浅析风切变

作者： 飞行部二大队耿 跃
一、背景
低空风切变被称为是飞行的“无形杀手” 。有资料表明，自1943年以来，全球范围内与低空风切变相关的飞行事故导致了一千四百多人遇难。1970年至1985年期间，至少发生了30起与低空风切变相关的飞行事故，导致七百多人遇难，其中着陆28起，起飞2起。
据国际民航组织（ICAO)统计，大约30%的空难由天气原因引起或者与天气因素有关，其中低空风切变是最危险的因素之一。
来自美国国家运输安全委员会（NTSB）的数据表明：自1975年以来，在美国由于天气原因造成的恶性空难事故中，80%是低空风切变造成的
二、风切变的介绍
1.定义：
风切变 ： 风向或风速的快速变化
严重风切变：风向或风速的快速变化导致空速的变化大于15海里/小时或垂直速度的变化大于150米（500英尺）/分钟。
2、低空风切变形成的原因：
低高度的风速风向变化会对飞机起降造成严重的危害，这些变化是由各种气象条件所引起的，如：地形条件，逆温现象，海陆风，锋面系统，强地面风。最严重的风切变往往伴随着雷暴和阵雨产生。
1.雷暴
2.微下击暴流
3.其他情况：地形、锋面、海陆风等
三、风切变的危害
1、可控飞行撞地(CFIT)风险。机组未严格落实风切变机动改 出程序要求(推力、姿态相关要求)，未使用最大推力或盲目收油 门，使飞机能量不足以改出风切变，不能形成足够的正上升率，极易造成飞机长时间处于风切变、“失速”掉高度、甚至有可控撞地风险。
2、“擦尾及冲偏出跑道”风险。机组操纵飞机在大风乱流低高度阶段易进入管道效应，决断意识不强，如果机组注意力分配不当、偏差发现偏晚以及标准喊话不及时，当风切变警告发生时，机组可能会处置动作迟缓，造成飞机二次接地、擦尾以及冲偏出跑道风险。
3、“五防”类风险。风切变机动飞行是复杂状态改出、是一种特情处置，如果机组未针对大风乱流天气制定风切变及复飞相关预案， 极易造成飞机突破管制员指令高度、飞错复飞程序或轨迹以及 TCAS 冲突等风险。
4、“设备”类使用超限风险。风切变机动飞行处置不当，比如: 未按手册规定按压 TOGA 电门，未保持起始姿态 15°(注:低高度复飞姿态要求除外)，导致飞机在风切变改出及后续复飞过程中，长时间处于姿态及油门不匹配的异常状态中，极易造成空速快速增加超过襟翼使用空速限制。
5、“颠簸伤人”风险。机组在完成风切变机动改出动作时，动作粗猛，姿态、油门瞬间输出变化量过大，易造成机体结构过载以及旅 客受伤等不安全事件发生。
四、ND上预测风切变显示和符号

五、风切变的分类

六、雷达探测原理

七、探测区

高度 2300 英尺以下，在飞机的起飞和着陆过程中，无论雷达打开或关闭，都会启动前视风切变功能。
在启动之后，天气扫描区范围将下降到 120 度，以便更快实现天气和风切变信息的更新。在 1200 英尺以下和 5 海里范围内，在驾驶舱内显示报警信息。
如果在 MAP 或 TEST 方式雷达接通并且系统探测到风切变事件，则系统显示自动变为 WX+T 方式来显示气象和风切变符号。所选范围不会自动改变。

预测风切变抑制条件
1、预测风切变报警会被实际的风切变警告(飞机在风切变中)、前视地形报警、或基于无线电高度的警报抑制。
2、起飞和着陆过程中，新的预测风切变警戒报警在80海里/小时和400英尺无线电高度之间被抑制，新的警告报警在100海里/小时和50英尺的无线电高度之间被抑制。这些抑制不能消除现有的预测风切变报警。如果警告/警戒事件出现在那些边界前，警告/警戒将会保留在显示上且会出现完整的音响喊话。
如图所示：这是一个关于风切变警告警戒的概述图

