带你解密国航航班下坠的秘密

2023年7月10日，一架从上海飞往北京的国航CA1524次航班，在飞行途中遭遇意外颠簸，飞机急速下坠。剧烈的颠簸导致一名乘客和一名空乘人员被甩到天花板受伤，其他很多乘客的手机也被甩飞，散落在机舱各处。乘客们一时间惊恐万分，直到航班安全落地后大家都惊魂未定。

安全出口指示牌被甩出的乘客撞飞，客舱内物品散落一地

飞机颠簸和下坠是乘坐飞机经常遇到的一种现象，那么为什么飞机会遭遇颠簸？有没有什么解决飞机颠簸的方法？现在带您一起解析飞机颠簸背后的秘密。

不管是汽车还是飞机都会在行驶的过程中遭遇颠簸，颠簸其实是周围环境对交通工具带来的一种扰动。对于汽车来说，这种扰动主要来源于非平整的路面，例如高低不平的泥洼地、山地、沙石地面，还有城市中的减速带等。对于飞机来说，这种带来颠簸的扰动主要源自于大气。

我们都知道飞机在大气中飞行，大气给飞机提供了升力，也就是大气在托着飞机飞行。那么很容易想到如果托着飞机的大气存在扰动，飞机肯定会产生晃动和颠簸。于是，现在就有一个新的问题——大气扰动是怎么一回事。其实大气扰动就是一种空气流动现象。空气在重力、温度差、密度差等的作用下就会运动起来，形成了我们常见的风。空气流动的方向不一样自然风向也就不一样。我们常见的风大多是平行于地面的水平风，也就是迎面刮来的风。除此之外还有垂直于地面的风和其他不定方向的风，例如龙卷风等。

风对飞机来说是一种扰动，会带来许多上述新闻中的安全问题，理想的情况是飞机靠自己的动力产生速度在静止的大气中飞行。这也就是为什么飞机需要在一定的高度的空中飞行。由于不同高度的大气的特征不同，大气可以分为对流层、平流层和高层大气。对流层是大气的最下层，它的高度因纬度和季节而异。中纬度平均为10～12公里。由于对流层集中了75％大气质量和90％的水汽，因此伴随强烈的空气对流运动，形成云、雨、雪等复杂的天气现象。这些复杂的天气现象对飞机来说都是不利的，因此飞机起飞后需要迅速爬高，尽快飞离对流层，来到理想的飞行环境——平流层。平流层在对流层顶向上55公里高度，这里空气以水平运动为主，最主要的是这里天气晴朗，没有复杂的天气现象，大气透明度好。所以飞机大部分时间在平流层巡航飞行，这里飞行环境相对稳定安全，因此飞机在到达平流层后才允许乘客解开安全带，乘务员提供客舱服务。

当然，飞机不能总在平流层飞行，起飞降落过程就会经过复杂的对流层，这时候就不可避免会遇到大气的扰动。如果飞机遭遇水平风，会改变飞机的相对飞行速度和方向。如果遇到与飞机飞行同方向的风，则表现为飞机突然升高或下降；若遇到侧向水平风，飞机就会像风筝一样被吹偏，偏离航线。不过一般情况大气扰动的水平风速与客机的飞行速度相比还是很小，水平风带来的飞机颠簸和扰动并不突出。然而垂直方向的风扰动对飞机的影响就大的多。虽然垂直方向的风不会改变飞机的相对飞行速度，但是能显著改变飞机的攻角（也就是飞行速度与大气的夹角），而在一定范围内攻角与飞机的升力成正比，因此垂直方向的风会直接改变飞机升力，飞机升力忽大忽小就像汽车走进了泥洼地，颠簸也就避免不了。国航航班飞行中的剧烈颠簸现象就是民航客机遭遇了垂直方向的突风扰动，这种情况在夏季很常见。夏季大气对流显著，冷暖空气时常交锋，天气变化剧烈，雷阵雨、大风常常突然出现，因此飞机在夏季特别容易受到明显的大气扰动，也容易出现因为天气的延误等现象。

那么遇到飞机颠簸时该怎么办呢？对于乘客来说最直接有效的方法就是系好安全带，安全带可以避免乘客在颠簸的过程由于惯性原因被甩飞受伤。那么除了系好安全带，还有没有什么能从飞机角度减小颠簸的措施呢。这个还真有，这个技术叫阵风减缓主动控制技术，阵风也就是之前提到的垂直方向的扰动风。该技术主要是通过机翼上柔性部件或舵面的主动偏转，产生与阵风扰动相反方向的气动力，利用直接力反馈控制的方法，减小阵风带来的扰动。简单来说就是，如果大气阵风扰动让飞机产生向上运动的额外气动力，则主动控制系统就让舵面等可动部件产生向下的气动力，抵消原来阵风产生的力，从而实现减小阵风扰动带来的飞机颠簸。

我们的技术人员已经持续跟踪研究阵风减缓主动控制技术十余年，发展出了利用飞机后缘分布式舵面的主动偏转，来减缓阵风对飞机产生的过载加速度扰动和附加的翼根载荷。他们构建了系统的阵风减缓主动控制仿真分析平台，设计了针对不同飞行状态和阵风扰动有效的主动控制策略。他们还利用无人机飞行平台开展阵风减缓主动控制技术飞行试验，以机翼和飞机重心处的加速度响应作为反馈控制量，进行阵风减缓控制飞行试验。试验结果表明通过该技术可实现机翼振动加速度减缓30％以上，翼根载荷弯矩减缓12％。

阵风减缓主动控制飞行试验平台

将阵风减缓主动控制技术应用到民航飞机就可以显著降低飞机遭遇扰动带来的颠簸，大幅提高乘客乘坐的安全性和舒适性，飞机自己也可以系上安全带了。