
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