淺談水牛城空難的原因

淺談水牛城空難的原因

首先，對水牛城空難遇難者家屬表示哀悼。

有朋友問為什麽一路順風的飛機會到了家門口像稱砣一樣掉了下來。從目前得到的信息看來，空難發生的原因最可能的是結冰。那麽結冰造成的空難為什麽更容易發生在起飛降落過程中呢？我想用非專業的語言來說一說。

固定翼飛機的飛行有幾個關鍵的要素，推力，空速，升力和姿態，它們是相互關聯的。機翼最大的用途是產生升力。它的剖麵是不對稱的，從機翼前沿到後沿，氣流沿機翼上方走過的路徑要比沿機翼下方走過的路徑長。如果考慮飛機是在靜止大氣中飛行，無論氣流是從機翼上方或下方流過，到達機翼前沿的氣流會同時到達機翼後沿，這就說明機翼上方的氣流要比機翼下方的氣流速度快。這裏設想我們是坐在飛機中，氣流是相對於飛機而言。同時，還必須設想我們是坐在一個熱氣球上看一架飛機飛過，這樣才可以理解為何氣流同時到達機翼後沿。根據伯努力原理，或說根據更普遍的能量守恒原理，氣流流速越快對機翼表麵的壓強越小。氣流從機翼上下方流過對機翼產生的壓力差就是飛機的升力。飛機飛得越快，壓力差越大，升力也就越大。自然，我們所說的升力是垂直於地麵向上的力，前麵所說的是指飛機水平飛行時的情況。簡單地說，推力產生空速，空速產生升力，姿態調整升力方向。要使飛機的正常飛行，缺一不可。嗬嗬，我們平常說小車開快了發飄是一個道理。用兩根繩子從車頂上和車底下量一下從前保險杠到後保險杠的距離，就知道車底下的距離短。車子開快了，頂上和底下的氣壓差就將車子抬起來了。隻不過車的行駛速度還不高，沒有抵消重力，因此車子還沒有離開地麵。汽車設計最主要的考量是空氣阻力，而升力是要適當控製的。又需要利用空氣動力來減輕重量，又要保證輪胎抓得著地來保證操縱。因此，跑車一般是柳葉形。如果飛機機翼的橫截麵是柳葉形，飛機是飛不起來的。

那麽，結冰對飛行有什麽影響呢？結冰對飛行最大的影響並不在於增加了飛機的重量，而在於它改變了飛機的空氣動力布局。一般說來，飛機的載重量都有一定的冗餘度，少量的超載不會嚴重影響飛行安全。如果冰都結在機身上應當沒什麽問題。但是，結在機翼上的冰客觀上改變了機翼的形狀，根據前麵所說機翼產生升力的原理，結冰會影響升力。有試驗顯示，半寸厚的冰可以使飛機的升力減少一半兒。有朋友問，既然結冰的影響是改變了機翼的形狀，那麽增加和減少升力應當是一半兒一半兒。實際上，機翼最容易結冰的部位是前沿下方，從而使空氣沿機翼下方從前沿到後沿的路徑變長。真是屋漏偏逢連陰雨。其原因有人說是水的重力，其實更能說明問題的是熵。將一隻筷子縱向劈開，沾水放進冰箱的冷凍室。半小時取出後會發現其橫截麵近似圓，而不是半圓。結冰對飛行的影響還有另外兩個重要途徑，一個是增加飛行阻力，另一個是水平尾翼結冰影響飛行姿態。飛機處於俯衝姿態自然不必要說，即便是處於機頭上昂的高仰角狀態，也會由於升力欠缺而失速。對於螺旋槳飛機，螺旋槳結冰還直接影響推力，進而影響空速。

飛機為什麽在起飛和降落的時候容易出事呢？直觀上說是因為離地麵近，對突然情況沒有太多時間反應。更主要的原因是此時飛機的速度低，升力有限。為了彌補欠缺的升力，飛機都安裝有襟翼，就是機翼後沿那個活動部分。在飛機起飛和降落的時候，展開襟翼可以在低速的條件下增加升力。這架墜毀的飛機襟翼已經張開，但仍然沒有得到足夠的升力。最有可能的是沒有提高空速來平衡結冰所造成的影響。另一方麵，飛機在高空不容易結冰，因為富水的雲層都在低空。尤其是在雨雪天氣下，產生雨雪的雲層一般都隻有幾百米高。許多人認為飛機下降那麽幾百米很快，結冰應當沒有那麽快，這是因為我們平常觀察水都是在接近或超過零度的條件下完成的。冰箱的冷凍室隻有零下幾度，常溫水結成冰至少需要幾小時。如果冬天在東北找一根金屬旗杆，在上麵澆一杯水，很有可能一滴水也不會流到地麵，我們稱為滴水成冰。不少人見過高爾夫球大小的冰雹。水汽在空中形成水珠或冰珠後就開始下落。在此下落過程中越滾越大，到地麵時已經長到了高爾夫球那麽大。這裏，冰雹本身是自由落體，從形成到著陸的時間是很短的。 飛機在幾千米高空飛行，外麵的氣溫要比東北天氣更冷。在降落過程中，機體升溫相對很慢。另外，飛機降落在靠近地麵時要降低空速，還要降低下降速度，損失升力又延長在雨雪雲層的停留時間是結冰墜機的關鍵因素。大飛機一般都有空中除冰的功能，原理一般與微波爐一樣。但在低溫富水雲層中，其功效有限。這樣，飛機結冰就不難理解了。尤其是螺旋槳飛機更是這樣，因為它本身設計航速就慢，還會由於結冰而損失推力。另一方麵，如果在冬季雨雪天氣下快速下降以減少滯留空中時間也會有問題。飛機進場速度過快，跑道路麵滑，很容易衝出跑道，形成地麵事故。在這個季節這種氣候條件下飛機的起落應當更依靠儀表飛行，許多條件下，儀表反而比人可靠。最重要的是根據飛機所處環境和姿態，計算最低空速。如果這架飛機的空速高幾十哩/小時，也許失控是可以避免的。但是，冰雪天氣下傳感器結冰造成的誤判也是有先例的，甚至有高度控製的失誤。

總的說來，應當盡量避免在冬季雨雪天乘飛機旅行。遇到雨雪天航班延誤，大家也就不要抱怨了。好好在家呆著，吃一頓火鍋補充一些熱量吧。