Сдвиги ветра в приземном сл ое, их вл ияние на выполне ние полетов

 

Распределение вет ра в приземном слое атмосферы (д о высоты 100 м) оказывает большое влияние на выполнение взлета и посадки ВС. Особенно опасным является резкое изменение ветрового режима вдоль траектории движения ВС, которое может оказаться соверш енно неожиданным для экипажа.

ВС пересекает самый нижний слой ат мосферы в столь корот кое время, что ограниченный запас высоты, скорост и, приемистость двигателей не позволяют пилоту своевременно парировать влияние резкого изменения ветра. Изменение взлетно-посад очных характеристик под воздействием резкого ослабления или усиления ветра явилось, в ряде сл учаев, одной из главных причин лет ных происшествий.

Характеристикой пространственной изменчивости вет ра является сдвиг ветра –

разность вект оров ветра в д вух точках пространст ва, от несенная к расстоянию межд у эт ими точками. Сдвиг ветра представляет собой векторную величину и от ражает изменение скорости и направление ветра между рассматриваемыми точками. В зависимост и от ориент ации в пространстве двух точек, межд у кот орыми определяется сдвиг вет ра, различают верт икальный и горизонтальный сдвиги вет ра. Кроме того, выделяются вертикальные восх одящие и нисходящие пот оки, представляющие соб ой движение воздуха в вертикальном направлении в небольших зонах с сечением порядка сотен метров.

Для оценки сдвига ветра пользуются терминами и численными критериями, которые рекомендованы ICАО (табл. 9.1).

Таб лица 9.1. Характеристики сдвигов вет ра

 

Сдвиг ветра	Влияние на управление самолетом	Вертик. сдвиг ветра м/с на каждые 30 м в ысоты	Горизонт. сдвиг ветра м/с на каждые 600 м расстояния	Скорость в осходящ. или нисходящ. потока м/ с
Слабый	Незначительное	0…2,0	0…2,0	0…2,0
Умеренный	Значительное	2,1…4,0	2,1…4,0	2,1…4,0
Сильный	Существенные затруднения	4,1…6,0	4,1…6,0	4,1…6,0
Очень сильный	Опасное	> 6	> 6	> 6

 

По статистическим данным WМO попадание ВС на посадке в сдвиг вет ра, превышающ ий

4 м/с на 30 м высоты, возможно не менее одного раза в т ечение всего его среднего ресурса.

Проб лема сдвига ветра в авиации приобрела особенно актуальное значение в последние

30…40 лет. Эт о связано с тем, что изменялись ВС, условия и интенсивность их э ксплуат ации. Благодаря значительной массе (50…200 т), ВС обладает большой инерцией, кот орая препятствует быстрому изменению его путевой скорост и (т.е. скорост и движения от носительно поверхности земли) при резком изменении х арактера движения воздуха вдоль

®

т раектории полета. Вект ор путевой скорости

W является суммой вект ора воздушной

® ®

скорости V и вект ора скорост и ветра u.

 

® ® ®

W = V + u

(9.2)

 

Сох ранение, вследст вие инерции, путевой скорости при пересечении ВС уровней с различны м ветром привод ит к изменению возд уш ной скорости. Если бы ВС под действием изменений вет ра могло мгновенно ускорять или замедлять свое движение, проблемы сдвига вет ра не существовало бы.

Влияние сдвига ветра на полет самолета можно оценит ь, рассмотрев формулу подъемной силы крыла У при установившемся движении:

 

r 2

У = С у V S, (9.3)

 

где С у - коэффициент подъемной силы;

r - плот ност ь воздуха;

S - площад ь крыла;

V - воздушная скорост ь самолет а.

 

Под ъемная сила крыла У прямо пропорциональна квадрату воздуш ной скорост и полета. З начит ельное изменение характера движений во зд уха вдоль траекто рии полета вызы вает р езкое изменение воздушной скорости и, соответст венно, подъемной сил ы. В результате э того возникают эволюции ВС в вертикальной плоскости: при увеличении воздушной скорости произойдет подъем, а пр и уменьш ении – опускание ВС по отношению к р асчетной т раектории полета. При наличии дост аточ ных запасов по высо те и скорости полета со временные ВС, даже без вмешательст ва пилота, могут восстанавливать р ежим полета, нарушенный изменением парамет ров вет ра. На малых вы сот ах при выполнении захода на посадк у ил и при взлете сущ ест венные от клонения ВС от предполагаемой т раектории полет а пр едст авляют больш ую опасность в связи с б лизостью земли. Характер о тклонений от заданной траектории движения зависит о т вида сдвига ветра, наб людаю щегося в д анной зоне.

