Реал ьный ветер и его вл ияние на взл ет, посад ку и пол еты по воздушным трассам

Фактический ветер, измеренный с помощью шар-пилот а, радиопилот а или радиозонда, называется реальным ветром. Он не является уст ойчивым воздушны м потоком как во времени, т ак и в пространстве, поэтому использование реального ветра в навигационных расчетах имеет пространственные и временные ограничения и характ еризуется радиусом действия - расстоянием от пункта измерения, на кот ором изменение характеристик вет ра не превышает заданной величины, и сроком годности - промежутком времени, в течение которого изменение характеристик ветра не превышает заданной величины. В соот ветствии с требованиями к точности навигационных расчетов радиус действия измеренного (реального) ветра сост авляет 100…150 км, а срок годности – 3…6 час. Изменчивост ь характеристик вет ра зависит от его скорости. Чем больше скорость ветра, т ем меньше изменчивость его направления и т ем больше изменчивость скорости. Ветр у свойственна порывистост ь, вызываемая турбулентностью. Эта изменчивост ь вет ра особенно резко выражена вблизи поверхности земли благодаря наблюдающейся здесь повышенной т урбулентности.

Скорость вет ра имеет ярко выраженный суточный ход. В приземном слое она имеет максимальное значение днем, а минимальное - ночью. На средних и больших высот ах максимальная скорость ветра наблюдается ночью, минимальная - днем (ночью от сутст вует тормозящ ее действие конвекции). С увеличением высоты скорость вет ра обычно возрастает, достигая максимального значения под тропопаузой, выш е указанного уровня скорость вет ра убывает . Под тропопаузой, в верхнем слое тропосферы, нередко наблюдаются очень сильные ветровые потоки од нородного направления со скоростью превыш ающей 30 м/с (100 км/ч). Такие ветры называются струйным и течениями. Максимальная скорост ь в т аком потоке отмечалась над Японией и равнялась 980 км/ч.

При планировании и выполнении полетов по воздушным трассам больш ой протяженности, длина кот орых значит ельно превышает радиус действия ветра, измеренного в аэропорту выл ета, удоб нее пользоват ься характ еристиками градиентного вет ра, определенными по картам барической т опографии. Расчетные х арактеристики градиентного ветра, с допуст имой в самолетовождении т очност ью, могут быт ь использованы во всех инженерно-штурманских расчетах. Однако нужно учитыват ь, что градиентный ветер все же отличает ся от реального ветра в атмосфере.

Отклонения реального ветра от градиент ного (агеост рофизические отклонения)

составляют : по направлению ± 30°, по скорости - 10…15%. Чем прямолинейнее воздушный поток и чем больше его скорост ь, тем больш е направление реального ветра совпадает с направлением градиентного вет ра.

Ветер оказывает существенное влияние на работ у ГА, как в приземном слое, так и на

высотах. Характерист ики приземного ветра влияют на взлет и посадку воздушных суд ов, а ветер на высот ах - на навигационные элемент ы полет а. При сильном вет ре на аэродроме могут возникать т акие опасные для авиации явления погоды, как мет ели и пыльные бури, которые ухудшают видимость ниже минимума аэрод рома. Ураганы и шквалы при взлете и посадке могут приводить к лет ным происшест виям. Турбулентный характер ветра вызывает интенсивную болтанку воздушных судов.

Ветер оказывает сущест венное влияние на взлетно-посадочные характеристики воздушных судов. Взлет и посад ку самолетов стремят ся проводит ь против ветра, т ак как встречный ветер уменьшает скорость от рыва и посадочную скорост ь, уменьш ает длину разбега при взлет е и длину пробега при посадке. Встречный вет ер при взлете, создавая дополнительный обд ув, увеличивает устойчивост ь и управляемость самолета в начале движения. При попутном ветре, наоборот, увеличивает ся длина разбега и пробега, ухудшается уст ойчивост ь и управляемост ь самолет а в начале движения при взлет е, усложняется выполнение взлета и посадки.

Время и д лина разбега (пробега), длина взлет ной (посадочной) дистанции определяет потребные размеры аэродрома и взлет но-посадочной полосы.

Значительно усложняется взлет и посадка самолета при боковом ветре или при его б ольших боковых составляющ их. При взлете с б оковым ветром об разуют ся дополнительные аэродинамические силы, зат руд няющие управление самолетом. Под влиянием этих сил возникают кренящий и разворачивающ ий моменты. Кренящий момент образуется вследствие неравномерного обдува крыльев. Например, если ветер направлен справа от носительно линии движения самолета, т о на правой плоскост и крыла подъемная сила возраст ает , а на левой плоскости, наоб орот , уменьш ается. Разворачивающий момент возникает из-за того, что центр т яжести и центр бокового д авления ветра не совпадают. Поэт ому боковой ветер создает силу, стремящуюся р азвернуть самолет против ветра. При очень сильном ветре реакция грунта на колеса ш асси, противодействующ ая разворачивающему моменту, может оказаться недост аточной, чтобы удержать самолет, и он развернется поперек ВПП. Посадка самолета при боковом ветре связана с еще большими т рудност ями, чем взлет. Основная тр удност ь заключается в т ом, что летчику приходит ся б ороться со сносом самолет а. Неточный учет вет ра может привести к приземлению самолета вне ВПП. При сильном боковом ветре возможен срыв покрышек колес и поломка ш асси в момент касания ВПП. В процессе проб ега возникают разворачивающий и кренящ ий момент ы, как и при разбеге.