起飞时，从起飞滑跑开始(0海里/小时)直到飞机达到80海里/小时， 警告和警戒都可用。从80海里/小时直到飞机达到100海里/小时，只有警告可用。从400英尺到1200英尺，警告和警戒都可用。从飞机达到100海里/小时直到50英尺期间所有新报警不可用。

下降时，在飞机穿 过 1200 英尺到 400 英尺期间，警告和警戒可用，从 400 英尺到 50 英 尺期间只有警告可用。从 50 英尺直到接地(0 英尺)，所有新报警都不可用。

EGPWS探测的风切变警告（WINDSHEAR）不受抑制。
九、风切变的处置
1、避开
如确认或怀疑存在风切变，应绕飞、延迟起飞或中止进近。
a)当飞行员在气象报文中看到以下信息时，需特别注意: 雷暴、强降水、扬尘、温度露点差较大(差值越大，湿度越低)， 包括其它线索如阵风、温度变暖趋势、积云等。
b)地面风切变探测系统
c)机载风切变警告系统
d)风切变的目视迹象
e)飞行员报告
飞行员不能过于依赖从驾驶舱目视观察来发现风切变。虽然风切变本身不会被目视观测，但是它形成的效果是可以被观测到的。
1）夜晚，闪电也许是唯一的目视线索
2）白天，以下线索可以为飞行员提供一定的参考:

预防
预防措施应充分考虑推力、跑道、襟翼、速度、自动设备的影响，做出合适的选择。在很多情况下，飞行员需要仔细权衡，选择当前最佳预防措施。
1）起飞时，避免在阵风期间抬轮。如果VR附近遇到阵风，如空速指示迟钝或空速指示急增，瞬间延迟抬轮。这一稍微延迟抬轮可使飞机有额外的时间在阵风中加速，并且增加的空速能提高机尾离地裕度。不要过早抬轮或使用比正常抬轮率大的速率来试图离地和减小阵风的影响，因为这样会降低机尾离地裕度。按需限制驾驶盘的输入，保持机翼水平。过量使用驾驶盘增加扰流板放出量，导致机尾离地高度减小。所有这些要素提供了最大的能量，使飞机在阵风中增速的同时保持了飞机在离地时的机尾离地高度。在此点飞机处于带有侧滑的杆舵交叉状态。离地后慢慢使驾驶盘和方向舵回中，可使飞机缓慢平稳地从侧滑中改出。

2）进近和着陆

3、改出

4、1）风切变警戒：

2）风切变警告

注：起飞滑跑过程中遇到风切变:
如果在V1前遇到风切变，在V1时执行中断起飞则跑道长度可能不够。速度达到VR时，以正常速率抬轮至15度俯仰姿态。一旦升空，执行风切变脱离机动飞行。
如果在接近正常抬轮速度时遇到风切变并且空速突然下降，也许剩余的跑道不足以加速至正常起飞速度。如果没有足够长的跑道让飞机停止，即使空速很低，也要在距离跑道末端至少2,000英尺处正常抬轮。在剩余跑道上需要高于正常姿态离地。确保调定最大推力。（当跑道边灯由白色变为黄色时，代表剩余跑道长度为2000英尺）
3）进近中的风切变警戒

4）进近中的风切变警告

5）不可接受的飞行轨迹偏离
不可接受的飞行轨迹偏离是指1000英尺AGL以下，正常稳定的飞行状态发生不可控制的变化，超出下列任一情况：
15海里/小时指示空速
500英尺/分钟垂直速度
5°俯仰姿态
偏离下滑道 1 个点
在较长一段时间内，油门杆位置不正常。
6）风切变脱离机动飞行

