氣溫氣壓對(duì)飛行的影響

1、氣溫氣壓對(duì)飛行的影響毫業(yè)孺索航空氣象/AERONAUTICALMETEOROLOGY號(hào)溫號(hào)壓勸行EIW-J1INimpactonAviationofAirTemperatureandAirPressure民航華北空管局氣象中心李春生隨著我國(guó)由計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)變,全國(guó)各行各業(yè)都比較注重經(jīng)濟(jì)效益.民航航空飛行也不例外.掌握科學(xué)知識(shí),充分利用氣象條件,在保障安全的前提下,以最小的代價(jià)取得最大的經(jīng)濟(jì)效益,是民用航空發(fā)展的必然趨勢(shì).本文就氣溫,氣壓等氣象要素對(duì)航空飛行和經(jīng)濟(jì)效益有什么影響進(jìn)行討論,以供民航航空公司和有關(guān)部門參考.一,氣溫和氣壓對(duì)飛機(jī)起飛和著陸的影響大家都知道,飛機(jī)在實(shí)施航空飛行任務(wù)

2、時(shí),首先遇到的就是飛機(jī)的起飛和著陸.然而飛機(jī)的起飛和著陸,在很大程度上取決于大氣狀態(tài)的物理特性.掌握的好,就能順利實(shí)施航空飛行任務(wù),如果弄不好,就會(huì)危及航空飛行安全,以致造成飛行事故,給人民和國(guó)家的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)重大損失.因此,了解和掌握氣溫和氣壓對(duì)飛機(jī)起飛和著陸的影響有重要意義.(一)氣溫和氣壓對(duì)飛機(jī)起飛的影響飛機(jī)要起飛,必須使飛機(jī)的升力大于重力.飛機(jī)速度最小時(shí),兩個(gè)力(升力和重力)已經(jīng):達(dá)到平衡.但是,飛機(jī)以最小速度離地是很危險(xiǎn)的,因?yàn)轱w機(jī)可能會(huì)失去穩(wěn)定性和操縱性,甚至造成機(jī)毀人亡的嚴(yán)重飛行事故.因此,渦輪噴氣式飛機(jī)的規(guī)定離地速度,比最小速度要大l0%15%.在保證飛機(jī)安全離地的條件下,與飛

3、機(jī)迎角響應(yīng)的升力系數(shù),我們用cY表示.根據(jù)重力和升力的平衡條件,可以寫/器從公式可以看出,氣溫升高能使飛機(jī)離地速度增人,而氣壓升高,則起相反的作用,使離地速度減小.氣溫和氣壓的劇烈變化,能使飛機(jī)起飛離地速度發(fā)生很大的變化,而離地速度又影響滑跑速度和全部起飛距離.在從長(zhǎng)度有限的跑道上起飛或飛機(jī)負(fù)荷最大時(shí),這一點(diǎn)特別值得注意.飛機(jī)起飛滑跑時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)推力的變化對(duì)飛機(jī)滑跑距離也有影響.當(dāng)溫度升高時(shí),推力減小,飛機(jī)加速減慢,因而當(dāng)增加到離地所需要的速度時(shí),飛機(jī)沿跑道已滑跑了很長(zhǎng)一段時(shí)間.氣壓降低也能使推力減小.離地速度的增大和推力的減小,會(huì)導(dǎo)致在大氣物理狀態(tài)變化時(shí)飛機(jī)的起飛性能發(fā)生很大的變化.而且,由于

4、推力減小,起飛滑跑加速也減小,這對(duì)飛機(jī)起飛滑跑的影響比離地速度增大的影響要大一倍左右.對(duì)于大多數(shù)噴氣式飛機(jī),在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)不變的情況下,氣溫每升高10,離地速度變化1.75%,氣壓變化l0毫米汞柱,離地速度變化0.65%.為了更好地理解所引用數(shù)據(jù)的意義,我們指出,上述各種起飛性能的變化,等于飛機(jī)起飛重量變化3.5%.簡(jiǎn)單地說,氣溫升高10,對(duì)渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)代運(yùn)輸機(jī),商務(wù)滿載大約要減少2000公斤.如果考慮空氣密度的變化,噴氣式飛機(jī)起飛滑跑距離可用近似公式表示:TL起飛滑跑=雩監(jiān)空氣相對(duì)密度由此公式可以看出,在起飛時(shí)該機(jī)場(chǎng)空氣密度的變化,對(duì)起飛滑跑距離有很大的影響.在山區(qū)機(jī)場(chǎng)起飛時(shí),考慮到這

