在这一起准事故中,据分析称当时高度7000-8000米左右,尚未进入平流层。并且当时天气晴朗,事发突然。根据分析中的说法,这叫做“晴空颠簸”。有旅客说,自由下落数十秒,这基本上不太可能,属于过度夸张。要知道20秒自由下落可以下降近2000米,30秒则可达到近4500米。以本人乘坐飞机时遇到的接近失重2秒经验,部分旅客已经开始尖叫。若失重10秒,估计会各种心脏病,狂哭直至旅途结束。有旅客质疑是否机师操纵不当造成,分析中的专业人士则指出:“飞机在空中飞行的大多数时间都是通过自动驾驶完成,并不是人工操纵。因此,颠簸的感觉和程度跟飞行员自身的技术并没有太大关系。有人举例说,空气和海水一样都是流体运动,飞机遭遇的颠簸与行船中的颠簸道理一致。”要了解这个问题的真实答案,可能需要先了解一些“专业”知识。
首先是“晴空颠簸”,其实这个是一种晴朗天气下的“下击暴流”。所谓下击暴流,就是一种向下(地面)垂至吹出的气流,在遇到地面之后向四周吹去,并形成涡流(像蛋卷一样一层层向内卷),如下图所示:
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触地阶段 | 外吹阶段 | 翻起阶段 |
当飞机从外围超下击暴流中心飞行并穿越的时候,就会出现不平稳甚至引发严重事故的飞行状态。刚开始的时候因为接触的是上下翻滚的乱流,可能会出现一些上下振动颠簸的情况,此时可能并没有明确的单一方向运动。然而在接触到平吹的风时,由于风向从机头吹向机尾,相当于飞机相对于空气的速度增加了,此时获得的升力也会提升。这时候你应该会感觉到一小段时间是像坐电梯上行时那种被往下压的感觉,这时候你应该尽快帮好安全带,尽可能抓好未被固定且可能导致伤害的物体,例如iPad。这时因为很快这股气流就可能开始从水平方向发生向下的偏转,直至垂至向下。在偏转至垂至向下之前也就是以某角度斜向下时,会出现向下的力量和水平逆风引起的升力相抵消的情况,在这一刻风所引起的垂直力(或者说加速度)为零,也就是感觉“平稳”。但这种平稳是瞬间的,因为此后风向会继续偏转直至向下,也就是说此后将会感受到向下的加速度。
根据风阻公式:
其中
按照波音777的数据推测,其投影面积





而根据升力公式:
其中
- L 为升力,
- ρ 为流体密度
- v 是空速,
- A 为翼面投影面积
是在特定攻角,马赫数以及雷诺数下面的升力系数

由于不知道该飞机的具体型号,很难算出准确的重量。根据广州飞上海这个信息提示,可以知道不需要携带太多燃油,估计重量约为220吨,也就是大约2,156,000牛。换句话说,当时的极限升力足以应付自身重量和下垂气流的合力。在这种时候为了保持平飞,大约需要886km/h(240m/s)的相对空气速度。由于前面经历了逆风阶段,飞机的自动驾驶系统为了保持飞行平稳,会减少引擎输出推力,并且通过调整飞行面来减速。此时相对地面速度,比如说已经减至160m/s,于是可见离所需速度相差不少。速度并不是瞬间就能够提上去的,因此更多的是通过调整攻角、襟翼等参数来提高升力。
但是不需要太久,就会从中心区穿出到达顺风区(微下击暴流的影响范围直径也就3至4公里,中心区直径也许就几百米的直径,大概就3至4秒就会穿出)。此时如果保持普通平飞参数,则需要266m/s。由于实际速度尚无法提升至足够的水平,即便通过调整攻角等参数来提升升力系数,也不能保持足够的升力,于是就会出现向下加速的情况。
暴雨天气的下击微暴流
正是因为如此,一般飞机遇到不稳定气流,都会尝试绕过。而这种气流的发现,可以通过对雷达反射的水气进行相对运动分析得到,而一般则是直接避开云层。但是对于晴朗天气状态,没有可以反射的水气,于是会无法提前预知,而经历必然的颠簸过程。需要注意的是,一般飞行电脑都会尝试通过调整升力系数和引擎输出来减少这方面的波动,所以一般应该比手动驾驶为舒适。实际上如果您遇到过乱流,一定会听到引擎在这个时候是提高输出而不是减小输出的。换句话说,在进入逆风区遇到乱流的时候,并不会选择降低相对地面速度,而应该是提高,同时通过调整升力系数来减少升力。
而如果是手动驾驶,再遇上经验不足的飞行员,则可能在进入逆风区的时候因为看到空速大幅攀升,而选择减小引擎输出并降低空速来减少升力,就会在后面遇到升力因为空速关系严重不足的情况。比如前面如果真的将相对地面速度减少到116m/s的话,即便在中心区加速至175m/s,在后面进入顺风区时,空速仍然直接下降至不可思议的100m/s,直接就失速了。一旦时速,必须压低机头,通过重力势能重新建立足够的速度。而如果继续勉强拉高机头,不但提升不了升力系数,反而会因为翼面的气流分离导致升力系数骤降,下跌更加严重。同时拉高机头导致的风阻增加,也会阻碍速度增加。最后严重的会进入螺旋或者尾旋,失去挽救的机会。航空界曾经有过不少这样的案例:华航有一架飞机就是机师拉机头导致失速坠毁的,实际上如果松开拉杆由飞行电脑控制,则会自动压低机头提高空速恢复足够的升力。但是压低机头这种方式会导致快速的下降,也就是失重。
微下击暴流实景
至于此航班当时的操作状态,现在并不清楚。但是我们可以假设这几种情况:
飞机自动驾驶,没有限制空速(油门),同时机师不进行任何干预,则如果飞行电脑程序没问题,应该会选择加速减升力,最后顺风区时空速应当足够,不会长时间处于向下加速的状态;
飞机自动驾驶,锁定油门,同时机师不进行任何干预,则可能会颠簸严重一些,顺风区空速相对前一种情况会低一点,顶多是下降时间长一些,也不会太严重;
飞机自动驾驶,在顺风区由于显示空速较低,同时升力不足,机师选择加速拉机头,可能会导致速度增加较慢,恢复平稳所需时间变得更长;
飞机自动驾驶,在逆风区由于显示空速较高,机师选择减少油门并减少空速,最后会在逆风区遇到空速严重不足,此时所需时间就会变得很长,如果再加上拉机头,后果可能会很严重。
当然了,前面的分析基本上可以当我胡诌,因为本人非专业人士。但是有一点可以确认,如果你遇到突然往上升的感觉时,说明已进入乱流甚至微下击暴流得影响区域,赶紧系好安全带是一个保本的选择。毕竟你不知道机师会如何选择,比如降速、拉机头,千万别到了后面抛起来了才后悔。
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