我國國內(nèi)對有關(guān)民用航空間隔標準理論的基礎研究還處于剛起步的階段，我國的民航運輸業(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，民航運輸業(yè)的發(fā)展程度較低，同航空大國相比，無論是運輸業(yè)實力方面還是在航空科研實力方面，可以說都還是剛剛才起步，大部分的管制方法和管制規(guī)定都是直接參考國際民航組織的文件，沒有進行獨立的科學依據(jù)和理論研究，暫時還無法形成一個完善的空中交通管制基礎理論體系；即使民航管理部門感到現(xiàn)行的民航管理規(guī)定存在一些問題，卻因為沒有自己獨立的基礎研究理論而無法拿出一個安全、合理的方案依據(jù)；目前國內(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效性較強的研究上，而對于間隔的基礎理論研究方面相對要少一些。

國內(nèi)雖然在一些航空院校和研究所對飛機的尾流流場作過相關(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流動機制及相關(guān)應用，但大部分研究主要是從空氣動力學的角度出發(fā)去分析和研究單機的流場，并沒有將相關(guān)的特性與民用航空飛行的間隔標準聯(lián)系起來，涉及飛機最小尾流間隔標準方面的研究還是空白；另外有關(guān)的空軍部門也對尾流的問題作過相關(guān)的研究，不過他們重點關(guān)心的是戰(zhàn)斗機在空中緊密編隊飛行時，長機的尾流對僚機飛行性能的影響，與民航的飛行環(huán)境迥然不同。導致這種狀況的原因是多方面的，最主要的原因是國內(nèi)的航空運輸量雖然已經(jīng)有了長足的進展，但遠遠還未達到類似美國飛行流量的等級，同時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行調(diào)整，還沒有必要對最小尾流間隔標準進行修改和調(diào)整；但是隨著全球經(jīng)濟一體化的加快，中國加入世貿(mào)組織后，在可以預見的幾十年內(nèi)，國內(nèi)的航空運輸市場將會迅速增長，現(xiàn)在使用的間隔規(guī)定和標準將會進一步制約飛行流量的大幅度的增長，使得有關(guān)間隔標準的理論研究將變得越來越迫切。

1.3  本篇研究目的和內(nèi)容

本篇研究的主要目的就是對空中交通中的最小尾流間隔標準進行分析和研究，采用理論分析和統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方法，對進近著陸中的尾流遭遇過程建立基本的數(shù)學模型，并且利用FAA的數(shù)據(jù)資料進行模型的計算，并驗證其合理性。

本篇的主要內(nèi)容包括：首先簡單的介紹一下研究內(nèi)容和方向；然后對尾流的形成與消散特性以及尾流對飛行安全造成的不同影響進行詳細的分析，之后則對目前實行的幾個不同的最小尾流間隔標準（國際民航組織ICAO的標準，美國聯(lián)邦航空局FAA的標準，英國航空管理局CAA的標準）進行仔細的比較和分析，在此基礎上提出幾條尾流間隔標準應當遵循的準則，并且給出一種改進的尾流間隔標準中的機型尾流分類法。接著通過引入滾轉(zhuǎn)比例系數(shù)，簡化相關(guān)的分析，建立尾流危險遭遇的基本數(shù)學模型和簡單的尾渦消散模型，并對基本模型進行了分析和改進，確定在給定的時間間隔內(nèi)前后機發(fā)生危險遭遇的概率值的計算方法。而且在此分析的基礎上對不同機型的尾流分類的合理性進行仿真計算和分析。在本篇的最后，對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，尾流是指飛機在空中飛行時在機翼后方所形成的兩個強度相等的、旋轉(zhuǎn)方向相反的空氣漩渦，其形成和消散的過程相當復雜；并且正是尾流的存在給后面跟進的飛機造成安全上的潛在威脅；下面分別從尾流的形成機理，包括其流場形成的簡單原理及表現(xiàn)形式，尾流的消散機理以及尾流對飛行安全的影響等幾個方面來進行分析和研究。

2.1    尾流的形成機理

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單詞是尾渦（wake vortex）；略有不同的是，尾流是用來描述這種空氣漩渦對于后機的影響程度，表現(xiàn)的是對于周圍大氣環(huán)境的影響；而尾渦則是從空氣漩渦的內(nèi)在特性來說明這種現(xiàn)象，實際上二者說明的是同一種事物，只不過在不同的場合應用而已。在國際民航組織(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”，在另外一些需要對其漩渦特性進行強調(diào)的地方，仍然使用“尾渦”。

 

圖2-1 尾渦形成的簡單示意圖

2.1.1    尾流形成的簡單原理及表現(xiàn)形式

尾流的形成是飛機獲得升力的同時形成的；由空氣動力學可知當三維機翼產(chǎn)生升力的同時，下翼面的壓強高于上翼面，在兩個翼尖處的氣流就會由下翼面繞過翼尖流到上翼面，同時仍具有相對向后流動的速度，其結(jié)果是在兩個機翼后方形成兩個漩渦，漩渦中的氣流一邊旋轉(zhuǎn)一邊向后流動，而且兩個漩渦的旋轉(zhuǎn)方向相反；因此有時也稱之為翼尖渦流 （見圖2-1）。由于漩渦相互之間的誘導作用和重力的原因，漩渦形成之后一邊旋轉(zhuǎn)擴散，一邊以一定的速度下降，兩個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，尾渦在下降擴散的過程中中心的間距幾乎保持不變，而在低高度有側(cè)風和地面效應的作用，尾渦的運動方式則有所變化。（如圖2-2、2-3所示）

 

圖2-2 無風情況下尾渦近地面層運動示意圖

 

圖2-3 側(cè)風情況下尾渦近地面層運動示意圖

2.1.2    尾渦的速度分布規(guī)律及尾渦核

在空氣動力學上可以從橫截面上將每一個漩渦近似的看作位于原點的一個點渦的流動的理想情況來研究。如圖2-4所示，流場的流線是一些同心圓，互不相交，流速只有切向速度 ,在這個流場內(nèi)速度分布規(guī)律為：

        (2-1)

其中 定義為點渦的強度，切向速度與離中心的距離 成反比。                                      圖2-4理想點渦的流場圖   

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