飞机尾流的散射特性与探测技术综述

飞机尾流的散射特性与探测技术综述

李健兵* 高 航 王 涛 王雪松*

(国防科技大学电子科学学院 长沙 410073)

摘 要：飞机尾流是飞机飞行时在其后方形成的一对反向旋转的强烈旋涡，是航空安全和大气物理等领域的特别关注的研究对象，飞机尾流的特性和探测是其行为预测和危害评估等研究的基础。该文首先根据气象条件，将飞机尾流分类为晴空尾流(包括尾湍流和凝结尾迹)和降水条件下尾流(包括雨雾雪等)。然后介绍了不同气象条件下飞机尾流的动力学特性和散射特性，总体认为：晴空下的尾湍流的微波雷达散射能力较弱，但其因包括浮尘等微粒而具有较好的激光雷达散射能力；凝结尾迹及降水条件下的尾流因包括丰富的冰晶或降水粒子而具有较强的微波雷达散射能力。进一步地，针对不同气象条件，介绍了飞机尾流的激光雷达和微波雷达联合探测方案，以及相应的特征参数反演算法。最后进行了总结和展望。

关键词：晴空飞机尾流；湿性飞机尾流；激光雷达；微波雷达；特征参数反演中图分类号：TN951文献标识码：A

文章编号：2095-283X(2017)06-0653-20

引用格式：李健兵, 高航, 王涛, 等. 飞机尾流的散射特性与探测技术综述[J]. 雷达学报, 2017, 6(6): 653-672. DOI:10.12000/JR17068.

Reference format: Li Jianbing, Gao Hang, Wang Tao, et al .. A survey of the scattering characteristics and detection of aircraft wake vortices[J]. Journal of Radars , 2017, 6(6): 653-672. DOI: 10.12000/JR17068.

1 引言

飞机尾流是飞机飞行时因机翼上下翼面压力差而在其后方形成的一种反向旋转的强烈气流(如图1所示)[1]，具有空间尺度大(横向上百米量级，纵向上千米量级)、持续时间长(数分钟至十几分钟)、旋转强烈(切向速度可达几十米每秒)等特点，在航空安全和大气物理等领域涌现出诸多重要的研究需求。

首先，飞机尾流是航空安全领域特别关注的问题。由于飞机尾流是一种强烈的非规则气流，其对后续飞机的飞行安全具有严重影响，可能发生翻滚、抖动、失速等，如图2所示。据美国国家交通安全委员会的统计，1993年到2000年间美国境内约三分之一的航空事故与尾流相关[2]；另外，美国航空公司一架Airbus A300客机于2001年11月在纽约肯尼迪机场起飞后不久坠毁，导致265人死亡，即是因为前机尾流影响所致，这也是美国迄今第二大航空事故。为了减小此类事故发生的概率，国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)根据机型、起飞重点和尺寸制定了两架飞机起飞和降落的最小安全距离。该规则虽然可以在很大程度上保证每架飞机的安全，但往往过于保守，限制了机场跑道的起飞密度。为在保证飞机飞行安全的前提下有效提升机场的起降容量和降低飞机晚点率，亟需发展飞机尾流的探测和危害评估方法，以对飞机的起降进行实时调整；这亦是欧洲统一天空空管计划[3](Single European Sky ATM Research,SESAR)和美国下一代航空运输系统[4](Next Generation Air Transportation System, NGATS)等重大科技计划的重要组成部分，中国民航近年来也提出了类似的空中交通管理系统计划[5]。当前，飞机尾流的研究引起了法国Thales 公司，法国国家航天航空研

收稿日期：2017-07-05；改回日期：2017-10-25；网络出版：2017-11-16*通信作者： 李健兵 jianbingli@https://www.wendangku.net/doc/e57540905.html, ； 王雪松 wxs1019@https://www.wendangku.net/doc/e57540905.html,

基金项目：国家自然科学基金(61771479, 41375040, 61490649)Foundation Items: The National Natural Science Foundation of China (61771479, 41375040, 61490649)

图 1 飞机尾流示意图

第6卷第6期雷 达 学 报Vol. 6No. 62017年12月Journal of Radars Dec. 2017

DOI: 10.12000/JR17068

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