5、一點(diǎn)特別重要.例如,在位于海拔1000m高度的機(jī)場(chǎng)上,噴氣式客機(jī)的起飛滑跑距離比標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下海面高度的起飛46空中交通管理2006年第l2期航空氣象/AERONAUTICALMETEoROLOGY滑跑距離人O.33倍,即大33%.(二)氣溫和氣壓對(duì)飛機(jī)著陸的影響當(dāng)大氣物理狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),飛機(jī)著陸性能同樣也會(huì)受到很大的影響.飛機(jī)著陸速度公式與離地速度公式是一樣的,只是把cY離地改為cY著黼.根據(jù)計(jì)算,氣溫變化3C,著陸速度變化1%時(shí),著陸速度大致也變化1公里/小時(shí).為了便于比較,我們指出下面一點(diǎn),當(dāng)飛機(jī)著陸重量變化1%時(shí),著陸速度大致也變化1%.氣溫對(duì)著陸滑跑距離的影響,可用下面公式確定:L著

6、陸滑跑=L著陸滑跑,標(biāo)準(zhǔn)(a+bAT)式中L著陸滑跑矛口L著陸滑跑,標(biāo)準(zhǔn)分別為在實(shí)際溫度T條件下和標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的著陸滑跑距離;a和b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù).估算表明,實(shí)際氣溫與標(biāo)準(zhǔn)氣溫偏差1O,著陸滑跑距離大約變化3.5%.飛行員在著陸滑跑過程中,根據(jù)飛機(jī)所在高度以及離”T”字布的水平距離,進(jìn)行目測(cè)判斷,稱著陸目測(cè),簡(jiǎn)稱目測(cè).飛行員發(fā)現(xiàn)有“早晨目測(cè)易低,中午目測(cè)易高”的規(guī)律,這與氣溫有關(guān).中午氣溫高,空氣密度小,保持同一表速,真速必大.這不但導(dǎo)致平飄速度增大,而且導(dǎo)致平飄時(shí)間加長(zhǎng).因此平飄距離延長(zhǎng),造成目測(cè)高,超過規(guī)定距離接地.還有氣溫高,跑道面的升氣流強(qiáng),下滑距離和平飄距離都隨之延長(zhǎng),也促成目測(cè)偏高.

7、同理,早晨氣溫低,目測(cè)也易偏低.需要特別強(qiáng)調(diào)指出的是,飛機(jī)起飛和著陸定要根據(jù)當(dāng)時(shí)地面氣溫,場(chǎng)面氣壓情況,嚴(yán)格進(jìn)行計(jì)算,防止發(fā)生意外.例如1985年6月7日美國(guó)某航空公司架飛機(jī)在著陸時(shí),由于重量大,氣溫高,飛機(jī)沖出跑道.又如1989年2月8日美獨(dú)立航空公司一架B707飛機(jī),在亞速爾馬麗亞機(jī)場(chǎng)進(jìn)近時(shí),地面報(bào)錯(cuò)場(chǎng)壓,將1019hPa錯(cuò)報(bào)成1027hPa,致使飛機(jī)撞在高地墜毀,機(jī)上144人死亡.我國(guó)軍民航都有過因報(bào)錯(cuò)場(chǎng)壓險(xiǎn)些導(dǎo)致飛行事故的案例.因此,不管是航空公司還是氣象部門,都必須認(rèn)真對(duì)待這些問題,決不可麻痹大意,掉以輕心,否則造成的惡果將是非常嚴(yán)重的.二,氣溫和氣壓對(duì)飛機(jī)升限的影響飛機(jī)升限是飛機(jī)最

