【如何避免飞机遭受雷击】
总体而言,如果雷达波束所对准的方向可以看到雷暴单体的对流活动,并且回波已显示黄色或红色,则可以认为该雷暴单体已经出现电荷聚集。一束雷达波束穿过结冰层上方的雷暴单体,并且其回波为黄色(30dBZ)或者更高,则有出现雷电的可能性。
结冰层(Freezing level)引起的雷电——雷电一般形成于结冰层(温度0℃到-10℃ SAT)至结冰层上方大约5000英尺的空间内。由于冰晶(正电荷)和霰粒子(负电荷)之间的相互碰撞所引发的电荷释放,这个位于结冰层周围的空间处于高度带电状态,由此所引发的电势便为放电提供了基础。
雷击统计
大约83%的飞机雷击事件发生在结冰层下方2500英尺到结冰层上方5000英尺的空间(5℃至-10℃ SAT),并且正遇到降水和湍流。在雷暴天气附近,远离上述区域,是减少遭受雷击的关键。
避免雷击的指导原则
目前科学家对雷击的成因尚未完全研究清楚。根据目前所掌握的情况,也发生过在目视飞行气象条件下,在距离电荷聚集的雷暴单体之外25海里的区域被雷击的极端个案。但机组确实可以通过以下技巧降低被雷击的几率,或者降低雷击对飞机的伤害。
1. 可能的话,要避开仪表飞行气象条件、降雨和轻度的湍流也是很难的,但是机组成员可以选择尽快通过结冰层(5℃至-10℃ SAT);
2. 虽然砧状云雷击发生几率不高,但是机组成员应从雷暴单体上风侧绕飞,以降低遭受雷击的概率;
3. 在易雷击区域/高度,减少不必要的无线电通讯。
【WXR-2100雷达简介】
WXR-2100雷达是多重扫描雷达,可以理解为2套雷达的结合——其自动位(AUTO)是全新功能、而人工位(MAN)与737-300飞机的传统雷达功能完全一样。
需要指出的是,不论哪种雷达,都只能扫描显示“湿顶(WET TOP)”以下的天气。湿顶以上的天气由于没有足够的水汽,无法被现有技术的雷达探测显示。
特点1、“静谧、简洁的驾驶舱” (仅显示构成威胁的气象)- 在AUTO模式下,MultiScan雷达探测并存储自地面到飞行高度层以上的所有气象数据,而后对各气象云团所在高度与飞机的飞行高度进行对比。如果气象高度低于实际飞行高度(即非威胁性天气),则该气象信息不被显示。该设计理念的目的在于避免机组接到威胁天气警示时,受到无关信息的干扰。请注意,当飞机逐渐靠近云团时,雷达可以更准确地判定它的高度。因此,当飞机临近低于飞行高度层的云团时,之前存在的某些显示可能会从显示屏上消失。
特点2、基于温度的自动增益补偿 – 在舱外气温低于零下40摄氏度的高度,雷暴云团几乎全部是由冰晶构成的,其对雷达波束的反射率非常低,因此很难探测到它的存在。工作在AUTO模式的MultiScan雷达依据外界温度的下降程度可以自动提高增益,用于弥补低反射率带来的问题。因此,当飞机处于巡航高度时,系统增益基本等同于手动模式下的最大增益值。MultiScan雷达最理想的状态是工作在增益置于CAL位的AUTO模式。注意:AUTO模式下,系统可以获得比MAN模式下高出很多的增益值。
要点一:选择显示距离的建议
由于波束在距离飞机80海里的范围内能量相当集中,我们建议对天气的评估只限于离飞机80海里范围内。对于80海里以外区域,由于波束有了较大的发散,因此雷达应主要用于对大局天气的策略性准备及规避。简单示意见下图:
另外:由于波束衰减的原因,两个完全相同的风暴,距离近的比距离远的风暴显示的强度要大。WXR-2100雷达使用了STC技术,就可以对衰减进行补偿,从而对远距离目标进行精确的观测和显示。这样,距离飞机80海里以内的目标可以被精确地显示(精确的颜色级),同时目标的强度不会随着离飞机距离的缩小而增大。灵敏度时间控制(STC)在距飞机80海里内可提供非常精确的天气回波。
综上所述:我们推荐对天气目标的评估应在距离飞机80海里以内完成。对于80海里以外,雷达的主要作用应是策略性的天气分析。
注:STC功能仅仅在增益放在CAL位——黑色三角指标在12点钟位、屏幕上无“VAR”字样显示时才起作用。
