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我国国内对有关民用航空间隔标准理论的基础研究还处于刚起步的阶段，我国的民航运输业的发展也只是在近三十年内的事情，由于民航事业起步较晚，民航运输业的发展程度较低，同航空大国相比，无论是运输业实力方面还是在航空科研实力方面，可以说都还是刚刚才起步，大部分的管制方法和管制规定都是直接参考国际民航组织的文件，没有进行独立的科学依据和理论研究，暂时还无法形成一个完善的空中交通管制基础理论体系；即使民航管理部门感到现行的民航管理规定存在一些问题，却因为没有自己独立的基础研究理论而无法拿出一个安全、合理的方案依据；目前国内大多数的研究人员的注意力也大都放在诸如空中交通流量控制等实效性较强的研究上，而对于间隔的基础理论研究方面相对要少一些。

国内虽然在一些航空院校和研究所对飞机的尾流流场作过相关的研究，如北航的刘宝杰的博士论文就是研究的尾涡的流场流动机制及相关应用，但大部分研究主要是从空气动力学的角度出发去分析和研究单机的流场，并没有将相关的特性与民用航空飞行的间隔标准联系起来，涉及飞机最小尾流间隔标准方面的研究还是空白；另外有关的空军部门也对尾流的问题作过相关的研究，不过他们重点关心的是战斗机在空中紧密编队飞行时，长机的尾流对僚机飞行性能的影响，与民航的飞行环境迥然不同。导致这种状况的原因是多方面的，最主要的原因是国内的航空运输量虽然已经有了长足的进展，但远远还未达到类似美国飞行流量的等级，同时由于空管体制的原因，还存在大量的空域资源未被充分的利用；在出现流量控制、航线拥挤的情况下，可以采取多种手段进行调整，还没有必要对最小尾流间隔标准进行修改和调整；但是随着全球经济一体化的加快，中国加入世贸组织后，在可以预见的几十年内，国内的航空运输市场将会迅速增长，现在使用的间隔规定和标准将会进一步制约飞行流量的大幅度的增长，使得有关间隔标准的理论研究将变得越来越迫切。

1.3  本篇研究目的和内容

本篇研究的主要目的就是对空中交通中的最小尾流间隔标准进行分析和研究，采用理论分析和统计数据分析相结合的方法，对进近着陆中的尾流遭遇过程建立基本的数学模型，并且利用FAA的数据资料进行模型的计算，并验证其合理性。

本篇的主要内容包括：首先简单的介绍一下研究内容和方向；然后对尾流的形成与消散特性以及尾流对飞行安全造成的不同影响进行详细的分析，之后则对目前实行的几个不同的最小尾流间隔标准（国际民航组织ICAO的标准，美国联邦航空局FAA的标准，英国航空管理局CAA的标准）进行仔细的比较和分析，在此基础上提出几条尾流间隔标准应当遵循的准则，并且给出一种改进的尾流间隔标准中的机型尾流分类法。接着通过引入滚转比例系数，简化相关的分析，建立尾流危险遭遇的基本数学模型和简单的尾涡消散模型，并对基本模型进行了分析和改进，确定在给定的时间间隔内前后机发生危险遭遇的概率值的计算方法。而且在此分析的基础上对不同机型的尾流分类的合理性进行仿真计算和分析。在本篇的最后，对所作的工作做了概括性的总结，并提出了不足之处和一些改进的建议。

 

第二章 尾流的形成与消散

在空中交通中，尾流是指飞机在空中飞行时在机翼后方所形成的两个强度相等的、旋转方向相反的空气漩涡，其形成和消散的过程相当复杂；并且正是尾流的存在给后面跟进的飞机造成安全上的潜在威胁；下面分别从尾流的形成机理，包括其流场形成的简单原理及表现形式，尾流的消散机理以及尾流对飞行安全的影响等几个方面来进行分析和研究。

2.1    尾流的形成机理

尾流的英文是wake turbulence（在有些文章中翻译成尾流紊流度），与其含义相同的另一个单词是尾涡（wake vortex）；略有不同的是，尾流是用来描述这种空气漩涡对于后机的影响程度，表现的是对于周围大气环境的影响；而尾涡则是从空气漩涡的内在特性来说明这种现象，实际上二者说明的是同一种事物，只不过在不同的场合应用而已。在国际民航组织(ICAO)的相关文件中更多的是使用尾流（wake turbulence），小部分场合使用尾涡（wake vortex）;在本论文中也是类似，在大多数情况下是使用“尾流”，在另外一些需要对其漩涡特性进行强调的地方，仍然使用“尾涡”。

 

图2-1 尾涡形成的简单示意图

2.1.1    尾流形成的简单原理及表现形式

尾流的形成是飞机获得升力的同时形成的；由空气动力学可知当三维机翼产生升力的同时，下翼面的压强高于上翼面，在两个翼尖处的气流就会由下翼面绕过翼尖流到上翼面，同时仍具有相对向后流动的速度，其结果是在两个机翼后方形成两个漩涡，漩涡中的气流一边旋转一边向后流动，而且两个漩涡的旋转方向相反；因此有时也称之为翼尖涡流 （见图2-1）。由于漩涡相互之间的诱导作用和重力的原因，漩涡形成之后一边旋转扩散，一边以一定的速度下降，两个漩涡的中心间距约为翼展的70-90%；经观察发现在低湍流、较为稳定的大气中，尾涡在下降扩散的过程中中心的间距几乎保持不变，而在低高度有侧风和地面效应的作用，尾涡的运动方式则有所变化。（如图2-2、2-3所示）

 

图2-2 无风情况下尾涡近地面层运动示意图

 

图2-3 侧风情况下尾涡近地面层运动示意图

2.1.2    尾涡的速度分布规律及尾涡核

在空气动力学上可以从横截面上将每一个漩涡近似的看作位于原点的一个点涡的流动的理想情况来研究。如图2-4所示，流场的流线是一些同心圆，互不相交，流速只有切向速度 ,在这个流场内速度分布规律为：

        (2-1)

其中 定义为点涡的强度，切向速度与离中心的距离 成反比。                                      图2-4理想点涡的流场图   

这个点涡其实应该看作是一根在z方向上无限长的直涡线。涡本来是有旋流，但像这样的理想情况下一根单独的涡线所产生的流场，除了真正的涡心那一条线（在平面里就是一点）之外，其余的地方仍然是无旋流。因此从理论上讲，对于平面内任何形状的围线，只要这个围线把点涡包围在内，其强度应该不变。在实际的尾涡中，由于周围的空气的粘性作用，强度是随着半径的增大而减小的。