8、重要的飛行技術(shù)性能之一.在一定的飛行狀態(tài)下,飛機(jī)能夠上升的最大高度,叫做飛機(jī)升限.飛機(jī)升限與大氣物理狀態(tài)有關(guān).正確地確定飛機(jī)升限,對(duì)于更好地利用飛機(jī)的飛行技術(shù)數(shù)據(jù),提高空運(yùn)的經(jīng)濟(jì)效益以及保障飛行安全,都是很重要的.飛機(jī)升限分為靜升限和動(dòng)升限.靜升限是指以固定速度進(jìn)行水平飛行的最大高度,動(dòng)升限是指在保證飛機(jī)不失去操縱性和安定性的條件下,飛機(jī)從稍低于靜升限的某高度,用最大速度躍升所能達(dá)到的最大飛行高度.在飛機(jī)升限附近飛行,因?yàn)槿剂舷牧侩S高度減少,因而航程增大.但飛行高度越高,迎角越大,飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性就越差.正確地確定飛機(jī)升限并掌握氣象條件對(duì)升限的影響,對(duì)于更好地利用飛機(jī)的飛行技術(shù)數(shù)據(jù),提高

9、空運(yùn)的經(jīng)濟(jì)效益,保證飛行安全具有重要意義.在飛行速度不超過10001200公里/小時(shí)的情況下(這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)推力與飛行速度關(guān)系不大),推力與氣壓,氣溫,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系為:P2=P(一)().f1l2nl下標(biāo)l,2分別表示起始高度和新高度,P和P分別為起始高度和新高度上的推力.設(shè)渦輪噴氣式飛機(jī)在l1000米高度上進(jìn)行水平行,T1=216.5K,此時(shí),推力和空氣阻力相互平衡.如果飛機(jī)進(jìn)入高溫區(qū)(如T2=241.5K),那么推力減小,ll機(jī)開始掉高度.假設(shè)氣壓不變,則:()=0.85r1l2也就是說,推力減小15%.飛行員為了恢復(fù)飛行狀態(tài),必須增大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù).本例中,需增大5.5%.但是,轉(zhuǎn)數(shù)并非總是

10、能增大到所需程度的.為此,飛行員不得不降低飛行高度,使推力重新等于空氣阻力.如氣溫不變,則=r1o.85,即推力與氣壓成比例地rI增大.當(dāng)氣溫隨高度降低而升高時(shí),推力雖然也增大,但要緩慢得多.在某一高度:,推力等于阻力,恢復(fù)了平飛狀態(tài).為了確定這一新的高度(升限),根據(jù)推力不變的條件,設(shè)空速表示度不變,魯=魯()(詈.如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)不變,有=1.177.如果rl在9000米高度上飛行,氣壓P1=230毫米水銀柱(即=306.04hPa),則新高度上的氣壓P2270毫米水銀柱(即=359.97hPa),這相當(dāng)于高度變化大約1000米.簡(jiǎn)言之,當(dāng)在接近升限高度上飛行時(shí),氣溫升高IOC.如l5l行速度

11、不變,飛機(jī)要掉高約500米.這樣大的溫度變化,在航程超過20003000公里,特別是南北向飛行時(shí),是不難遇到的.AirTrafficManagement/2006(12】47毫業(yè)搽索航空氣象/AERONAUTICALMETEOROLOGY如果飛行高度比升限低得多,當(dāng)剩余推力足夠時(shí),飛行員可以改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)保持規(guī)定的飛行高度.由于氣溫會(huì)使飛機(jī)升限高度發(fā)生顯著變化,故為了保障飛行安全,應(yīng)根據(jù)具體的飛行條件確定飛行的安全高度.此時(shí),首先必須考慮實(shí)際氣溫與標(biāo)準(zhǔn)氣溫的偏差.因此,在供高空飛行用的天氣預(yù)報(bào)中,必須指明氣溫的正偏差.三,氣溫和氣壓對(duì)飛機(jī)燃料消耗的影響飛機(jī)的燃料消耗是民航各航空公司計(jì)算運(yùn)營(yíng)成

