如何与直升机尾流保持安全距离？

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作者：帕特里克·韦耶特博士

由于机尾乱流（Wake Turbulence）（简称尾流）的结构、持续时间和衰减方式不同，直升机产生的尾流比同等尺寸固定翼飞机引起的尾流更为复杂。这些特性构成了一种潜在的威胁，尤其是在机场区域，当直升机低速飞行而附近固定翼飞机正在起降时。

当旋翼下洗气流冲击地面时，涡流环流会在各个方向上向外、向上、围绕和远离主旋翼。美国陆军照片

固定翼飞机在起飞或着陆阶段空速较慢，飞行操纵能力减弱，难以有效抵抗突发扰动，并且这时几乎没有高度余量来从尾流引起的失稳中恢复。

2022 年 1 月 3 日，加利福尼亚州尤普兰市凯布尔机场（CCB）发生了这样一幕：一架塞斯纳 120 飞机正在进近着陆，而一架 UH-1“休伊”直升机则在跑道旁进行低速悬停滑行。塞斯纳 120 的飞行员决定延长着陆以保持间隔，但当直升机似乎要横穿跑道时，他决定复飞。

在跑道大约三分之一处，塞斯纳 120 遭遇直升机下洗气流，导致其非指令性急剧右滚。飞行员试图通过反向副翼来抵消，但显然不足以抵消被诱发的滚转。以下是记录整个事件过程的视频。

这架塞斯纳 120 在跑道右侧坠毁，机身严重受损。所幸飞行员仅受轻伤。美国国家运输安全委员会（NTSB）认定，飞行员在复飞过程中由于遭遇一架低速悬停滑行直升机的尾流而失去控制。

近地侧翻

2014 年 12 月 5 日，在科罗拉多州柯林斯堡郊外的北科罗拉多地区机场（FNL），一名驾驶西锐 SR20 的单飞学员也遭遇了类似险情。该学员进入航线准备在 33 号跑道进行完全停止着陆（Full Stop Landing，是指飞机触地后立即刹车至完全停止，离开正在使用的跑道，然后滑行返回准备再次起飞或返回停机坪）。他在三边观察到一架西科斯基 UH-60“黑鹰”直升机，于是推迟转弯进入四边，直到直升机进入五边。由于担心尾流，该学员调整了着陆点，选择在直升机着陆点之后较远的位置降落。

在着陆拉平阶段，SR20 突然急剧左滚。学员试图复飞，但在近地面几乎瞬间的滚转导致飞机撞击地面。飞机侧翻时，安装在前排两个乘员座椅上的气囊安全带并未弹出。飞行学员受重伤，飞机也严重受损。

下面一段视频记录了“黑鹰”起飞和西锐飞机突然滚转的瞬间。显然，西锐飞机的滚转发生得如此之快，高度又如此之低，以至于没有足够的时间进行改出。

NTSB 对事故的调查认定，直升机在西锐前方约 30 秒开始起飞，留下了一道由强劲涡流构成的不可见尾流。当时风力相对较弱，记录为 3 节，风向 110 度，也就是说，这是一股侧后顺风。

安全委员会的报告指出，这名飞行学员很可能没有理解直升机起飞时产生的尾流的重要性，从而导致着陆时失去控制。NTSB 的事故原因分析还发现，当时《航空信息手册》以及关于飞机尾流的咨询通告中，并未建议小型固定翼飞机在跟随直升机飞行时应保持的间隔标准。

在类似事故之后，NTSB 指出，事故飞行员可能没有理解直升机产生的尾流的重要性。

直升机的尾流有所不同

固定翼和旋翼航空器产生的尾流涡流有一些相似之处。与固定翼一样，直升机的尾流也取决于其重量、尺寸和速度。低速飞行时形成的涡流初始强度高于高速飞行时形成的涡流。较重的直升机产生的尾流强度高于较轻的直升机。涡流的强度还取决于其存在时间。

由于每片旋翼桨叶在旋转过程中都会持续产生自己的涡流，直升机的尾流由一系列涡流组成，这些涡流不仅包含各自的微型龙卷风式旋转，还包含来自下洗气流的整体向下运动。当悬停或低速飞行的直升机的旋翼下洗气流冲击地面时，这股涡流气团会向四周、向上、环绕并远离主旋翼扩散。低速飞行的直升机尾流相当于小型微爆流，必须与其保持足够距离。

