Оценка влияния реального температурного режима атмосферы на полёт самолётов с ТРД

• Введение
• Глава 1. Физико-географические и авиационно-климатические особенности района полёта. Характеристика исходных аэроклиматических данных
• Глава 2. Анализ многолетнего режима температуры воздуха для аэропортов Омск (Центральный) и Нижний Новгород (Стригино)
• Глава 3. Количественная оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельно допустимую высоту полёта самолёта ТУ-134. Оценка влияния температурного режима на уровне предельно допустимой высоты на максимально допустимую истинную скорость полёта
• Заключение
• Список использованной литературы

Задачей курсовой работы является приобретение навыков самостоятельной оценки влияния реального температурного режима атмосферы на полёт самолётов с ТРД.

В курсовой работе требуется оценить значимость многолетнего режима температуры на высотах над участками воздушной трассы для обеспечения безопасности и повышения экономичности полётов, рассчитать возможные пределы изменения практического потолка, предельно допустимой высоты полёта и максимальной скорости полёта конкретного типа самолёта.

Экономическая выгода полётов самолётов гражданской авиации на больших высотах заключается в том, что с высотой уменьшается расход топлива, а вместе с ним повышается практическая дальность полёта. Кроме этого, улучшается манёвренность, что позволяет успешно преодолевать зоны грозовой деятельности, турбулентности и обледенения, и соответственно, увеличивает качественные параметры состояния безопасности полётов.

Вместе с тем, при выполнении полётов на больших высотах и наличии значительных вертикальных порывов воздуха (порядка 9 — 10 м/c) для сохранения продольной устойчивости воздушное судно (ВС) должно иметь определённый запас по перегрузке. На больших высотах допустимые перегрузки определяются значением Су св, при котором возникает тряска и возможность сваливания. Этим фактором определяется необходимость ограничения максимальной высоты полёта ВС на такое значение, чтобы гарантированно исключить возможность сваливания самолёта. Поэтому, кроме понятий статического и практического потолка используется понятие предельно допустимой высоты полёта, которую определяют с учётом полётного веса. Эту высоту, а так же другие ЛТХ ВС определяют исходя из условий стандартной атмосферы (СА).

В реальных условиях температура, плотность воздуха и атмосферное давление по высотам могут существенно отличаться от их значений в СА, что оказывает влияние на характеристики полёта самолёта. Особенно заметно может измениться тяга двигателей, потолок и предельно допустимая высота. С учётом того, что высота полёта задаётся по барометрическому высотомеру, то вдоль профиля полёта атмосферное давление остаётся постоянным. В этом случае изменение плотности воздуха в полёте происходит только за счёт отклонения температуры от СА.

Соответственно, для обеспечения безопасности полётов, необходимо иметь данные температурно-ветрового зондирования, прогноза температуры воздуха на высотах или наблюдения за температурой непосредственно в полёте для расчёта изменения предельно допустимой высоты в каждом реальном полёте.

Практическое значение курсовой работы заключается в определении влияния температурного режима воздуха на основные эксплуатационные характеристики ВС и потенциальных возможностей для обеспечения безопасности и повышения экономичности полётов, возникающих при учёте этого влияния.

Для выполнения курсовой работы получено индивидуальное задание, включающее следующие исходные данные:

Название воздушной трассы:

воздушная трасса Омск — Нижний Новгород;

Многолетние данные по температуре воздуха до высоты 100гПа (16 км) в аэропортах Омск и Нижний Новгород за холодный и теплый периоды;

Бланк аэрологической диаграммы.

Для расчёта курсовой работы выбран самолёт Ту-134 А со следующими ТТХ: рис. 1.

полетный режим скорость высота Таблица 1

Зависимость предельно допустимой высоты от полётного веса для самолёта Ту-134

Таблица 2

Значения М макс (доп) на предельно допустимой высоте полёта для спокойной и турбулентной атмосферы для самолёта Ту — 134

Таблица 3

Глава 1. Физико-географические и авиационно-климатические особенности района полёта. Характеристика исходных аэроклиматических данных

Согласно заданию на курсовую работу выбран маршрут полёта Омск — Нижний Новгород. Протяжённость маршрута 1858 км, истинный путевой угол (ИПУ) 283°, маршрут расположен в широтном направлении с востока на запад.