12、本的一項(xiàng)重要內(nèi)容,也是一個(gè)重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo),航空公司的利潤(rùn)率之一就是由這個(gè)指標(biāo)決定的.單位時(shí)間內(nèi)飛機(jī)產(chǎn)生單位推力需要的燃料量,叫做燃料消耗率,是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的重要指標(biāo).續(xù)航時(shí)間取決于小時(shí)燃料消耗量C小時(shí).渦輪噴氣式飛機(jī)小時(shí)燃料消耗量,與飛機(jī)平飛時(shí)燃料消耗率和需用推力的關(guān)系式為:C小時(shí)=CeP需用(31).從相似理論可以導(dǎo)出小時(shí)燃料消耗量與大氣條件氣壓(P),氣溫(T)的關(guān)系:13r塒小讎彘V(32)式中的c小時(shí)和c小時(shí),標(biāo)準(zhǔn)分別為實(shí)際條件下和標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的小時(shí)燃料消耗量.因?yàn)轱w機(jī)高度是按氣壓高度表給定的,所以P=P標(biāo)準(zhǔn).于是公式(32)就成為:廠C小時(shí)=C小時(shí),標(biāo)準(zhǔn),/Vl標(biāo)準(zhǔn)(33)從

13、公式(32)和(33)可以看出,當(dāng)氣壓和氣溫下降時(shí),小時(shí)燃料消耗量是減少的.計(jì)算表明,如果氣溫變化3O(例如,由冬季轉(zhuǎn)為夏季,或相反),小時(shí)燃料消耗量變化5%6%.為實(shí)施一定距離的飛行(沿航線)所需要的燃料量,決定于公里燃料消耗量c公單.公里燃料消耗量與小時(shí)燃料消耗量之問存在著一個(gè)簡(jiǎn)單的關(guān)系,即:c=M數(shù)相同時(shí),不管氣溫如何變化,公里燃料消耗量不變,即:L:塵時(shí)壘里C標(biāo)準(zhǔn)公里Vc4,時(shí),標(biāo)準(zhǔn)=盟皇握握C小時(shí),標(biāo)準(zhǔn)aM廠一/,/平式中a標(biāo)準(zhǔn)為音速,Vc/J,H,t,標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)巡航速度.這是因?yàn)?當(dāng)氣溫變化時(shí),水平飛行速度的變化與小時(shí)燃料消耗量的變化具有相同的關(guān)系.因此,當(dāng)M數(shù)己定,并按氣壓高度表

14、保持高度飛行時(shí),航程為一常數(shù).但是,如果氣溫升高或降低時(shí),飛行高度改變的話,那么,即使M數(shù)不變,公里燃料消耗量也會(huì)有很大的變化.在高空飛行時(shí)(平流層),由于氣溫明顯升高,為了保持飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性,避免飛機(jī)進(jìn)入臨界迎角,常常不得不降低飛行高度.而轉(zhuǎn)入較低的高度層飛行時(shí),由于氣溫升高,公里燃料消耗量能增加15%以上.為了達(dá)到最大航程,最好在水平飛行的最大容許高度上I5I行.因?yàn)樵谶@種情況下,公里燃燒量最小.四,氣溫對(duì)飛機(jī)載重量的影響飛機(jī)的載重量受氣溫變化的影響很大.當(dāng)氣溫高于標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度時(shí),空氣密度變小,產(chǎn)生的升力也小,因而載重量減小;反之,低于標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度時(shí),空氣密度變大,載重量增加.假定飛

15、機(jī)起飛滑跑距離為常數(shù),摩擦力與推力相比很小時(shí),在標(biāo)準(zhǔn)狀況下溫度為時(shí),飛機(jī)總重量為w.,發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部和外部溫度比值為a,實(shí)際溫度為T時(shí)的總重量為w,則噴氣式飛機(jī)W=W.rl三(),螺旋槳飛機(jī)W=W.l廠,/(卜1).V_d一上l對(duì)于120噸重的噴氣式飛機(jī),在氣溫3O時(shí)必須比15時(shí)減少7噸載重量,在0時(shí)則可增加8噸載重量.對(duì)于25噸重的螺旋槳飛機(jī),若發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的溫度為外部溫度3倍(a=3),在氣溫3O時(shí)要比15時(shí)減少0.9噸載重量,在O時(shí)則町增加1噸載重量.由于氣溫對(duì)載重量和滑跑距離影響很大,國(guó)際民航組織建議在飛機(jī)起飛前兩小時(shí)對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口高度的氣溫預(yù)報(bào)要精確到2C.長(zhǎng)距離飛行的飛機(jī),要利用這個(gè)預(yù)報(bào)