直升机尾流的影响范围比同等尺寸和重量的固定翼要大，尤其是在速度低于 70-80 节（130 – 148 公里/小时）时。大约在三倍旋翼直径范围内，下洗气流会造成显著的扰动。美国联邦航空管理局（FAA）咨询通告 90-23G 《飞机尾流》建议飞行员避免在直升机低速悬停滑行或静止悬停时，在其三倍旋翼直径范围内运行。

旋翼桨叶的数量似乎也会影响涡流的大小，旋翼桨叶数量越多，涡流的尺寸似乎越大。例如，贝尔 UH-1H 直升机只有两片旋翼桨叶，重量与西科斯基 S-76A 直升机基本相同，但 UH-1H 产生的涡流却比 S-76A 小。

直升机前飞产生的尾流比固定翼产生的更为复杂，因为每片桨叶在旋转过程中，其涡流都会随着迎角的变化而变化，而迎角的变化又取决于桨叶相对于来流是前行还是后行。后行桨叶需要更大的迎角才能产生与前行桨叶相同的升力。后行桨叶后方的涡流具有更大的横截面积。前行桨叶后方的涡流则始终更小、更紧凑、更连贯，尤其是在直升机前飞速度超过 80 节时。

飞行测试发现，直升机尾流在爬升和下降时的反应有所不同。观察发现，在下降过程中，涡流核心之间的距离会拉大；而在爬升过程中，涡流核心之间的距离则会缩小。一种可能的解释是，发动机产生升力所需的功率，由此产生的高温排气被卷入尾流，从而增加了尾流的浮力。

FAA 的测试

美国航空航天局（NASA）艾姆斯研究中心进行的计算流体力学研究展示了旋翼前行和后行桨叶的涡流变化。NASA 图片

FAA 曾进行过一项综合飞行测试项目，以更好地了解固定翼误入直升机尾流所面临的风险。

测试中使用了不同大小的直升机。研究人员驾驶了美国陆军国民警卫队的一架 UH-1H、FAA 所属的一架 S-76A、陆军的一架 UH-60“黑鹰”、海军陆战队的一架西科斯基 CH-53E“超级种马”，以及陆军的一架波音 CH-47D“支奴干”。对于固定翼，该机构使用了一架比奇 T-34C 和一架贝兰卡 8KCAB“超级十项全能”来探测直升机尾流。（参见：Tymczyszyn、Biehl和Teager，《旋翼机尾流飞行试验研究》，载于《航空器尾流会议论文集》，华盛顿特区，1991 年 10 月 29 日至 31 日。）

遭遇尾流的方式有多种，FAA 的测试项目将其分为平行遭遇和交叉遭遇。平行遭遇最为常见，指的是后方飞机与产生尾流的飞机大致同向飞行（位于前机后下方）。交叉遭遇则是指以较大角度穿过尾流。直升机通常直接飞往停机坪，无需像固定翼那样执行标准进近航线。因此，在许多情况下，固定翼很可能以交叉路径接近直升机的飞行路线，尤其是在靠近起降区域时。

FAA 的试飞员在平行遭遇测试中，分别从涡流的上方、下方、左侧和右侧进入直升机的尾流。通常情况下，在较小的间隔距离下，当直升机以较低速度飞行时，后方固定翼飞机会出现明显的俯仰和/或偏航偏移。近距离遭遇会导致短暂的失控。值得注意的是，这与遭遇固定翼尾流的反应不同，后者主要诱发滚转运动。

在较大间隔距离下，当直升机以较高空速飞行时，扰动现象往往更加明显。前行桨叶产生的涡流通常比后行桨叶产生的涡流更容易引起剧烈的滚转和偏航偏离。在平行遭遇测试中，后方飞机会出现剧烈的滚转、偏航或俯仰偏离。

重量与尾流

UH-60 的最大起飞重量 (MTOW) 为 20,250 磅（9,185 公斤），旋翼采用四片桨叶，旋翼直径 16.36 米。当 T-34C 在飞行速度为 70-80 节的 UH-60 后方一英里（1.6 公里）时，遭遇了相当于 45 度的滚转角。这种涡流被描述为“剧烈颠簸”。当间隔距离缩短至半英里（800 米）时，失稳滚转角增加到接近 75-90 度。