当一开始选择自动模式时,雷达将完成沿着飞机飞行航迹的第一次扫描,这是为了保证飞行正前方的天气能够马上显示给机组。第二次扫描则调低俯仰,这样可能会看到明显的地面杂波。天线第二次扫描时地面杂波抑制算法开始起作用,而且将在第五次扫描开始时完(16秒)全初始化。初始化过程完成后,机组就能看到优化的天气图像,对选定的各种距离范围都有最少的地面杂波。如果飞行员从自动模式选择到人工模式,然后在38秒内重新回到自动模式,雷达会记住自动模式的设置而不需要重新进行初始化。
因此,当雷达处于自动模式时,需要短暂的时间完成初始化,在完成之前可能会看到大片的地面杂波,这并不是故障,而是正常的进程。
要点三:PAC(Path Attenuation Compensation航径衰减补偿)功能
注意:只要雷达在校准增益状态CAL增益位(CAL在12点位置)时,且飞机在距离雷雨80海里范围内,PAC警戒就会工作。此功能在人工、自动时均可工作。
要点四:飞越保护功能
普通雷达在不断接近天气时,会出现上面的显示。这样的风险在于,由于雷达无法探测“湿顶(WET TOP)”以上的天气,而让机组无法发现潜在的危险。为了减少无意中穿越雷暴顶部的可能性,WXR-2100开发了“飞越保护功能”。
WXI-2100将之前扫描到的天气图像保存在计算机内,在飞机飞越该天气之前将其持续显示屏幕上。
注:此功能仅在22000英尺以上时可用,另外,计算机仅保留距飞机下方6000英尺以内的天气图像。
我们首先推荐使用自动位方式,在自动位,雷达天线俯仰自动控制。俯仰控制只在人工模式时有效,是保证雷达在人工模式时有效工作的最重要的因素。下面是雷达使用手册对于人工位俯仰控制的操作建议。
低空俯仰设定(10,000英尺以下):在10.000英尺高度以下时,推荐俯仰设定在+2 °至+7°之间,+5°是一个很好的折衷选择。
爬升俯仰设定:俯仰设定为7°就使得雷达扫描方向沿着飞行航迹,可以防止飞机穿越雷暴,同时还可消除地面杂波。
下降俯仰设定:飞机下降到10.000英尺以下时,如果机组很忙碌,则+5°的俯仰设定是最佳的折衷。但是,这样也有可能飞入在航迹下面生成并处在雷达波束以下的雷暴。所以,另一种10.000英尺以下的备用俯仰设定方法是,先设定为+2 °,然后随着飞机的不断下降逐步提高到+5°,这样可以消除大部分地面杂波,并防止来自航迹下的雷暴威胁。
中空俯仰设定(10,000 – 25,000英尺):,一般原则是将俯仰设定在使少量的地面回波显示在屏幕外缘上。
高空俯仰设定(25,000英尺以上):在陆地上空飞行,160海里范围内时,调整俯仰,使最外距离圈处出现一些地面杂波,保持这种状态就能保证天线总是指向雷暴的反射部分。
人工控制时控制地面杂波的方法:
先将天线角度打到较低位置——这时屏幕上地面杂波较多,然后逐渐抬高天线角度——屏幕上地面杂波逐渐向外沿消退。距离圈放在40-80nm位置时,当地面杂波在屏幕外沿均匀显示时,此时可以获得最佳的天气显示。(如果在山区,可能在外沿无法获得均匀的杂波显示,而是星星点点的杂波显示。)
要点六:增益的控制
CAL增益位置是将雷达灵敏度设定在标准的校正反射率水平上,颜色等级(黑、绿、黄和红) 能够最精确地反映实际降雨程度及相应的雷暴威胁严重程度,而且是正常操作时推荐的设定位置。校正增益用具体的颜色等级来表征不同的含水量。
更多WXR-2100雷达信息请观看厂家的介绍视频,视频较大,建议非土豪在WIFI环境下打开。
WXR-2100雷达介绍1
WXR-2100雷达介绍2
WXR-2100雷达介绍3
【WXR-2100雷达问题解答】
针对NG飞机WXR-2100雷达的功能特点,我们收集了机组在使用中常见的几个误区/疑问,现逐项加以解答:
问题1:自动还是人工,如何选择?
解答:首先,自动模式具有STC、飞越保护、地面杂波过滤等等功能;其次,自动模式是2个扫描波束的综合图像显示,而人工模式是单个扫描波束的图像显示,自动模式显示的天气范围更广。因此应优先选择自动模式。当对自动模式显示存疑时,可以使用人工模式补充观察。
应注意的是,自动模式的STC、PAC警告等功能要求增益放置在CAL位,左右座任意增益旋钮未放置在CAL位将导致这些功能不起作用。
问题2:使用WX还是WX+T?