Аэропорт вылета: Омск (Центральный).

Коды аэропорта: ИКАО — UNOO, ИАТА — OMS, внутренний — ОМС.

Местонахождение: Россия, г. Омск

РЦ УВД (FIR): УНОО

KTА: 54°58ґN 073°18ґE, ?М +12°, ?Н + 92,5 м

Местное время (UTC): +7

Время работы (UTC): Круглосуточно

Принимаемые воздушные суда: Ан-12, — 24, Ан-148, Ил-18, 76 Т (ТД), Ил-114, Ту-134, — 154, — 204, Ту-204С, Ту-204−100, Ту-214, Як-40, — 42, А-319−100/200, А-320−214, ATR-42, ATR-72, Boeing-737−200/300/400/500/700/800, Boeing-757−200, Boeing-757, ВАе-125−700, ВАе-146−200, EMB-120, Embraer-190, Fokker-50, RRJ-95, СRJ-200 и другие типы ВС 3 и 4 классов, а также вертолеты всех типов.

ВПП: ИВПП 07/25, класс В, размеры 2500 м х 45 м, максимальный взлетный вес ВС 191 т, PCN 50/F/C/X/T, МКп 65°/245°, покрытие асфальтобетон.

Аэропорт назначения: Нижний Новгород (Стригино)

Коды аэропорта: ИКАО — UWGG, ИАТА — GOJ, Внутренний — НЖС

Местонахождение: Россия, 15 км к юго-западу от центра г. Нижний Новгород

РЦ УВД (FIR): УУВЖ

KTА: 56°13ґN 043°47ґЕ, ?М +11,6°, ?Н +78 м

Местное время (UTC): +3

Время работы (UTC): Круглосуточно

Принимаемые воздушные суда: Ил-62, Ил-76, Ил-86, Ту-134, Ту-154, Ту-204, Як-42, А-319, А-320, Б-737 и ВС кл. ниже, вертолеты всех типов.

ВПП: ИВПП18л/36п класс ВПП: В.2509 м х 45 м цементобетон, ИВПП 18п/36л класс ВПП: Б.2805 м х 45 м цементобетон, ИВПП 06/24 класс ВПП: Е.500 м x 22 м асфальт, ИВПП 15/33 класс ВПП: Е 600 м х21 м асфальт.

Маршрут полёта проходит над следующими физико-географическими странами: Западно — Сибирская равнина, Урал, Восточно — Европейская (Русская) равнина. Физико — географическая страна — это обширная часть материка, соответствующая крупной тектонической структуре и достаточно единая в орографическом отношении, характеризующаяся общностью макроциркуляционных процессов и своеобразной структурой географической зональности (набором природных зон или спектром высотных поясов). Страна занимает площадь в несколько сот тысяч или миллионов квадратных километров.

Западно-Сибирская равнина занимает всю западную часть Сибири от Уральских гор на западе до Среднесибирского плоскогорья на востоке. Площадь равнины — около 2,6 миллионов км. кв.; протяжённость с севера на юг — 2500 км, а с запада на восток — до 1900 км. Главные реки — Обь, Иртыш и Енисей, имеющие многочисленные притоки. Также на равнине есть много озёр и болот. Территория опускается с юга на север, что косвенно подтверждает форма эстуария рек. Равнина обладает исключительно ровным рельефом с высотами в основном до 100 м над уровнем моря. Только на юге, западе и востоке есть возвышенности до 300 метров.

Западная Сибирь — страна с континентальным климатом. Большая протяженность ее с севера на юг обусловливает отчетливо выраженную зональность климата и значительные различия климатических условий северных и южных частей Западной Сибири, связанные с изменением количества солнечной радиации и характером циркуляции воздушных масс, особенно потоков западного переноса. Южные провинции страны, расположенные в глубине материка, на большом расстоянии от океанов, характеризуются, кроме того, большей континентальностью климата.

