大氣湍流對激光照射精度影響

大氣湍流效應(yīng)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(qiáng)度、激光光束半徑的變化關(guān)系。結(jié)果表明：隨著照射距離和湍流強(qiáng)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(jī)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(biāo)尺寸、測照距離有關(guān)，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(yùn)動特征除主要的定常運(yùn)動狀態(tài)外，還存在著各種不同尺度的渦旋運(yùn)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(yùn)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(jī)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(jié)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(qiáng)，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(qiáng)，影響的高度也不斷擴(kuò)大，午后大氣湍流最強(qiáng)，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(qiáng)。

2、動力湍流

在風(fēng)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(qiáng)度隨風(fēng)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(fēng)速越大，近地面大氣層越不穩(wěn)定，動力湍流越強(qiáng);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(yuǎn)的區(qū)域。

動力湍流也可由大氣中的風(fēng)切變產(chǎn)生，當(dāng)風(fēng)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(fēng)切變越大，切變湍流越強(qiáng)。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(guān)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(fēng)速大(又稱急流)，或者是風(fēng)向或風(fēng)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(rèn)為，晴空湍流與高空中強(qiáng)的風(fēng)切變有關(guān)，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定強(qiáng)度時，便會產(chǎn)生風(fēng)向的角度改變的現(xiàn)象，被人們公認(rèn)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(dāng)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(dǎo)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(fēng)向的長度約200km，厚度多在200～1500m之間。飛機(jī)一旦進(jìn)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(jī)尾渦湍流

飛機(jī)尾渦是指飛機(jī)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(dǎo)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(cè)為向上的渦流。在飛機(jī)后部狹長的尾流區(qū)內(nèi)，可產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)的大氣湍流。

當(dāng)后面的飛機(jī)進(jìn)入前面飛機(jī)的尾流區(qū)內(nèi)時，會出現(xiàn)飛機(jī)抖動、下沉、發(fā)動機(jī)停車甚至失控翻轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。飛機(jī)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(jī)應(yīng)該在不低于前機(jī)的高度上飛行，方可免受前機(jī)尾流的危害。

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

大氣湍流運(yùn)動中伴隨著能量、動量、物質(zhì)的傳遞和交換，傳遞速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于層流，因此湍流中的擴(kuò)散、剪切應(yīng)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(jié)構(gòu)載荷、飛行安全的影響很大。

飛機(jī)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(jī)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(shù)可以有效避開強(qiáng)湍流或盡量降低危害程度。飛行人員應(yīng)積極利用氣象預(yù)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(xí)慣。

在大氣運(yùn)動過程中，在其平均風(fēng)速和風(fēng)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(jī)顛簸的直接原因，它使飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性變壞，嚴(yán)重時導(dǎo)致飛行員受傷或是造成機(jī)體受損，甚至還可能造成嚴(yán)重飛行事故。

在飛行前，應(yīng)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(yù)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(jìn)入有強(qiáng)烈湍流的區(qū)域。一旦遭遇較強(qiáng)的大氣湍流，引發(fā)嚴(yán)重的飛機(jī)顛簸，應(yīng)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(jī)平飛

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

2、采用適當(dāng)?shù)娘w行速度

飛機(jī)在大氣湍流區(qū)飛行時，速度小，飛機(jī)迎角增加過多，有可能超過抖動迎角或臨界迎角，引起飛機(jī)抖動甚至失速;速度大，飛機(jī)的載荷因數(shù)有可能大于最大使用載荷因數(shù)，引起飛機(jī)結(jié)構(gòu)損壞。因此，應(yīng)按最大垂直陣風(fēng)下，飛機(jī)結(jié)構(gòu)可能承受的最大顛簸強(qiáng)度來確定飛行速度的上限;按最大垂直陣風(fēng)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(dá)到安全航行的目的。

3、飛行速度和飛行高度選定后，不必嚴(yán)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(jī)俯仰角的變化，主要依靠飛機(jī)本身的安定性來平衡和恢復(fù)迎角，飛行員不必過多地干預(yù)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(jié)果反而可能導(dǎo)致飛機(jī)要承受更大的載荷因數(shù)。

4、適當(dāng)改變高度和航線，脫離大氣湍流區(qū)

在低空出現(xiàn)強(qiáng)顛簸時，應(yīng)拉起向上脫離;在高空出現(xiàn)顛簸時，可根據(jù)飛機(jī)與急流軸的相對位置，考慮飛機(jī)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(yīng)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(qiáng)烈的動力湍流和升降氣流。