飞机试飞的自然结冰潜势预测及检验评估

自然结冰试飞是运输类飞机合格审定必须实施的高难度、高风险试飞科目，需要在环境温度、云中液态水含量（LWC）和云滴中值体积直径（MVD）满足条件，含有大量过冷水的环境中完成规定的飞行动作。利用2020年3月16日、26日及27日阎良机场国产某大型运输机自然结冰试飞的地面、高空、卫星、雷达和机载探测等多源观测资料，对3次自然结冰试飞气象条件进行了对比分析，并验证了李佰平等改进的自然结冰潜势算法有效性。结果表明：改进的自然结冰潜势算法对于结冰区域的预报较为准确，但在结冰强度预报上需进一步优化。西风系统因水汽条件不足，结冰气象条件较南支系统要差。高空冷空气未到达试飞区域前，云中环境温度偏高，结冰强度较弱；冷暖空气交汇的区域，LWC较高，MVD较为合适，结冰较强。研究结果对未来在阎良机场开展运输类飞机自然结冰试飞的窗口期和空域选择、协同指挥保障均具有参考意义。     

TB—20机飞行中的一次结冰天气分析

１９９２年４日上午９时３０分,ＴＢ－２０飞行执行广汉－遂宁－广汉航线的训练任务,飞机高度１８００Ｍ,入航后在云中飞行,据机组反映;云中雾蒙蒙的,在飞机两侧的挡风玻璃及机翼前缘出现一层薄薄的冰晶,飞机及时返航,安全落地。根据当日天气形势及条件,对这次结冰天气一性和定量分析,以求掌握此次结冰的形成原因。     

一种基于人影飞机结冰观测记录判断云中过冷水的方法

对2003-2009年、2012-2018年共计14 a的人工影响天气飞机结冰个例进行统计分析,研究飞机结冰高度与0℃层、-20℃的关系、结冰所在区域与高空涡、高空槽两类降水天气系统的位置关系,验证了利用飞机结冰和0℃层可以判定云中存在过冷水的方法,为人工增雨冷云催化作业区选择提供了技术参考。     

新航空气象服务产品使飞机避开结冰危险

从2006年12月6日开始，航空天气服务用户将会收到更加详细的关于飞机结冰服务信息。结冰天气，包括冰粒和一触就会冻结的云滴，会威胁飞机安全飞行，尤其是在冬季。机翼结冰时，作用在飞机上的拖曳力会增加，导致飞行困难。即使飞机得到飞行许可，在结冰状况下飞行一般得绕行数百公里。     

直升飞机自然积冰试验方案设计与实例应用

针对直升机自然积冰试飞，结合直升机飞行特性，分析了不同气象条件下试验飞行路线确定原则。利用模式预报和实况监测产品，设计了直升机积冰试验飞行方案，并在2018年3月新疆乌鲁木齐外场试验中进行了应用和检验。结果表明，直升机自然积冰试验飞行方案的确定原则需要充分考虑直升机的飞行特性。在层状云中进行自然积冰试飞，根据积冰区相对云区位置，考虑从云底或云顶进入积冰区的原则。建立了飞机积冰飞行方案设计流程。利用积冰潜势预报系统提前72 h开展概率预报，利用云降水显式预报系统提前24 h开展云条件预报，利用卫星雷达探空等观测资料提前3 h开展积冰条件监测预警。预报和监测结果显示，计划试验当天云的宏微观条件较为理想，符合飞机积冰形成的条件。针对此云层设计了采取云底进入探测区和云底退出的规避方式，在云中采用多次往返爬升和平飞寻找过冷水区以完成积冰探测。实际飞行也采用了云底入云并云中探测到了积冰和过冷水，是一次比较成功的飞机积冰航线设计和应用实例。     

安庆地区一次飞机积冰的气象条件分析

利用卫星、雷达、探空、飞机等观测资料和NCEP再分析资料,以及数值模拟结果,对2016年3月8—9日我国安庆地区的云系特征和飞机积冰气象条件进行了分析,并对比了几种积冰指数算法的计算结果。结果表明,此次飞机积冰发生在寒潮天气背景下,强冷空气造成锋面逆温。实测飞机积冰现象出现在对流降雨结束后的层积云层顶部,积冰高度对应高空锋区逆温层底部,云顶高度约为3.4 km,云顶温度为-10℃,无降水和雷达回波,云中主要为过冷水,丰沛时段飞机观测过冷水平均值为0.36 g·m~(-3),基本无冰相粒子。当云顶高度再度抬升,冰相粒子增多时,过冷水含量减少,不利于积冰现象发生。多种积冰指数对比分析表明,CIP初始积冰潜势算法较好体现了此次层积云飞机积冰特征。CPEFS模式模拟出了与实测比较一致的云宏微观结构。     