В холодный период в пределах страны осуществляется взаимодействие двух барических систем: области относительно повышенного атмосферного давления, располагающейся над южной частью равнины, области пониженного давления, которая в первой половине зимы протягивается в виде ложбины исландского барического минимума над Карским морем и северными полуостровами. Зимой преобладают массы континентального воздуха умеренных широт, которые поступают из Восточной Сибири или образуются на месте в результате выхолаживания воздуха над территорией равнины.

В пограничной полосе областей повышенного и пониженного давления нередко проходят циклоны. Особенно часто они повторяются в первой половине зимы. В целом же зима характеризуется устойчивыми низкими температурами, оттепелей мало. Минимальные температуры на всей территории Западной Сибири почти одинаковы. Даже вблизи южной границы страны бывают морозы до — 50 — 52°, т. е. почти такие же, как на крайнем севере, хотя расстояние между этими пунктами составляет более 2000 км. Весна короткая, сухая и сравнительно холодная; апрель даже в лесоболотной зоне еще не вполне весенний месяц.

В теплое время года над страной устанавливается пониженное давление, а над Северным Ледовитым океаном формируется область более высокого давления. В связи с этим летом преобладают слабые северные или северо-восточные ветры и заметно усиливается роль западного переноса воздуха. В мае происходит быстрое повышение температур, но нередко, при вторжениях арктических масс воздуха, бывают возвраты холодов и заморозки. Наиболее теплый месяц — июль, средняя температура которого — от 3,6° до 21−22°. Абсолютный максимум температуры — от 21° до 40°. Высокие летние температуры в южной половине Западной Сибири объясняются поступлением сюда прогретого континентального воздуха с юга — из Казахстана и Средней Азии. Осень наступает поздно. Еще в сентябре днем стоит теплая погода, но ноябрь даже на юге уже настоящий зимний месяц с морозами до — 20−35°.

Большая часть осадков выпадает летом и приносится воздушными массами, приходящими с запада, со стороны Атлантики. С мая по октябрь Западная Сибирь получает до 70 — 80% годовой суммы осадков. Особенно много их в июле и августе, что объясняется интенсивной деятельностью на арктическом и полярном фронтах. Количество зимних осадков сравнительно невелико и составляет от 5 до 20 — 30 мм/мес. На юге в некоторые зимние месяцы снег иногда совсем не выпадает. Характерны значительные колебания количества осадков в разные годы. Даже в тайге, где эти изменения меньше, чем в других зонах, осадков, выпадает от 339 мм в засушливый год до 769 мм во влажный. Особенно большие различия наблюдаются в лесостепной зоне, где при средней многолетней сумме осадков около 300 — 350 мм/год во влажные годы выпадает до 550 — 600 мм/год, а в сухие — всего 170 — 180 мм/год.

Зимой территория Западной Сибири надолго одевается снежным покровом, продолжительность залегания которого в северных районах достигает 240 — 270 дней, а на юге — 160 — 170 дней. В связи с тем что период выпадения осадков в твердом виде продолжается более полугода, а оттепели начинаются не ранее марта, мощность снежного покрова в тундровой и степной зонах в феврале составляет 20 — 40 см, в лесоболотной полосе — от 50 — 60 см на западе до 70 — 100 см в восточных приенисейских районах.

Авиационно-климатические характеристики района прохождения маршрута обусловлены его расположением на Западно-Сибирской низменности. Среднегодовая температура составляет — 1,4°; T min = - 54°; T max = +37°. Климат континентальный. Туманы наблюдаются в среднем 3−4 раза в месяц. Метели начинаются в октябре, в среднем наблюдаются 4 — 6 раз в месяц, максимальное количество в марте. В середине зимы территория находится под влиянием Сибирского антициклона. В этот период преобладают простые метеоусловия, иногда по утрам наблюдаются морозные туманы, устанавливается очень низкая температура воздуха. Облачность 100 — 200 метров наблюдается в передней части циклонов, в среднем 4 — 5 случаев в месяц.

Наиболее сложные метеорологические условия наблюдаются в переходные периоды года. Связаны они с прохождением циклонов.

