大氣湍流對激光照射精度影響

大氣湍流效應對激光照射器照射精度有一定的影響，理論分析和數(shù)值計算了由于大氣湍流引入的激光照射誤差隨著照射距離、大氣湍流強度、激光光束半徑的變化關系。結果表明：隨著照射距離和湍流強度的增加，以及激光光束半徑的減小，大氣湍流引起的激光照射誤差增大，大氣湍流對現(xiàn)有機載光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)照射精度影響為10μrad～30μrad。 激光照射器的照射精度與目標尺寸、測照距離有關，可以根據(jù)激...更多

地球大氣由于受到熱力和動力因素的影響，大氣運動特征除主要的定常運動狀態(tài)外，還存在著各種不同尺度的渦旋運動，表現(xiàn)為速度場的時間不連續(xù)性和空間不均勻性，這些渦旋運動稱為大氣湍流。按大氣湍流產(chǎn)生的原因可將其分為熱力湍流、動力湍流、晴空湍流和飛機尾渦湍流四類。

1、熱力湍流

由空氣熱力因素引起的大氣湍流稱為熱力湍流。它主要是指由于空氣中水平溫度分布的不均勻性，例如地表的熱力性質(zhì)不一致，相鄰地區(qū)升溫或降溫的幅度不同等，或由于空氣中垂直溫度分布差異所造成的大氣層結不穩(wěn)定引起的空氣對流。

前者主要發(fā)生在低層，地表面相鄰地段的熱力性質(zhì)差異越大，大氣湍流就越強，同時具有明顯的日變化：一般日出前大氣湍流很弱，日出后大氣湍流逐漸增強，影響的高度也不斷擴大，午后大氣湍流最強，波及的高度最高，隨后又逐漸減弱和降低;后者常與天氣系統(tǒng)相聯(lián)系，大氣湍流可以出現(xiàn)在對流層的中、高層，一般可通過積狀云的發(fā)展來判斷，大氣越不穩(wěn)定，熱力湍流越強。

2、動力湍流

在風力作用下，由于地面摩擦、地形起伏可引起小尺度大氣湍流，其強度隨風速、地面粗糙程度或地形起伏特征及大氣穩(wěn)定度而變化。地面越粗糙，風速越大，近地面大氣層越不穩(wěn)定，動力湍流越強;它一般局限于大氣低層，但高大地形引起的山地波可波及高空和下游較遠的區(qū)域。

動力湍流也可由大氣中的風切變產(chǎn)生，當風的垂直切變超過某一臨界值時，空氣就會自發(fā)地產(chǎn)生小尺度波狀起伏或渦旋，即切變湍流。風切變越大，切變湍流越強。此外，在氣旋、高空槽、切變線及急流附近，也常產(chǎn)生動力湍流。

3、晴空湍流

晴空湍流是指晴朗天氣時空中出現(xiàn)的大氣湍流，多出現(xiàn)在6000m以上高空，是一種與對流云無關的大氣湍流，且不伴有可見的天氣現(xiàn)象。

晴空湍流常出現(xiàn)在風速大(又稱急流)，或者是風向或風速變化較大的地方，例如冷暖空氣交匯、氣流突然加速、減速或轉(zhuǎn)向的區(qū)域。

一般認為，晴空湍流與高空中強的風切變有關，當風速達到一定強度時，便會產(chǎn)生風向的角度改變的現(xiàn)象，被人們公認的就是切變不穩(wěn)定理論。事實上，快速移動的高空噴射氣流，流到周邊較慢的氣流時，會在邊界產(chǎn)生一種類似海洋波浪的大氣層現(xiàn)象——重力波，發(fā)生的高度往往在3～4km高空。急流內(nèi)部呈現(xiàn)海浪特征的垂直波動，這些波動也會像海浪一樣破碎，當重力波破碎為湍流，這就形成了晴空湍流。重力波，正是湍流形成的主因。另外，山上的氣流與白天陸地散發(fā)的熱量是導致湍流的其它原因。

晴空湍流一般發(fā)生在6～15km的高空，以離地面10km高度附近為最多。晴空湍流區(qū)往往有明顯的邊界，無過渡區(qū)。湍流區(qū)水平寬度約為100km，順著風向的長度約200km，厚度多在200～1500m之間。飛機一旦進入大氣湍流區(qū)，常常突然產(chǎn)生顛簸，顛簸的時間在幾分鐘至十幾分鐘之間。

4、飛機尾渦湍流

飛機尾渦是指飛機飛行時，由翼尖附近分離出來的一對繞翼尖互成反向的閉合旋簇，稱為翼尖誘導渦流。它成喇叭狀向后延伸，在兩條尾渦之間為向下的渦流，在兩條尾渦的外側為向上的渦流。在飛機后部狹長的尾流區(qū)內(nèi)，可產(chǎn)生相當強的大氣湍流。