1. Скорость ветра с высотой резко увеличивается (рис. 9.10)

Если посадка или взлет самолета происходит строго при вст речном вет ре, то путевая скорость б удет равна разности воздушной скорост и и скорости ветра W = V - u.

При посадке ВС, движущ ееся прот ив вет ра, попадает в нижележащий слой с более слабым встречным ветром. При эт ом по инерции оно сохраняет свою путевую скорост ь, воздушная же скорость уменьшает ся, следовательно, уменьшается и подъемная сила. В результат е фактическая траектория движения проходит ниже заданной глиссады, ВС “проваливает ся” и, несмотря на увеличение пилотом силы тяги двигателей, посадка может быт ь совершена с недолет ом. Аналогичная ситуация наблюдается при посадке с попутным ветром, который с вы сотой ослабевает.

 

 

 

 

Рис. 9.10. Схема посадки ВС при ослабевающем встречном в етре

 

При взлете в условиях усиления вст речного ветра с высотой на ВС, попадающее в слой с более сильным ветром, действует большая подъемная сила, чем на нижележащих уровнях, и его фактическая траектория набора высоты распо лагает ся выше заданной (ВС “подбрасывает ”). Это может привести к перех оду на закритические углы атаки и к сваливанию ВС.

 

2. Скорость ветра с высотой резко уменьшается (рис. 9.11)

При посадке ВС, движущ ееся прот ив вет ра, попадает в нижележащий слой с более

сильным встречным ветром. Воздушная скоро сть и подъемная сила увеличиваются. Посадка в таких условиях сопровожд ается “подбрасыванием”, перелет ом заданной т очки касания ВПП и выкатыванием за пределы дальней концевой полосы безопасност и или за дальний конец ВПП.

 

 

 

 

Рис. 9.11. Схема посадки ВС при усилив аю щемся встречном ветре

Осложнения при взлете в случае ослабления встречного ветра с высотой возникают из-за падения подъемной силы и “проваливания” ВС, вслед ствие ч его оно может выйт и за нижний предел сектора безопасного набора высот ы. Так как при взлете практически нет возможности д ополнительного резкого увеличения силы тяги, то возникает опасность столкновения ВС с окружающими аэродром препятствиями (высокие искусственные сооружения, возвышенности).

Таким образом, наиболее опасными для полетов являют ся сдвиги ветра, которые вызывают потерю высоты, так как при посадке они могут вызывать касание ВС земли до т орца ВПП, а при взлете - выход ВС за нижний предел сект ора безопасного набора высоты по курсу взлета.

 

Горизонтальный сдвиг ветра

Влияние горизонтального сдвига ветра зависит от характера изменения ветра по горизонт али. Например, при резком увеличении скорости встречного потока в направлении полета (или при ослаблении попутного ветра) наблюдается “подбрасывание”; при значит ельном уменьшении ветра (при усилении попутного вет ра) ВС “проваливается”.

 

4. Боковые сдвиги ветра (рис. 9.12)

Боковые сдвиги ветра, направленные под углом к траект ории движения самолета и об условленные резким изменением направления ветра с высотой, привод ят к боковым смещениям возд уш ного судна от расчетной траектории полета, что так же опасно при полетах вблизи поверхности земли. На взлет е и посадке из-за боковых сдвигов ветра возникает тенденция к смещ ению самолета с осевой линии ВПП и уход влево или вправо от оси. При посадке может произойти касание земли рядом с ВПП, а при взлете - б оковое смещение за пределы сектора безопасного набора высот ы.

 

 

 

Рис. 9.12. Схема посадки ВС при боковом ветре а) правый поворот ветра с высотой;

б) левый поворот ветра с высотой;

 

Для определения величины сдвига ветра, в первом приб лижении, на всех аэрод ромах проводятся шаропилотные измерения скорости и направления ветра на высоте 100 м и высот е круга. Зная ветер у земли и на высоте 100 м, можно определить среднюю величину и характер сдвига ветра (попутный, вст речный или боковой) и принять необ ходимое реш ение.

Особое значение придается сообщениям экипажей ВС, выполняющ их полет ы на малых высот ах или на уровне круга в районе аэрод рома, а т акже производящих взлет и посадку. В сведениях, полученных от экипажей ВС, сообщается мест оположение зоны сдвигов вет ра (по местным ориентирам), граница слоя (слоев), скорость и направление ветра на различных высот ах.

Необ ходимо помнить, что вертикальный сдвиг ветра нелинейно зависит от толщины слоя, д ля кот орого проводится его оценка. Поэт ому перех од от значений сдвига ветра, определенных для слоев одной толщ ины к слоям другой толщины, должен осущ ест вляться с учет ом статистических закономерностей распределения сдвига ветра при помощ и специальных графиков.