Урал располагается между Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнинами. Основной частью этого региона является Уральская горная система.

Урал находится на стыке Европы и Азии и является границей между этими регионами. Каменный пояс Урала и примыкающие к нему возвышенные равнины Приуралья простираются от берегов Северного Ледовитого океана на севере до полупустынных районов Казахстана на юге: на протяжении более 2500 км они разделяют Восточно-Европейскую и Западно — Сибирскую равнины.

Маршрут полёта, указанный в задании на курсовую работу, проходит над территорией Среднего Урала. Средний Урал — самая низкая часть Урала, лежит между 56° и 59° с. ш., примерно на 60° в. д. Средние высоты 250 — 500 м, на севере до 994 м (гора Средний Басег). Южной границей считается гора Юрма.

Климат Среднего Урала умеренно континентальный с достаточным увлажнением, средняя t января — 16°-20°С, средняя t июля: +15° +18°С. Осадки: 400−700 мм В формировании климата Среднего Урала играют главную роль западные ветры, дующие с Атлантического океана. Из-за смены теплых и холодных потоков погода нередко меняется не только в течение недели, но и суток. Удаленность от Атлантического океана и соседство Сибири делают климат Среднего Урала континентальным, что сказывается в более резких сменах температур. Уральские горы, вытянувшиеся с севера на юг, мешают движению воздушных потоков с запада. Поэтому на западном склоне гор осадков выпадает больше, чем на восточном и за Уралом. В то же время горы не мешают перемещению воздуха в южном или северном направлениях. Холодный воздух Арктики, нередко проникает вдоль хребта далеко к югу, а теплый и сухой с юга продвигается на север. Особенно весной и летом, к востоку от Урала эти перемещения вызывают неустойчивую погоду. Средняя температура воздуха колеблется в январе от — 16° до — 20°, в июле от +18° до + 19°. Иногда случаются морозы — 40 — 50°. Безморозный период продолжается на юге Среднего Урала 110 — 120 дней, на севере 90 — 95 дней. Здесь выпадает много осадков. Восточная часть получает осадков 400 — 500 мм в год, юго-восточная — до 380 мм. Горная часть Урала более увлажнена, и количество осадков в горах северной части Среднего Урала доходит до 700 мм в год. В зимний период накапливается масса снега, особенно в горах. Стаивает он на юго-востоке Среднего Урала в середине апреля, а на северо-востоке — в конце апреля. На вершинах гор и в густых лесах таяние продолжается и в мае. Лето в горах прохладнее и короче, чем в соседних районах. В это время здесь чаще бывает дождливая и облачная погода.3има длится около 5 месяцев, с ноября до апреля, и начинается с появлением устойчивого снежного покрова. При ясном небе и безветрии, когда приходит сильно охлажденный воздух из Арктики, наступают сильные морозы (-20°-40°). Зима — наиболее устойчивый сезон года. Оттепели и дождь среди зимы — редкое явление и чаще наблюдаются в юго-западных районах Среднего Урала. Весна продолжается с апреля до конца мая. В этот период характерны возвраты холодов, связанные с распространением воздуха с севера. Морозы прекращаются в мае, но заморозки по ночам продолжаются до конца весны. Лето для Среднего Урала нередко связано с пасмурными, дождливыми днями и похолоданиями. В южной части сухая погода чаще бывает в июне, в остальной части Среднего Урала — в июле.

Авиационно-климатические характеристики района прохождения маршрута обусловлены физико-географическими особенностями района: холмистая Зауральская равнина, переходящая на востоке в Западносибирскую низменность, на западе располагается Восточно — Европейская равнина, в центре — Уральский хребет.