飞机积冰云微物理特征分析及监测技术研究

利用7个架次有积冰报告的飞机探测资料,对积冰云的微物理特征进行了分析,详细描述了云中相态组成、液水含量、中值体积直径和过冷大滴浓度特征。介绍了基于卫星、数值模式输出和地面观测资料的飞机积冰潜势监测技术,在与20个飞机探测积冰报告对比中,积冰监测可识别率为90%,并应用飞机积冰潜势监测技术具体分析了2010年10月26日的积冰个例。最后介绍了基于积冰潜势监测技术的飞机积冰监测系统,该系统能够支持水平分辨率为20 km、垂直分辨率为25 hPa、时间分辨率为1 h的飞机积冰潜势产品的运算和显示,该系统可为实际业务提供参考。     

飞机积冰气象条件研究进展

飞机积冰的直接影响气象因子包括大气温度、云中过冷水含量、过冷水滴大小。飞机积冰气象条件的研究对于飞行安全保障、飞机适航验证、人工影响天气等方面具有重要意义。近年来在飞机积冰气象条件研究方面取得了很大进展,文章对飞机积冰气象条件的外场观测、天气系统、监测识别、预报方法、气候分布等方面进展进行了简要综述,并对有关问题进行了讨论。飞机探测结果表明,过冷水时空分布具有明显不均匀性,国外以大量飞机积冰观测试验为基础统计分析了积冰环境,并制定了用于飞机积冰适航验证的一系列标准。产生飞机积冰的主要天气系统是锋面、高空槽线和切变线,冻雨往往产生强积冰。综合多源遥感数据各自的优势信息,建立飞机积冰区域识别技术是主要趋势。具有对云水显式预报能力的中尺度模式为预报飞机积冰提供了更好的工具。同时将多种监测数据、模式数据相融合的实时积冰潜势系统是新的发展方向。     

民机阵风载荷测量试飞颠簸潜势诊断技术研究

为确保民机阵风载荷测量试飞的质量和效率,规避风险,保障安全,解决“找风难”问题,从飞行员飞机颠簸报告入手,利用欧洲中期天气预报中心提供的ERA5全球大气再分析资料,基于10个预报效果较为理想的颠簸指数,通过加权集成算法给出了高空急流背景下的颠簸潜势综合指数。综合指数中单一指数的权重是通过发生颠簸的预报准确率PODY、未发生颠簸的预报准确率PODN、总体预报准确率PODA及TSS评分及中度以上颠簸所占面积fMOG五项评价指标共同确定的。同时评估了颠簸潜势综合指数性能对单一指数数量的敏感性以及对参与建模样本量的敏感性。结果表明:Dutton指数因预报得分φ达1.043,是这10个单一指数中总体预报效果最好的,Brown指数、L-P指数次之。由Dutton指数、Brown指数、L-P指数、TI1指数及风相关指数加权集成的综合指数,较好地集成了各单一指数的优点,各项指标均较为优秀,PODA达90%,TSS达0.80,fMOG达9.2%,预报得分φ达1.225,总体效果最好。随着单一指数数量的增加,综合指数的诊断效果先增大后减小,当单一指数增加到5个的时候,效果最优。随着参与建模的飞机颠簸样本量增加,综合指数性能逐步提升。该综合指数能较好地解决民机阵风载荷测量试飞潜在颠簸区域寻找的问题。      

人影无人飞机航线设计及飞行控制

人工影响天气无人驾驶飞机是一种自控或远程控制的微型无人驾驶飞机系统,它具有自动导航、自动驾驶、实时显示飞机飞行轨迹及状态参数等功能。而要实现这些功能就离不开稳定、可靠的控制软件。首先要熟练的掌握飞机的控制软件的使用并结合实际情况才能设计合理的作业航线,还要根据飞机传回的基本信息如位置、高度、航向、速度、发动机转速等通过空气动力学方程计算出需要的参数,从而对飞机的飞行状态进行调整和有效的控制。1航线设计无人机在视线外飞行时可根据飞机传回的参数远程遥控,也可按预先设定的程序飞行。飞机在飞行时是无法接收程…     

基于模糊逻辑的飞机积冰预测指数

使用北京人工影响天气办公室提供的2014-2017年京津冀地区飞行记录积冰个例样本与机载观测数据,2016年全国空中报告积冰、非积冰个例样本和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第5代全球气候大气再分析数据（ERA5）,基于模糊逻辑隶属度函数,定义了以气温和相对湿度为判别基础并考虑垂直速度和云量影响的积冰指数I_p（icing potential index）,用于判断飞机在空中发生积冰事件的可能性。检验结果表明:该指数对积冰事件的判别准确率为80.2%,与目前国内常用的经典积冰指数（I_c）相比,其判别准确率有明显提升,且漏报率和虚警率均显著降低（分别为9.4%和10.4%）,结合数值预报产品可对飞机在空中特定位置发生积冰事件的可能性进行预测。     

卫星资料统计全球飞机积冰潜势分布特征

利用云探测卫星CloudSat在2007年12月1日—2008年11月30日全年数据, 构建一种利用CloudSat云分类产品、温度产品、液态水含量产品来联合识别飞机积冰潜势的算法, 并利用该算法对上述时段的全球范围内飞机积冰潜势的出现频率进行统计分析, 旨在为航空安全特别是长途飞行提供一定参考依据。并分析了不同云类型和不同季节的飞机积冰潜势分布特征。结果表明:飞机积冰潜势在全球范围内存在纬向、海陆及季节差异特征。整体上中高纬度地区积冰潜势频率比低纬度地区高, 陆地上空的积冰潜势频率比海洋上空高; 对于不同云类型而言, 中高纬度地区积冰潜势以层云、层积云、高层云和高积云为主, 而低纬度地区积冰潜势以深对流云为主; 对于不同季节而言, 夏季积冰频率较低, 冬春季节频率较高。      