解答:WX+T比WX的显示更丰富,也是厂家的推荐模式。但这是一把“双刃剑”——颠簸显示能够帮助机组更好地判断绕飞路径、但大片的洋红色颠簸区显示有可能会盖住原本的降水显示,让机组无法判断降水强度(黄、绿)的区别。在这种情况下,机组应该交替使用两种模式,以获得更准确的参考。WX +T显示40海里内的天气与颠簸,由于颠簸算法过于灵敏,在非对流性或者层云降雨中,10000ft-20000ft显示的洋红色颠簸可以忽略(见视频介绍)。以后软件更新将进行修正。
问题3:雷达回波弱,或探测不准确,或无法探测到目视存在的天气
解答:由机务部门对雷达的排故和雷达收发机翻修统计可以了解到:此类故障绝大部分不是真正的雷达故障。因此以目视的气象条件来对比雷达探测的气象显示带有相当的不确定性。
另外,从航空气象的角度讲,可见的并产生颠簸的云团并不全部反射雷达波。例如:层云和处于堆积状态的云常常含水量少,不足以反射雷达波。还有形如爆米花或棉球样的小块云反射的雷达能量也很少,这种爆米花状的云是由于暖湿气流达到饱和并上升冷却至露点后形成的,与爆米花状积云相伴的上升及下沉气流能引起轻至中度的颠簸,这些云之间的晴空区域是云消散的下冲气流区,其引起的颠簸会使机上人员感到。由于这类云含水少,不能反射雷达波。如下图:爆米花状的积云
问题4:雷达回波弱,需要调整增益才能显示出目视所得的天气。
解答:NG飞机雷达的增益推荐使用CAL(校准)位,在此位置雷达系统能最有效、准确的判断和显示天气状况,可视条件下对天气的判断往往带有主观因素,因此具有不确定性。
这里需明确指出的是:籍于航空气象本身的复杂性和专业性,对于危害性云团的认定和对雷达显示的正确理解需要更专业的培训。
问题5:雷达显示的天气图像与机组目视所得的天气状况不符。
解答:雷达系统的俯仰角度在飞机出厂前经过了严格的调校,一方面在飞行过程中俯仰角度是不断变化的,另一方面,对于天气状况的位置的目视判断存在相当的不确定性。
另外:自动模式时显示的俯仰角度都是上、下波束俯仰的平均值,不再是按某一个角度扫描,而是分成了上下波束分别扫描,各扫描所获得的信息从存储器中提取出来,并把这些信息融合为一个完整的天气图像显示在显示器上。例如,起飞时上、下波束俯仰相差4°,下波束设定为3°,上波束为7°,则显示为5°。随着飞机的爬升,上、下波束之间的角度差越来越小。当飞机的AGL(离地高度)在17,000英尺或更高时,上、下波束的角度差大约为 1.428°,这是NG飞机雷达新的工作方式,也容易产生俯仰角度不准确的感觉。
问题5:飞行过程中雷达显示大片红色或黄色的区域。
解答:首先,如果出现在人工位,则很可能是地面杂波,通常显示在距离弧的外圈,此时可以调整俯仰角度和显示距离去掉地面杂波显示。
如果处于自动位,这种情况多出现在南方水汽充足的区域,机组可以短时地将增益旋钮放置在“负”增益位置,并与人工模式下的图象进行比较,选择降水较弱的区域绕飞。
问题6:遇到大面积降水,雷达无论放置什么位置都没有图像显示。
解答:对待这种情况,应该判断为雷达故障,通常可以采取重置雷达收发机——关闭、打开雷达的方式来重新启动雷达系统,如果恢复正常显示,则可以正常使用,如不能恢复正常,则收发机可能存在故障,为谨慎起见,请通知机务作进一步确认。
问题7:起飞和落地阶段低高度天气不显示。
解答:某些低高度的云团含有很少的湿气,即使是可见的,并可能包含垂直乱流,但是通常不产生或只产生轻微的雷达回波。另外,在低高度,雷达位于自动位时,为避免飞机进入雷暴区,雷达会设置为向上仰起。
机组措施:通过分析可以了解到这是雷达的正常现象,如果确有必要探测低高度天气,可在起飞和进近阶段,增大增益至MAX位,但是这样也会导致不必要和过度的失真。
问题8:感觉雷达穿透力不够,在没有PAC警告显示的情况下,感觉天气越飞越多。
解答:首先,PAC警告只在增益旋钮在CAL位时起作用,且只对80nm以内的天气起作用。此外应该强调的是,天气现象-特别是雷雨-是快速变化的,当遇到较强的大面积系统天气时,机组往往能观察到天气的快速变化,包括雷雨的快速生成。
问题9:有时候天气会越飞越少。
解答:同样可能是天气的快速变化所致,当湿顶降至雷达波束以下时就难以被探测到,此外当天气的湿顶降至飞机飞行高度6000英尺以下时,飞越保护也不再保存此天气的图像了。
问题10:为何AUTO模式下雷达回波总是显示较强
解答:多重扫描雷达使用了基于温度变化的增益并且由于雷达的天气/地理关联性导致雷达在低回波强度环境中过于灵敏。不同于人工雷达,多重扫描雷达按照颜色描绘出雷暴单体的全部范围。AUTO方式下飞机爬升进入较冷区域时候增加了基于温度修正下的自动增益使得巡航期间自动方式显示与人工最大增益显示类似。
问题11:为何自动方式下远距离看到的天气飞近时反而消失了。
解答:多重扫描雷达只显示飞行航径上的威胁天气,但是雷达发射的3°波束虽然很狭窄,但在80海里可以达到25000ft宽度圆锥形,所以离飞机越远的天气则越有可能被视为威胁天气而显示在ND上。而当飞机离单体越来越近时,飞机更好的确定单体的高度以至于飞近时显示反而消失。
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