Наибольшее влияние на направленность синоптических процессов оказывает горный массив Среднего Урала. Климат континентальный. Количество пасмурных дней достигает 19 — 22. Туманы, возникающие в ночные и утренние часы (с заходом и восходом солнца), иногда переходят в низкую облачность и, перемещаясь на высоте 100 — 200 метров, могут опускаться до земли, повторно закрывая аэродромы. На юге территории наблюдаются адвективные туманы. В среднем 2−4 тумана в месяц, продолжительность их 5 — 6 часов. Зимнему периоду характерна повторяемость промышленного дыма, особенно в вечерние и утренние часы. Число дней с осадками 12 — 16. Среднегодовая температура составляет +10°; T min = - 47°; T max = +39°. Грозы могут наблюдаться в любое время суток в период с конца апреля по сентябрь, максимум в июне 9 — 11 случаев.

Особенно неблагоприятные метеорологические условия наблюдаются при прохождении южных циклонов. В летний период центральная часть характеризуется интенсивной грозовой деятельностью. Весной в тыловых частях циклонов наблюдаются интенсивные заряды снега, кратковременно ухудшающие видимость до 500 — 1000 метров.

Восточно-Европейская равнина, или Русская равнина — одна из крупнейших равнин земного шара, расположенная в большей, восточной части Европы. Является частью Европейской равнины. Относится к низким равнинам. Протяженность с севера на юг — около 2750 км, с запада на восток — около 1500 км. Площадь составляет около 3 млн км. кв. Средняя высота около 150 м, наибольшая 1191 м, наименьшая — 28 м.

На климат Восточно-Европейской равнины оказывают влияние ее положение в умеренных и высоких широтах, в также соседние территории (Западная Европа и Северная Азия) и Атлантический и Северный Ледовитый океаны. Суммарная солнечная радиация за год на севере равнины достигает 2700 мДж/м. кв (65 ккал/см. кв.), а на юге 4800−5050 мДж/м. кв. (115 — 120 ккал/см. кв). Распределение радиации по территории равнины резко меняется по временам года. Зимой радиация значительно меньше, чем летом, и более 60% ее отражается снежным покровом. В январе суммарная солнечная радиация на широте Калининград — Москва — Пермь составляет 50 мДж/м. кв (около 1 ккал/см. кв.). Наибольшей величины радиация достигает летом и в июле ее суммарные значения на севере равнины около 550 мДж/м. кв (13 ккал/см. кв), а на юге — 700 мДж/м. кв (17 ккал/см. кв).

Круглый год над Восточно-Европейской равниной господствует западный перенос воздушных масс. Атлантический воздух летом приносит прохладу и осадки, а зимой — тепло и осадки. При движении на восток он трансформируется: летом становится в приземном слое более теплым и сухим, а зимой — более холодным, но также теряет влагу. За холодное время года из различных частей Атлантики на Восточно-Европейскую равнину приходит от 8 до 12 циклонов. При их движении на восток или северо-восток происходит резкая смена воздушных масс, способствующая то потеплению, то похолоданию. С приходом юго-западных циклонов — атлантико-средиземноморских — (а их бывает за сезон до шести) на юг равнины вторгается теплый воздух субтропических широт. Тогда в январе температура воздуха может подняться до 5°-7°С и наступают оттепели.

С приходом на Русскую равнину циклонов из Северной Атлантики и Юго-Западной Арктики связано вторжение холодного воздуха. Он входит в тыловую часть циклона, и тогда арктический воздух проникает далеко на юг равнины. Арктический воздух поступает свободно на всю поверхность и по восточной периферии антициклонов, медленно передвигающихся с северо-запада. Антициклоны часто повторяются на юго-востоке равнины, обусловленные влиянием Азиатского максимума. Они способствуют вторжению холодных континентальных масс воздуха умеренных широт, развитию радиационного выхолаживания при малооблачной погоде, низких температур воздуха и образованию маломощного устойчивого снежного покрова.

В теплый период года, с апреля, циклоническая деятельность протекает по линиям арктического и полярного фронтов, смещаясь к северу. Циклональная погода наиболее типична для северо-запада равнины, поэтому в эти районы с Атлантики часто приходит прохладный морской воздух умеренных широт. Он понижает температуру, но в то же время от подстилающей поверхности нагревается и дополнительно насыщается влагой за счет испарения с увлажненной поверхности. Циклоны способствуют переносу холодного воздуха, иногда арктического, с севера в более южные широты и вызывают похолодание, а иногда и заморозки на почве. С юго-западными циклонами (6 — 12 за сезон) связано вторжение на равнину влажного теплого тропического воздуха, который проникает даже в лесную зону. Очень теплый, но сухой воздух формируется в ядрах отрога Азорского максимума.

