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2018

飞机杀手——可怕的风切变(原创.时评.科普)

——写在首航JD5759飞机惊心备降之后

沈海军

2018年8月28日,北京首都航空JD5759航班A320飞机紧急备降深圳机场,这一惊心动魄的消息刷爆了朋友圈。之所以说“惊心动魄”,是因为这架飞机备降时无前机轮、通讯设备出现故障,且发动机受损,然而却依然能成功降落,机体无明显“外伤”,所有人员也安然无恙。

报道称,此前飞机首先降落飞澳门机场,降落时遭遇强烈风切变,导致机轮受损,无奈飞机复飞,最后备降深圳。“无机轮、通讯故障,发动机受损,人机无恙”,有惊无险,真是奇迹,大家无不为机组人员高超的飞行技术点赞。

作为一名航空从业者,刚才朋友圈里还有人请教我,什么是风切变?风切变怎么能使飞机机轮脱落,这到底是咋回事?这里,让我们不妨来谈谈这个话题。

 一、JD5759航班事件始末

首先让我们来回顾一下JD5759航班事件的始末。

2018年8月28日上午 8时17分,北京首都航空JD5759航班北京起飞,飞往目的地澳门。飞机型号A320,编号B-6952。机组9人,旅客157人。

11时20分,飞机在澳门机场降落;降落时飞行员感到飞机突然下沉着地,疑似遭遇风切变,于是紧急复飞。此次重着陆中前起落架严重受损。一般情况下,飞机后边的两组“强壮”的主轮先着地,但这次有可能是前轮和主轮同时着地,前起落架较“单薄”,导致轮毂和机轮受损脱落,见图1。

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图1前起落架轮胎和破损零件

复飞过程中,受损严重的前起落架碎片被左边发动机吸入,进而造成左边发动机受损失效,见图2。从图中可以看出,发动机的压气叶片边缘被打得稀烂。

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图2 左压气叶片边缘被打得稀烂

11时23飞机先后挂出7600和7700紧急代码,7600表示通讯设备出现故障,飞机卫星电话失灵;7700表示飞机遇到紧急状况。此时,飞机已进入运行控制中心(AOC)监控状态。

11:30启动应急。AOC通过ACARS(飞机通信寻址/报告系统)联系,保持持续监控。机组初步反馈:飞机澳门落地时遭遇极端天气,初步判断为风切变,风向变化0-100,落地时一个起落架受损,可能吸入发动机,飞机复飞,通信导航系统失效,单发失效。

随后,机组使用备用导航系统,宣布mayday(着陆前宣布紧急状况常用语),飞机前往深圳备降,并在深圳机场做第一次低空通场,以检查起落架及机轮情况。

下面是飞机前起落架的照片,整个前起落架的下半部(含轮胎、轮毂)全没了!可想而知,落地时前起落架和跑道得形成多巨大的摩擦力。所幸,没有因此起火!甚至连机身底部也未有明显损害。

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图3本次受损的前起落架(左)和完整的飞机前起落架(右)

 11时58分,飞机安全落地深圳机场34号跑道,后发现前起落架两个机轮全部缺失。飞机在跑道上启动应急撤离,释放滑梯。

12点13分,机组、旅客全部安全、有序得完成了撤离。

目前,这架飞机已被拖到深圳机场的安全区域等待进一步调查和维修。

 二、“风切变”——飞机杀手

风切变是一种大气现象,指风向和风速在空中水平或垂直距离上的突然变化。风切变是导致飞行事故的重要因素之一,特别是低空风切变对飞机起飞和着陆安全威胁巨大,不仅能使飞机航迹偏离,而且会破坏飞机的稳定性。如果飞行员判断失误或者处理不当,常会带来严重后果。

风切变通常是由冷暖气团交界面(锋面)、雷暴、复杂地形和地面摩擦效应等因素引起的,常分为以下几种:

