浅谈水牛城空难的原因

浅谈水牛城空难的原因

首先，对水牛城空难遇难者家属表示哀悼。

有朋友问为什么一路顺风的飞机会到了家门口像称砣一样掉了下来。从目前得到的信息看来，空难发生的原因最可能的是结冰。那么结冰造成的空难为什么更容易发生在起飞降落过程中呢？我想用非专业的语言来说一说。

固定翼飞机的飞行有几个关键的要素，推力，空速，升力和姿态，它们是相互关联的。机翼最大的用途是产生升力。它的剖面是不对称的，从机翼前沿到后沿，气流沿机翼上方走过的路径要比沿机翼下方走过的路径长。如果考虑飞机是在静止大气中飞行，无论气流是从机翼上方或下方流过，到达机翼前沿的气流会同时到达机翼后沿，这就说明机翼上方的气流要比机翼下方的气流速度快。这里设想我们是坐在飞机中，气流是相对于飞机而言。同时，还必须设想我们是坐在一个热气球上看一架飞机飞过，这样才可以理解为何气流同时到达机翼后沿。根据伯努力原理，或说根据更普遍的能量守恒原理，气流流速越快对机翼表面的压强越小。气流从机翼上下方流过对机翼产生的压力差就是飞机的升力。飞机飞得越快，压力差越大，升力也就越大。自然，我们所说的升力是垂直于地面向上的力，前面所说的是指飞机水平飞行时的情况。简单地说，推力产生空速，空速产生升力，姿态调整升力方向。要使飞机的正常飞行，缺一不可。呵呵，我们平常说小车开快了发飘是一个道理。用两根绳子从车顶上和车底下量一下从前保险杠到后保险杠的距离，就知道车底下的距离短。车子开快了，顶上和底下的气压差就将车子抬起来了。只不过车的行驶速度还不高，没有抵消重力，因此车子还没有离开地面。汽车设计最主要的考量是空气阻力，而升力是要适当控制的。又需要利用空气动力来减轻重量，又要保证轮胎抓得着地来保证操纵。因此，跑车一般是柳叶形。如果飞机机翼的横截面是柳叶形，飞机是飞不起来的。

那么，结冰对飞行有什么影响呢？结冰对飞行最大的影响并不在于增加了飞机的重量，而在于它改变了飞机的空气动力布局。一般说来，飞机的载重量都有一定的冗余度，少量的超载不会严重影响飞行安全。如果冰都结在机身上应当没什么问题。但是，结在机翼上的冰客观上改变了机翼的形状，根据前面所说机翼产生升力的原理，结冰会影响升力。有试验显示，半寸厚的冰可以使飞机的升力减少一半儿。有朋友问，既然结冰的影响是改变了机翼的形状，那么增加和减少升力应当是一半儿一半儿。实际上，机翼最容易结冰的部位是前沿下方，从而使空气沿机翼下方从前沿到后沿的路径变长。真是屋漏偏逢连阴雨。其原因有人说是水的重力，其实更能说明问题的是熵。将一只筷子纵向劈开，沾水放进冰箱的冷冻室。半小时取出后会发现其横截面近似圆，而不是半圆。结冰对飞行的影响还有另外两个重要途径，一个是增加飞行阻力，另一个是水平尾翼结冰影响飞行姿态。飞机处于俯冲姿态自然不必要说，即便是处于机头上昂的高仰角状态，也会由于升力欠缺而失速。对于螺旋桨飞机，螺旋桨结冰还直接影响推力，进而影响空速。

飞机为什么在起飞和降落的时候容易出事呢？直观上说是因为离地面近，对突然情况没有太多时间反应。更主要的原因是此时飞机的速度低，升力有限。为了弥补欠缺的升力，飞机都安装有襟翼，就是机翼后沿那个活动部分。在飞机起飞和降落的时候，展开襟翼可以在低速的条件下增加升力。这架坠毁的飞机襟翼已经张开，但仍然没有得到足够的升力。最有可能的是没有提高空速来平衡结冰所造成的影响。另一方面，飞机在高空不容易结冰，因为富水的云层都在低空。尤其是在雨雪天气下，产生雨雪的云层一般都只有几百米高。许多人认为飞机下降那么几百米很快，结冰应当没有那么快，这是因为我们平常观察水都是在接近或超过零度的条件下完成的。冰箱的冷冻室只有零下几度，常温水结成冰至少需要几小时。如果冬天在东北找一根金属旗杆，在上面浇一杯水，很有可能一滴水也不会流到地面，我们称为滴水成冰。不少人见过高尔夫球大小的冰雹。水汽在空中形成水珠或冰珠后就开始下落。在此下落过程中越滚越大，到地面时已经长到了高尔夫球那么大。这里，冰雹本身是自由落体，从形成到著陆的时间是很短的。 飞机在几千米高空飞行，外面的气温要比东北天气更冷。在降落过程中，机体升温相对很慢。另外，飞机降落在靠近地面时要降低空速，还要降低下降速度，损失升力又延长在雨雪云层的停留时间是结冰坠机的关键因素。大飞机一般都有空中除冰的功能，原理一般与微波炉一样。但在低温富水云层中，其功效有限。这样，飞机结冰就不难理解了。尤其是螺旋桨飞机更是这样，因为它本身设计航速就慢，还会由于结冰而损失推力。另一方面，如果在冬季雨雪天气下快速下降以减少滞留空中时间也会有问题。飞机进场速度过快，跑道路面滑，很容易冲出跑道，形成地面事故。在这个季节这种气候条件下飞机的起落应当更依靠仪表飞行，许多条件下，仪表反而比人可靠。最重要的是根据飞机所处环境和姿态，计算最低空速。如果这架飞机的空速高几十哩/小时，也许失控是可以避免的。但是，冰雪天气下传感器结冰造成的误判也是有先例的，甚至有高度控制的失误。

总的说来，应当尽量避免在冬季雨雪天乘飞机旅行。遇到雨雪天航班延误，大家也就不要抱怨了。好好在家呆着，吃一顿火锅补充一些热量吧。