Положение январских изотерм в северной половине Восточно-Европейской равнины субмеридиональное, что связано с большей повторяемостью в западных районах атлантического воздуха и меньшей его трансформацией. Средняя температура января в районе Калининграда составляет — 4 °C, в западной части компактной территории России около — 10 °C, а на северо-востоке — 20 °C. В южной части страны изотермы отклоняются к юго-востоку, составляя — 5−6°С в районе низовьев Дона и Волги.

Летом почти всюду на равнине важнейшим фактором в распределении температуры является солнечная радиация, поэтому изотермы в отличие от зимы располагаются в основном в соответствии с географической широтой. На крайнем севере равнины средняя температура июля повышается до 8 °C, что связано с трансформацией поступающего из Арктики воздуха. Средняя июльская изотерма 20 °C идет через Воронеж на Чебоксары, примерно совпадая с границей между лесом и лесостепью, а Прикаспийскую низменность пересекает изотерма 24 °C.

Распределение осадков по территории Восточно-Европейской равнины находится в первую очередь в зависимости от циркуляционных факторов (западного переноса воздушных масс, положения арктического и полярного фронтов и циклонической деятельности). Особенно много циклонов перемещается с запада на восток между 55 — 60° с. ш. (Валдайская и Смоленско-Московская возвышенности). Эта полоса является наиболее увлажненной частью Русской равнины: годовая сумма осадков здесь достигает 700 — 800 мм на западе и 600 — 700 мм на востоке.

На увеличение годовой суммы осадков важное влияние оказывает рельеф: на западных склонах возвышенностей выпадает на 150 — 200 мм осадков больше, чем на лежащих за ними низменностях. В южной части равнины максимум осадков приходится на июнь, а в средней полосе — на июль.

Зимой образуется снежный покров. На северо — востоке равнины его высота достигает 60−70 см, а продолжительность залегания до 220 дней в году. На юге высота снежного покрова уменьшается до 10−20 см, а продолжительность залегания — до 60 дней.

Авиационно-климатические характеристики района прохождения маршрута обусловлены физико-географическими особенностями района: Уральские горы на востоке. Климат умеренно континентальный. Среднегодовая температура составляет +1,5°; T min = - 58°; T max = +36°. Преобладают сложные метеорологические условия. Они связаны с частыми перемещениями циклонов с запада на восток. Погодные условия в Предуралье, как правило, более сложные. Это объясняется натеканием воздушных масс на Уральский хребет. Туманы наблюдаются часто, в период с октября по январь (в среднем 5−6 случаев), в отдельные месяцы их повторяемость составляет 11 — 12 случаев. В октябре и ноябре могут наблюдаться адвективные туманы. Метели наблюдаются в период с октября по март, с максимумом в ноябре. Продолжительность метелей до 6 часов. Весной в тыловых частях циклонов могут наблюдаться сильные заряды снега с видимостью 500 — 1500 метров. В весенне — летний период могут наблюдаться грозы, максимум в июле до 15 случаев.

Схема маршрута полёта и профиль разреза местности вдоль неё изображены на рис. 2.

Максимальная высота естественных препятствий на маршруте полёта — 375 м, средняя высота местности — 155 м, минимальная высота — 74 м над уровнем моря.

Исходные аэроклиматические данные представлены в виде таблиц многолетних данных по температуре воздуха до высоты 100гПа (16 км) в аэропортах Омск и Нижний Новгород за холодный и теплый периоды (приложение 1), которые будут подробно рассмотрены в последующих главах.

Глава 2. Анализ многолетнего режима температуры воздуха для аэропортов Омск (Центральный) и Нижний Новгород (Стригино)

Для анализа многолетнего режима температуры воздуха для аэропортов вылета и назначения согласно заданию № 1 кафедры (приложение № 1) на бланке аэрологической диаграммы (приложение № 2) были построены кривые стратификации для аэропортов Омск и Нижний Новгород. Для анализа значений средней, минимальной, максимальной температуры и отклонений температуры от СА, температурные данные сведены в таблицы, приведённые ниже.

