基于数据同化的飞机尾流行为预测

沈 淳 李健兵* 高 航 陈柏纬 韩启光 王雪松

①(国防科技大学电子科学学院 长沙 410073)

②(香港天文台 香港 999077)

1 引言

飞机尾流是机翼上下表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)，是飞机飞行时产生升力的必然产物，具有空间尺度大、持续时间长、旋转强烈等特点。在航空安全管制方面，飞机尾流会对后续进入起飞/降落滑道或预定航线的飞机造成影响，可能发生颠簸、横滚，乃至失去控制。在大气物理方面，飞机尾流的存在会改变大气中水的相态，产生凝结尾迹、管道云等自然现象，甚至可能影响地球热辐射和小范围的天气[1]。飞机尾流的特性、探测和演化规律研究已成为当前空中交通安全管制、大气物理等领域共同关注的前沿科学问题。

图1 飞机尾流形成示意图Fig.1 Illustration of aircraft wake vortex

在空中交通管制领域，为了避免飞机因遭遇前机产生的飞机尾流而发生事故，国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)于20世纪70年代针对不同飞机的起飞重量规定了相邻两架飞机起飞/降落的最小安全距离，但这些规则比较保守，很大程度上限制了机场的起降容量[2–4]，难以满足航空业快速发展的需求。欧美等国家在此基础上开展了飞机重分类(Recategorization,RECAT)[5,6]研究并形成适合当地地形和气象环境条件的分类体系。中国民航引入了欧美飞机重分类并开始在广州和深圳机场试运行，但欧美RECAT规则主要针对欧美机场运行需求开发，具有地形和气象环境条件约束，我们对该规则背后物理规律的认识还不充分。……