备注：随着空速的减小，向后的带杆力会增加。在所有情况下，导致间歇抖杆或起始抖振的俯仰姿态是俯仰姿态的上限。可能要求间歇性抖杆飞行，以获得足够的地形间隔。柔和、稳定的操纵可避免俯仰姿态过量或失速。
注：如果EEC在正常方式，将推力手柄前推到底可获得最大推力。如果即将触地，将推力手柄前推到底。
不要超出俯仰限制指示。
如果TO/GA不可用，脱开自动驾驶和自动油门，人工飞行。
警告：严重风切变可能超出AFDS的性能。 准备断开自动驾驶和自动油门并人工飞行。
（十）风切变的知识点
1、风切变中指引的工作原理
自动驾驶仪与飞行指引仪，提供可靠的修正动作，来抵消大多数风切变。自动油门系统用对速度的任何增、减提供快速响应的方法，也对风切变改出进行支援。一般飞行员会认为指令的动力等级超出必要值，但实际上是情况所需要的动力。
起飞或复飞
当用F/D起飞或复飞时，如遭遇风切变，F/D俯仰指令杆将提供指令以保持目标速度，直到垂直速度降至约+600英尺/分钟。此时，F/D俯仰杆指令15度上仰姿态。如垂直速度继续下降，F/D继续指令一个15度的俯仰姿态，直到达到大约的抖杆速度。它随后指令俯仰姿态，这将导致抖杆器间断性的工作。在飞机通过风切变的情况时，F/D程序将被颠倒过来。当爬升率增至高于约+600英尺/分钟，F/D指令俯仰姿态，其结果是加速回到目标速度。当A/P或F/D复飞时，A/P与F/D二者均以类似的方式工作。
进近和着陆
当做ILS进近时，如遭遇风切变，F/D与A/P均力图保持飞机高度或在截获下滑道后保持下滑道，而不考虑迎角或抖杆器的限制。如果飞行员不采取按压TO/GA电门或断开自动驾驶而进行人工飞行的干涉措施，空速可能会低于抖杆速度并且进入失速。
2、风切变机动飞行时，如何判断飞机脱离风切变？PFD上的目视警告显示是否可以作为相应的依据
PFD上显示的“WIND SHEAR”目视警告信息，在1500ft AGL下激活显示，语音报警只激活一次，但是目视警告信息会一直持续到飞机脱离该次风切变；该警告信息一旦1500英尺一下被激活，在整个风切变改出机动飞行中都有效，尽管高度已经突破1500ft AGL。
该目视警告信息可作为脱离风切变的参考依据之一，但不可以作为唯一依据，建议必须还要根据飞机的实际飞行状态进行综合判断，因为前方的飞行条件未知，飞机有可能会进入另一个风切变。
综合波音意见和手册信息，脱离风切变后的操作:
风切变警告消失后(包括驾驶舱语音警告和 PFD下方红色WINDSHEAR目视警告)，不可接受的飞行轨迹偏离不再继续，并且速度和上升率开始明显增加，机组确认飞机正在恢复正常飞行时，可认为飞机已脱离风切变：
3.进近风切变（防止襟翼超速）

4、脱离风切变后的机动飞行动作
风切变机动飞行时超出襟翼限制速度是可接受的，脱离风切变以后进行正常的复飞动作程序，经证实，脱离风切变后增速收襟翼时，波音不建议收油门来避免超速的情况，特别是在高度较低时，因为前方气象条件未知，有可能会使飞机进入另一个风切变，只是及时的控制飞机姿态，根据速度收襟翼，根据正上升率收起落架执行正常的复飞程序。
5、起飞滑跑时遭遇顺风切变，空速不增加，飞行员延迟抬轮时机，最晚于跑道末端2000ft时抬轮，这样在高原机场大重量高温时，很容易造成轮胎超速，该如何应对？
首先是跑道末端2000ft英尺抬轮，对于足够长的跑道，不一定要到跑道末端2000英尺速度就满足了，但是对于超轮速的情况，波音性能代表和飞行员的相关解释是飞机的轮速涉及已经考虑到该问题，飞机的验证限制大约达到当前轮速限制的1.4倍左右，确定可以提供足够的安全裕度，起飞后正常执行程序即可。
爆胎的情况，飞行员可以第一时间感觉到，所以当出现爆胎的情况时，建议飞行员根据实际状态选择是否收上起落架。
6、非正常机动飞行-风切变 “改平机翼的同时抬机头至起始俯仰姿态15°”，如何理解“起始俯仰姿态15°？是始终保持还是要参考升降速度指示，在低高度和高高度有什么区别？
检查单机动飞行章节很明确，按检查单执行。15°为起始姿态，不是要求始终保持15°姿态，风切变改出允许间歇性抖杆，不能持续抖杆。在临界的低高度情况下，如果可能以空速换取高度。