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

Таблица 7

В зимние месяцы (январь) над территорией Западной Сибири (аэропорт Омск) кривые стратификации средних и минимальных температур располагаются левее кривой стратификации стандартной атмосферы, что свидетельствует о том, что воздух в районе в этот период холоднее, чем воздух в стандартной атмосфере. Однако, анализ кривой стратификации максимальной температуры за январь показывает, что на больших высотах температура атмосферы в январе выше стандартной (так на Н = 10 км? tмакс = + 3,5°), что свидетельствует о периодическом проникновении относительно тёплых атлантических и восточноевропейских воздушных масс. Однако, следует заметить, что определяющего влияния на формирование погоды и климата Западной Сибири в январе месяце эти воздушные массы не имеют, не смотря на процессы глобального потепления и деятельности человека (которые иногда приводят к довольно не характерным погодным условиям зимы в Западной Сибири на протяжении нескольких крайних лет. Причиной крупной природной аномалии является активный зональный перенос воздушных масс. Дующие в тропосфере западные ветры распространяют за Урал теплый воздух Атлантики. За счет большой скорости переноса он практически не успевает остыть и тем самым определяет мягкий, европейский характер зимы.

Периодически в направлении воздушных потоков возникает юго-западная составляющая, что способствует выносу еще более теплого субтропического воздуха из районов Средиземноморья, Ближнего Востока и Средней Азии.) так как основную роль в формировании погоды и климата при резко континентальном климате района играет стабильный Сибирский антициклон (Азиатский максимум) — область высокого давления, которая находится над Азией в течение почти всего зимнего периода. Среднее давление в центре азиатского антициклона в январе превышает 1030 мбар (1030 гПа), в некоторых частях может доходить до 1080 гПа. Азиатский антициклон приносит очень холодную зиму во внутриматериковые районы Азии.

Здесь и далее под понятием погода рассматривается совокупность значений метеорологических элементов и атмосферных явлений, наблюдаемых в определённый момент времени в той или иной точке пространства. Понятие погода относится к текущему состоянию атмосферы, в противоположность понятию климат, которое относится к среднему состоянию атмосферы за длительный период времени.

Учитывая резко континентальный климат района, можно сделать вывод о существенном влиянии на охлаждение воздушных масс вымороженной подстилающей поверхности, особенно в приземных слоях атмосферы, несмотря на то, что это влияние с высотой падает. Наиболее характерно это отражается при анализе кривой стратификации максимальной температуры января, когда ?tмакс на высоте 1 км составляет — 12,5°, на высоте 5 км — 4°, а на высоте 10 км уже превышает температуру стандартной атмосферы на 3,5°.

При анализе кривых стратификации января месяца аэропорта Нижний Новгород, можно сделать вывод, что кривые стратификации минимальных и средних температур января располагаются левее кривой стратификации стандартной атмосферы, что свидетельствует о том, что атмосфера в районе Нижнего Новгорода в январе холоднее стандартной, а кривая стратификации максимальных температур имеет отрицательную? t на высоте 1 км (что опять же объясняется влиянием охлаждения воздушных масс от подстилающей поверхности), но уже на высоте 5 км эта разница составляет +3,2°, увеличиваясь с высотой.

Анализируя кривые стратификации районов Омска и Нижнего Новгорода января месяца, можно сделать вывод о более мягком зимнем климате района Поволжья с умеренно-континентальный климатом по сравнению с резко континентальным климатом Западной Сибири. Это объясняется более близким географическим расположением Поволжья к Атлантике, и как следствие, большим влиянием на погоду и климат района относительно тёплых атлантических воздушных масс.