飞机积冰预报算法对比及其集成预报模型研究

以人工增雨作业获取的飞机积冰实例资料为基础,利用WRF模式对51次飞机积冰过程进行数值模拟,对比分析了常用七种积冰预报算法对积冰潜势区和强度的预报效果,进而采用评分权重集成法建立了飞机积冰强度集成预报模型,并检验了其预报效果。结果表明:(1)假霜点温度经验法对2002年4月4日积冰个例的预报效果与实况一致,而其他积冰算法预报效果均与实况相差较大;(2)对51次飞机积冰预报效果进行统计检验发现,假霜点温度经验法的预报效果最好,积冰强度预报准确率为72.55%,其次是RAOB法,IC指数法和I积冰指数法次之,改进的IC指数法预报准确率最差,只有19.61%;(3)对比不同积冰算法建立的集成预报模型的预报效果发现,选用IC指数法、假霜点温度经验法、RAOB法进行集成预报时,预报准确率最高,且漏报率、偏弱率及偏强率均能控制在10%以内,比单一预报算法中的最高预报准确率提高了8%,且漏报率降低了4%,偏强率降低了8%。     

甘肃中部地区飞机积冰的气象条件分析

利用3a空中观测资料和机载仪器采集资料分析了影响飞机积冰的气象条件,总结了飞机积冰的一般规律。分析结果表明：飞机积冰在水汽充沛地域发生较多;通常飞机积冰形成于温度低于0℃的云中,出现积冰的温度范围在0～-11℃,而出现较强积冰的温度范围在-1--18℃;云中过冷水含量越大,积冰强度也越大。     

新疆地区飞机积冰的分析与预报

飞机积冰是一种能影响飞行安全的重要天气现象.文中分析了与飞机积冰有关的气象因子和天气形势,并提出了一些飞机积冰的预报方法.     

Icing of aircraft engines in ice crystal clouds: A case study

Analyzed is a serious flight accident with a Boeing-747 aircraft happened on July 31, 2013 during its flight from Moscow to Hong Kong. The plane entered the upper crystal part of the mesoscale convective complex (MCC) and got damaged the compressors of three engines. This is considered to be caused by the so called ice crystal icing in the areas with high concentration of ice crystals. Considered are meteorological conditions in the corresponding part of the flight route and available information about this type of icing. To prevent aircrafts from ice crystal icing, special attention should be paid to very short-range forecasting, now casting, and detection of zones of deep intense convection, especially of MCC along the flight route.     

一次飞机严重积冰的天气条件和云微物理特征

利用2021年2月28日机载探测资料, 结合欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料、陕西省延安站探空资料, 分析飞机发生严重积冰的天气背景和云的宏微观结构特征。此次严重积冰天气是受高空槽、低空切变线、低空急流和地面冷锋共同影响的结果。ERA5再分析资料表明:过冷水大值区主要分布于锋区前部暖侧的700 hPa至600 hPa高度。探空资料表明:飞机探测区环境温度为-9~-3℃, 温度露点差为0℃, 具有发生严重积冰的温度和湿度条件。飞机遭遇严重积冰期间环境温度为-8~-5℃, 云粒子探头观测的液态水含量平均为0.35 g·m-3, 最大为0.7 g·m-3;总水含量仪观测的液态水含量平均为0.5 g·m-3, 最大为0.85 g·m-3, 有11 min大于0.45 g·m-3;云粒子中值体积直径平均为20.3 μm, 云粒子数浓度平均为149.3 cm-3;云粒子数浓度由低层到高层呈增大趋势, 而云粒子中值体积直径变化趋势与之相反。计算表明:国王350飞机在穿云作业时, 云中过冷水含量分别高于0.04 g·m-3, 0.15 g·m-3和0.45 g·m-3时可能遭遇轻度积冰、中度积冰和严重积冰。     

Study of aircraft icing warning algorithm based on millimeter wave radar

In order to avoid accidents due to aircraft icing, an algorithm for identifying supercooled water was studied. Specifically, a threshold method based on millimeter wave radar, lidar, and radiosonde was used to retrieve the coverage area of supercooled water and a fuzzy logic algorithm was used to classify the observed meteorological targets. The macrophysical characteristics of supercooled water could be accurately identified by combing the threshold method with the fuzzy logic algorithm. In order to acquire microphysical characteristics of supercooled water in a mixed phase, the unimodal spectral distribution of supercooled water was extracted from a bimodal or trimodal spectral distribution of a mixed phase cloud, which was then used to retrieve the effective radius and liquid water content of supercooled water by using an empirical formula. These retrieved macro- and micro-physical characteristics of supercooled water can be used to guide aircrafts during takeoff, flight, and landing to avoid dangerous areas.