Экспериментальные исследования показывают, чт о распределение ветра с высотой, в среднем, характ еризует ся быстрым ростом ско рости до высоты 100 м, более замедленным - в слое 100…500 м и незначительным - выше 500 м. Таким образом, наиболее сильные вертикальные сдвиги ветра наблюд аются от земли до высот ы 100 м.

Опасные сдвиги ветра в нижних слоях атмосферы могут соч етаться с сильными вертикальными движениями воздуха и т урбулентными порывами, которые также способ ны вызвать перемещение или броски ВС в вертикальной плоскости. При взлет е или посадке в связи с близостью земли и ограниченными возможностями маневра ВС эти броски предст авляют значительную опасност ь. Совмест ное влияние на ВС всех перечисленных факторов может резко осложнит ь пилот ирование в особенности в тех сл учаях, когда в некоторые интервалы времени воздействие различных факт оров б уд ет направлено в одну ст орону.

Анализ летных происшествий, обусловленных сдвигами ветра, показывает, что сложност ь

и опасност ь ситуации опред еляется ее полной неожиданностью для экипажа.

Характерными условиями, при кот орых могут наблюдат ься сильные сдвиги ветра,

являются:

- развитие мощных кучево-дождевых облаков (особенно грозо-градовых);

- прохождение атмосферных фронтов;

- образование задерживающих слоев;

- особенност и орографии или застройки района аэродрома.

 

Мощные грозовые очаги вызывают значительные возмущ ения воздушных потоков и создают в нижних слоях атмосферы чрезвычайно сложную ст рукт уру ветра:

- сильные восход ящие пот оки возд уха (30…40 м/с);

- инт енсивные нисх одящие пот оки в зоне выпадения ливневых осадков (10…15 м/с и более);

- фронт порывистост и перед облаками (рис. 9.13).

 

 

Рис. 9.13. Структура фронта порывистости

Фронт порывистости предст авляет собой узкую зону резких горизонтальных и верт икальных сдвигов вет ра и сильной т урб улент ност и в нижних слоях ат мосферы вблизи кучево-дождевых облаков. Возникновение эт ого фронт а являет ся следствием интенсивного опускания холодного возд уха под облаком и дальнейшего растекания его в нижних слоях атмосферы. С ильный нисходящий поток холодного воздуха образуется в зоне выпадения инт енсивных ливневых осадков. Эт от нисходящий поток, встречая поверхность земли, расходится в стороны от грозового облака. В результ ате сложения скорост и об щего переноса с горизонтальной составляющей отт екающего возд уха суммарная скорост ь ветра у земли перед кучево-дождевым облаком может резко увеличиваться, достигая при этом больших значений (шквал). Слой от текающ его холодного воздуха т олщиной в несколько сотен метров (д о 2 км) представляет собой быстродвижущ ийся мелкомасш табный холодный фронт. Перед ним происходит резкий вынужденный подъем теплого воздух а, который зат ем вовлекается в перед нюю часть об лака. Фронт порывистости может распространяться от края облака на расст ояние 15…20 км и сущ ест вует непост оянно, а как пульсирующий процесс.

Пересечение фронта порывист ости ВС в пол ет е представл яет больш ую опасност ь.

Пр и пер есечении эт ого фронт а могут происходить резкие изменения встречного ветра. Бы ли о тмечены сл учаи, когд а возд уш ная скор ост ь ВС изменялась на 25 км/ч за 2,5 сек, на

77 км/ч за 8 сек и даже на 10 9 км/ч за несколько секунд – при изменении вет ра от

встр ечного 64 км/ч до попутног о - 45 км/ч. Наиб олее о пасной являет ся ситуация, ког да

снижение по глиссад е будет осущ ест вл ят ься навстречу грозово му очагу, даже если о чаг уд ал ен на 10 км и более. В э тих усл овиях кр оме данных инст румент альных измерений б ольшо е значение приобр ет ает о пыт пилота по визуал ьной оценке склад ываю щейся ситуации при вы пол нении по садки, а также его умение оцениват ь изменение вет ра вперед и ВС по ко свенным признакам (характ ер вол нения на водных об ъектах вблизи аэр одро ма, “волны”, перек ат ывающ иеся по посевам, травяному покр ову и дер евьям, пол осы пы ли и т.п.). Косвенны м признако м наличия фр онт а пор ывисто сти т акже явл яется “ вирга” – вид имые на фо не грозо вого об лака полосы выпадающ их в передней част и о блака о садков, не достигающих повер хно ст и земли.