當后面的飛機進入前面飛機的尾流區(qū)內(nèi)時，會出現(xiàn)飛機抖動、下沉、發(fā)動機停車甚至失控翻轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。飛機尾渦一般會以120～150m/min的速率下傳，下傳250m高度后不再下傳。所以，后機應該在不低于前機的高度上飛行，方可免受前機尾流的危害。

由于尾渦是與飛機升力形成有關的翼尖渦，尾渦的強度與機翼產(chǎn)生的升力有關，升力越大尾渦越強，因此，重型飛機尾渦很強。當小型飛機尾隨大型機起飛或降落時，若進入前機尾流中，處置不當極易造成飛行事故。

大氣湍流運動中伴隨著能量、動量、物質(zhì)的傳遞和交換，傳遞速度遠遠大于層流，因此湍流中的擴散、剪切應力和能量傳遞也大得多。所以，大氣湍流對飛行器的飛行性能、結構載荷、飛行安全的影響很大。

飛機在大氣湍流中飛行時會產(chǎn)生顛簸，影響乘員的舒適程度，還會造成飛機的疲勞損傷。因大氣湍流引發(fā)的飛行事故時有發(fā)生，但通過現(xiàn)代技術可以有效避開強湍流或盡量降低危害程度。飛行人員應積極利用氣象預報等資料，避開湍流航線;旅客要養(yǎng)成全程系好安全帶的習慣。

在大氣運動過程中，在其平均風速和風向上疊加的各種尺度的無規(guī)則漲落。 這種現(xiàn)象同時在溫度、濕度以及其他要素上表現(xiàn)出來。

大氣湍流是引發(fā)飛機顛簸的直接原因，它使飛機的穩(wěn)定性和操縱性變壞，嚴重時導致飛行員受傷或是造成機體受損，甚至還可能造成嚴重飛行事故。

在飛行前，應了解飛行區(qū)內(nèi)或航線上產(chǎn)生大氣湍流的可能性，熟悉預報出現(xiàn)大氣湍流的天氣區(qū)的類型、位置和范圍，盡可能避免進入有強烈湍流的區(qū)域。一旦遭遇較強的大氣湍流，引發(fā)嚴重的飛機顛簸，應保持冷靜、沉著，可采取下列措施。

1、操縱動作要柔和，保持飛機平飛

因為大氣湍流中氣流運動很不規(guī)則，飛機除了產(chǎn)生機動載荷因數(shù)外，還產(chǎn)生陣風載荷因數(shù)。為了減小飛機總的載荷因數(shù)，必須盡可能減小機動，避免產(chǎn)生機動載荷因數(shù)。需要機動飛行時，也應避免動作粗猛，轉(zhuǎn)彎坡度應比正常時小。低空飛行遭遇顛簸時，應注意保持安全高度。

2、采用適當?shù)娘w行速度

飛機在大氣湍流區(qū)飛行時，速度小，飛機迎角增加過多，有可能超過抖動迎角或臨界迎角，引起飛機抖動甚至失速;速度大，飛機的載荷因數(shù)有可能大于最大使用載荷因數(shù)，引起飛機結構損壞。因此，應按最大垂直陣風下，飛機結構可能承受的最大顛簸強度來確定飛行速度的上限;按最大垂直陣風不失速，來確定飛行速度的下限。在大氣湍流區(qū)飛行保持在上述兩者之間，可達到安全航行的目的。

3、飛行速度和飛行高度選定后，不必嚴格保持

儀表指示擺動，往往起因于顛簸，不一定表示飛行速度和高度的真實變化，過多地干涉這些變化，只會引起載荷產(chǎn)生更大的變化。同樣在大氣湍流區(qū)飛行，飛機俯仰角的變化，主要依靠飛機本身的安定性來平衡和恢復迎角，飛行員不必過多地干預俯仰姿態(tài)的改變，否則因操縱動作總是落后于飛行姿態(tài)變化，結果反而可能導致飛機要承受更大的載荷因數(shù)。

4、適當改變高度和航線，脫離大氣湍流區(qū)

在低空出現(xiàn)強顛簸時，應拉起向上脫離;在高空出現(xiàn)顛簸時，可根據(jù)飛機與急流軸的相對位置，考慮飛機性能確定脫離的高度和方向;誤入濃積云和積雨云大氣湍流區(qū)時，應迅速脫離云體，在云外繞行;山區(qū)飛行時，要避開山地波的帽狀云、滾軸云和莢狀云，因云中有強烈的動力湍流和升降氣流。