Способы определения среднего ветра. Понятие о среднем ветре
Ветер является важнейшим элементом, используемым при навигационных и инженерно- штурманских расчетах.
Особенностью общего распределения воздушных течений в атмосфере в умеренных широтах северного полушария является наибольшее изменение вектора ветра в нижних слоях атмосферы (10 – 500м), где среднее значение скорости ветра увеличивается примерно в два раза, в слое же от 500м до 1500м наблюдается замедление его изменение.
В Северном полушарии вектор ветра с высотой увеличивается, одновременно изменяя направления поворотом его вправо (≈ 0,03° на 1м). При этом до определенной высоты (100 - 250м) направление ветра практически не меняется, а скорость резко возрастает. Далее начинается поворот вектора ветра вправо и на высоте 400 – 800м отклонения градиентного ветра по скорости не превышают 10-15% а по направлению ±10° от действительного.
Градиентным ветром называется установившееся горизонтальное движение воздуха при отсутствии силы трения о земную поверхность. Он дует таким образом, что изобара в Северном полушарии с меньшим давлением остается всегда слева (справа – в Южном). После Н=400 – 800м вектор ветра продолжает расти, поворачивая вправо, затем рост скорости прекращается и на Н=1000 – 2000м вектор ветра практически совпадает с вектором градиентного ветра. Этот слой атмосферы принято называть пограничным слоем. Направление градиентного ветра совпадает с направлением изогипс на картах барической топографии абсолютных высот изобарических поверхностей (карты АТ).
В реальных условиях десантирования на медленно падающее тело (МПТ) с момента отделения от самолета и до момента приземления воздействует ветер, скорость и направление которого изменяются во времени, в пространстве и зависят от высоты над земной поверхностью, географического района, времени года и суток, распределения атмосферного давления по поверхности Земли.
Траектория снижения при этом будет представлять собой сложную пространственную кривую. Под воздействием ветра МПТ приобретает дополнительное горизонтальное перемещение, называемое сносом (Z). Для упрощения учета сноса вводится понятие среднего ветра.
Под средним ветромпонимается фиктивный ветер, постоянный по величине и направлению, эквивалентный всем ветрам, воздействующим на МПТ во всем слое десантирования (от высоты выброски до приземления).
За направление среднего ветра принимается метеорологическое направление ветра, измеренное от северного истинного меридиана до направления «откуда дует ветер». Для выполнения навигационных расчетов метеорологическое направление ветра переводят в навигационное направление («куда дует» ветер), изменяя метеорологическое направление ветра на 180°. В самолетовождении направление ветра измеряется от того же меридиана, от которого измеряется курс самолета. Скорость ветра измеряется в м/с и км/ч.
Наибольший удельный вес в общей ошибке вычислений вектора суммарного сноса МПТ имеют ошибки за счет погрешностей в определении составляющих среднего ветра на участке снижения на основных куполах, являющиеся следствием ошибок методического характера, инструментальных погрешностей, и ошибок, вызванных изменчивостью ветра.
В основе разработки способов определения среднего ветра приняты логарифмический закон изменения скорости ветра и линейный закон изменения направления. Согласно этим законам:
где: UН – ветер на интересуемой высоте;
Н0 – высота, на которой скорость ветра равна 0;
Низм – высота измерения;
Н – высота, ветер на которой неизвестен (высота ветра);
Δδгр= 0,03 (град/м) – градиент изменения направления ветра с ростом высоты.
Логарифмический закон справедлив при следующих условиях:
- земная поверхность ровная;
- вязкость воздуха постоянная;
- отсутствуют восходящие и нисходящие потоки воздуха;
- воздушный поток ламинарен;
- вращение Земли отсутствует.
Средний ветер в слое воздушной массы определяется путем осреднения направлений и скоростей ветра, измеренных на нескольких высотах (уровнях), равноотстоящих друг от друга.
Зная направление и скорость ветра на промежуточных высотах, можно аналитически или графически (на ветрочете) рассчитать направление и скорость среднего ветра в слое воздушной массы, находящейся под самолетом.
Аналитический расчет выполняется в таком порядке.
1. Определяется средний ветер в слоях, лежащих между двумя соседними уровнями, на которых известен ветер:
Если направление и скорость ветра у земли неизвестны, то для расчетов берется:
2. Определяется средний ветер всего слоя:
Графический расчетвыполняется на ветрочете или навигационном расчетчике. Ветрочет предложен штурманом Б. В. Стерлиговым в 1926 году и позволяет, кроме определения ветра, рассчитать курс следования самолета, фактический путевой угол, угол сноса и путевую скорость.