当 UH-60 减速到进近速度时，T-34C 所受扰动的严重程度进一步加剧。当 T-34C 位于 UH-60 后方一英里时，其滚转角超过了 90 度。当间隔缩短至半英里时，滚转角甚至超过 180 度。

20 世纪 60 年代推出的 UH-1“休伊”系列直升机至今仍广泛用于消防和伐木作业。用于 FAA 测试的 UH-1H 最大起飞重量为 9,500 磅（4,309 公斤），双桨叶旋翼直径 44 英尺（13.4 米）。在距离 0.3 至 0.5 海里（556 – 926 米）范围内，T-34C 的滚转角度在 30 至 75 度之间。然而，多个测试点引发了更为剧烈的滚转，导致失控并进入螺旋状态。

通过发烟装置，观察到的 UH-1H 尾流

美国陆军的 CH-47D“支奴干”重型运输直升机以其串列双旋翼布局而著称。其最大起飞重量为 50,000 磅（22,680 公斤），旋翼直径为 60 英尺（18 米）。可以预料，双旋翼 CH-47D 尾流非常强劲。在小于 0.8 英里（1,287 米）的距离内，后方飞机的滚转幅度从 90 度到 210 度不等，许多情况下导致失控并进入螺旋状态。

西科斯基 CH-53E 比“支奴干”还要大。它的最大起飞重量为 69,750 磅（31,638 公斤），七桨叶主旋翼直径达到 79 英尺（24 米）。CH-53E 同样诱发强烈的滚转偏离。在大约一英里的间隔下，后方飞机的滚转角度超过 90 度。在半英里的间隔下，后方飞机的滚转角度接近 180 度，并且出现了螺旋。

在 CH-53E 后方进行的若干“超级十项全能”飞行测试架次被迫放弃，因为后者机翼出现了意外抖动。各旋翼桨叶的涡流引发了潜在的破坏性振动，由于担心导致灾难性的机翼颤振，测试被立即终止。

夜间飞行的直升机

FAA 咨询通告 90-23G 建议飞行员避免在低速悬停滑行或静止悬停的直升机三倍旋翼直径范围内运行。FAA 图片

在 NASA 航空安全报告系统（ASRS）数据库中，一个有趣的尾流事件子集涉及轻型固定翼飞机在军民合用机场夜间运行期间无意中飞入军用直升机产生的尾流。

夜视镜使直升机飞行员能够在夜间执行任务。这是一种非常独特且要求极高的飞行方式，要求直升机在不开启任何外部灯光的情况下运行，需要专门的设备、训练和熟练的技能。ASRS 报告表明，固定翼飞行员并未意识到机场黑暗环境中存在未开启灯光的直升机正在作业。

请记住，尾流会随风漂移，而直升机通常选择逆风起降。直升机常在跑道着陆区的上风方向起降。即使是轻微的侧风分量也能很容易将直升机的尾流吹向跑道。

由于低速直升机所产生的尾流很强，会造成更大的危险区域，因此应当避免靠近低速飞行的直升机。不幸的是，当固定翼飞机低速飞行且位于机场航线内时，很可能会遇到低速飞行的直升机。

谨慎避开直升机尾流带来的独特风险是明智之举。务必对直升机尾流保持警惕，并与之保持足够距离。

作者：帕特里克·维耶特博士

在 2015 年从一家航空产权共享运营商（一种管理私人飞机共有权的公司，通过出售飞机的部分份额 [ 例如 1/16 的份额] 来换取客户每年保证享有的飞行时长）以非例行机长身份退休时，维耶特博士已在 240 种航空器上积累了超过 20,000 小时飞行经验，包括气球、直升机、水上飞机、滑翔机、军用飞机、超音速喷气机和大型商用运输机。他目前是犹他谷大学的兼职教授。

来源：Helicopter Wakes Deserve A Wide Berth. By Patrick Veillette, Ph.D. AVIATION WEEK. June 06 2023. 略有修改。非原文配图及视频来源于网络。

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