1)水平风的水平切变,即水平风向或风速在水平距离上的变化;

2)水平风的垂直切变,即水平风向或风速在垂直距离上的变化;

3)垂直风的切变,即垂直风(升降气流)在水平或航迹方向上的变化。

其中危害性最大的是下冲气流,属于垂直风切变的一种形式,表现为一股强烈的下降气流。如图4所示,强烈的下降气流存在一个有限的区域内,并且与地面撞击后转向与地面平行而变成为水平风,风向以撞击点为圆心四面发散,所以在一个更大一些的区域内,又形成了水平风切变。如果飞机在起飞和降落阶段进入这个区域,就有可能造成失事。比如,当飞机着陆时,下滑通道正好通过下冲气流,那么飞机会突然地非正常下降,偏离原有的下滑轨迹,有可能高度过低造成危险。当飞机飞出下冲气流后,又进入了顺风气流,使飞机与气流的相对速度突然降低,由于飞机在着陆过程中本来就在不断减速,我们知道飞机的飞行速度必须大于最小速度才能不失速,突然的减速就很可能使飞机进入失速状态,飞行姿态不可控,而在如此低的高度和速度下,根本不可能留给飞行员空间和时间来恢复控制,从而造成飞行事故。

而本次JD5759航班极有可能就是遇到了上述的下冲气流。概括起来便是:突如其来的下冲气流将正在着陆的JD5759航班粗鲁地拍到地上;紧接着前起落架不慎先着地,沉重的地面撞击和摩擦力导致前起落架机轮、轮毂等损坏、脱落;一些脱落的零件被吸入左发动机内……

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图4 下冲气流示意图

 三、“风切变”,如何防范

据统计,风切变飞行事故大多发生在300米以下的起飞和着陆飞行阶段,尤其以着陆阶段为甚,约占78%。风切变说到底是一个飞机能量控制问题。如当遇到使飞机性能降低的风切变时,飞机如具有机动的能量能加速以克服风切变而改出,且飞行空间足够,就可以转危为安。若飞行高度低,机动能量余量不足,飞机抗拒不了突然袭来的风切变,则只能失速掉高度以致坠机。反之,飞行高度较高,飞机机动能量余量较大,则往往不易发生事故。

由于风切变现象具有时间短、尺度小、强度大的特点,是一个不易解决的航空气象难题,属于“天灾”。目前,对付风切变的最好办法就是设法避开它,即减少“人祸”导致的因素。

为此机组人员必须做到:

1)加强风切变的识别。借助一切可用的天气数据、机载设备信息,参考飞行参数和航径信息,注意及时发现潜在的或已经存在的风切变。

2)尽量规避风切变。利用气象数据、目测观察和风切变探测设备的信息,推迟起飞或进近,或者改航到更合适的机场。

3)加强风切变教育,提高飞行员处置风切变的能力,以确保一旦遭遇风切变,飞行员能够果断操作、处理。

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沈海军 沈海军

西北工大学士(1993年)、硕士(1997年)、博士(2000年)、南京航大博士后(2002年);现任同济大学航空力学学院教授,兰州交大兼职教授,博士生导师,飞行器工程所所长。 担任《The Open Mechanical Engineering Journal》杂志编委;教育部教学指导委员会成员。中国纳米艺术第一人,中国昆虫动力飞机第一人,中国三维打印飞机成功设计与试飞第一人。
主要研究方向:飞机设计、疲劳断裂、纳米力学等。已发表论文200余篇,其中,SCI检索30篇余篇、EI检索50余篇。承担或参加过国家863、国家自然基金、航空基金等多个项目。著有《纳米科技概论》、《新型碳纳米材料-碳富勒烯》、《近空间飞行器》、《纳米艺术概论》、《航空航天概论》、《千姿百态的纳米花》等著作。
联系方式:shj@tongji.edu.cn
上海市彰武路100号,同济大学航空与力学学院,200092

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