В силу перечисленных выше причин для каждого т ипа самолет а устанавливает ся

предельно допустимая скорост ь бокового ветра (боковой составляющей), при которой возможен взлет и посадка. Ее значение зависит от особенност ей конструкции самолета и удельной нагрузки на крыло.

На точность приземления воздушных судов существенно влияет также изменчивость х арактерист ик ветра вдоль ВПП и по высоте в приземном слое (до высоты 60…100 м). Для количест венной оценки изменчивости используется понятие сдвиг ветра. Эт о изменение х арактерист ик вет ра на небольшом расстоянии. Различают вертикальный и горизонтальный сдвиг ветра. Сд виг вет ра при отсут ствии маневра рулями и тягой двигателя может привести к “перелет у” или “недолет у” самолета от носительно расчетной точки приземления. Более подробно условия формирования сильных сдвигов ветра и их влияние на полет воздуш ных судов б уд ут рассмот рены в главе “Опасные мет еорологические явления”.

При полете на э шелоне ветер оказывает сущ ест венное влияние на наиболее важные в

навигационном от ношении э лементы , определяющие точность самолетовождения. В первую очередь, эт о от носится к направлению и скорости полета относительно земной поверхности,

т .е. к путевой скорост и и к угл у сноса. Путевая скорость самолета W предст авляет собой геомет рическую сумму вектора воздушной скорости V и вектора вет ра u .

W =V +u

(4.19).

Из навигационного треугольника скоростей видно, чт о путевая скорост ь может существенно изменят ься в зависимости от того, какой ветер - попутный, боковой или вст речный (рис. 4.17). Максимальная путевая скорость б ывает при попутном ветре, минимальная - при встречном. При пост оянной воздуш ной скорости от направления и скорости ветра зависит продолжительность полета по воздушной трассе. Направление ветра, кроме того, оказывает влияние на угол сноса. При боковом ветре путевой угол от личается от курсового угла, поэт ому д ля достат очно т очного выполнения полет а по заданному маршруту нужно учитывать угол сноса.

Рис. 4.17. Навигационный треугольник скоростей

В инженерно-штурманских расчет ах д ля т расс большой протяженности вместо градиентного ветра принято использовать эквивалентный ветер иэ – расчетный вет ер, направленный вдоль маршрута полета и оказывающ ий на путевую скорость такое же влияние, как реальны й ветер.

®

Значение эквивалентного ветра равно разности мод улей векторов путевой скорости W и

®

воздушной скорости V :

иэ =|W

| -|V |

Эквивалентный ветер – скалярная величина. Попутный эквивалентный ветер считается

положит ельным (|W

| >|V |) , вст речный – отрицат ельным (|W

| <|V |) .

Аналит ическое выражение для расчет а э квивалент ного вет ра может быть получено из навигационного треугольника скорост ей (рис. 4.17).

иэ =и cos e-и

sin2 e, (4.20).

V

где: и – скорост ь ветра;

e – угол ветра;

V – возд уш ная скорост ь.

Приведенная формула позволяет определять эквивалентный ветер в одном пункт е для определенного момента времени. Средний эквивалент ный ветер по маршр ут у определяется по формуле:

где: S – длина маршрута;

и эср =

S

i=n

å и эi i=1

Si , (4.21).

иэ i – эквивалентный ветер на участке;

Sэ i – длина участка;

п – число участков на марш рут е.

Эквивалентный ветер позволяет определят ь фактическую путевую скорость W ф при известной воздушной скорости

Wф =V +и э , (4.22).

и требуемую возд уш ную скорость V тр для полета по расписанию с заданной пут евой скоростью W зад

Vтр =Wзад +иэ

(4.23).

Климатические характеристики эквивалентного вет ра мог ут быть использованы при планировании полетов по новым воздуш ным трассам и при составлении расписания полетов.

Режим ветра учитывается при выборе места расположения летного поля аэрод рома, ориентировки и взаимного расположения нескольких взлетно-посадочных полос, а т акже при выборе места застройки аэродрома.

При проектировании направления ВПП особое внимание уделяет ся господст вующему вет ру в данном райо не. Основную или главную ВПП ориент ируют по направлению преобладающего ветра, остальные полосы являются вспомогательными. Повторяемость ветров различных направлений получают в результ ате климатической обработки наблюдений за вет ром и пред ставляют в виде д иаграммы, называемой розой ветров. Повторяемост ь в процентах соот ветствующих направлений ветра откладывают на восьми румбах в определенном масштабе. Полученные крайние точки соединяют отрезками прямых линий (рис. 4.18).

Р ис. 4.18. Роза ветров

Ветры со скоростью, не превы шающей 3 м/с, как мало влияющие на взлет и посад ку самолетов, обычно от носят к штилевому состоянию. Их повт оряемость проставляется в кружке в центре розы ветров.

На примере диаграммы, показанной на рисунке, можно сделат ь вывод, что наибольш ую д ля данной розы ветров повторяемост ь (40%) составляют вет ры юго-западного и северо- вост очного направлений. По э тому направлению и нужно строить основную ВПП для д анного пункт а. Розы вет ров строят месячные, сезонные и годовые.