В летние месяцы (июль) над территорией Западной Сибири (аэропорт Омск) кривые стратификации средних и максимальных температур располагаются правее кривой стратификации стандартной атмосферы, что свидетельствует о том, что воздух в районе в этот период теплее, чем воздух в стандартной атмосфере. Однако, анализ кривой стратификации минимальной температуры за июль показывает, что она располагается левее кривой стратификации стандартной атмосферы, что свидетельствует о том, что в районах с резко континентальным климатом минимальные температуры воздуха даже в летный период ниже температуры стандартной атмосферы во всём диапазоне высот до нижней границы стратосферы и выше. Это объясняется тем, что в летний период главенствующую роль в формировании погоды играет Азиатская депрессия. Азиатская депрессия — область низкого давления над Азией на многолетних средних картах летних месяцев с центром над Афганистаном, один из сезонных климатологических центров действия атмосферы. Давление в центре Азиатской депрессии в июле — около 995 мбар. В это время арктический воздух, поступающий в тылах северных циклонов, взаимодействует с прогретым континентальным воздухом, вызывая образование облачности и осадков. В более редких случаях на территории Западной Сибири наблюдаются вхождения влажных атлантических и сухих среднеазиатских воздушных масс.

Анализ кривых стратификации июля месяца аэропорта Нижний Новгород показывает, что кривые стратификации средних и максимальных температур располагаются правее кривой стратификации стандартной атмосферы, что говорит о том, что воздух в районе в этот период теплее, чем воздух в стандартной атмосфере. Тем не менее, кривая стратификации минимальной температуры за июль располагается левее кривой стратификации стандартной атмосферы, что показывает, что воздух в районе более холодный, чем стандартная атмосфера. Это объясняется вторжением атлантических воздушных масс с относительно низкой температурой.

Проанализировав многолетний режим температуры воздуха для аэропортов вылета и назначения, можно сделать вывод, что для обеспечения безопасности полётов для каждого реального полёта необходим расчёт предельных значений по высоте и скорости полёта (Нмакс доп, Vи пр доп, M пр доп) по фактическим погодным условиям. Особенно актуально это в весенне-летний период для принятия решения об обходе грозовых очагов и мощно кучевой облачности в вертикальной плоскости.

Кроме того, необходимо учесть, что максимальные разницы температур с температурой стандартной атмосферы наблюдаются в зимний период в приземном слое атмосферы, что будет оказывать существенное влияние на безопасность полётов при выполнении полётов в районе аэродрома и этапе захода на посадку.

Глава 3. Количественная оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельно допустимую высоту полёта самолёта ТУ-134. Оценка влияния температурного режима на уровне предельно допустимой высоты на максимально допустимую истинную скорость полёта

Для количественной оценки влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельно допустимую высоту полёта самолёта произведём расчёты по следующей формуле:

? Н пр. д = - k ?t са

где ? Н пр. д - изменение потолка или предельно допустимой высоты полёта за счёт отклонения температуры от СА;

k - эмпирический коэффициент, показывающий, на сколько изменяется предельно допустимая высота полёта при отклонении температуры от СА на 1 °C. Для турбореактивных самолётов k ? 50 м/1°?t;

?t са - отклонение температуры от СА на соответствующем уровне.

Аналитические результаты вычислений сведём в таблицы.

На предельно допустимую высоту полёта кроме температуры воздуха влияет ещё множество факторов, одним из основных из которых является полётный вес самолёта. Так как в процессе выполнения полёта общая масса самолёта и коммерческая нагрузка не уменьшается, то уменьшение полётной массы будет происходить из-за выработки топлива, в связи с чем в таблицах будет учтён полётный вес и предельно допустимые высоты, приведённые в табл.2. Табличные предельно допустимые высоты рассчитаны по значениям температуры стандартной атмосферы. Полётный вес отображён в тоннах,? Нпр. д и Н пр. д в метрах, ?t — в°С.

Кроме таблицы аналитических расчётов для наглядного анализа и удобства расчётов построим дополнительную номограмму, учитывающую изменение предельно допустимой высоты в зависимости от полётного веса и разницы фактических температур с температурой стандартной атмосферы на бланке аэрологической диаграммы (приложение 2).

Таблица 8

В связи с отсутствием данных многолетних наблюдений аэропорту Омск в январе месяце на высотах выше 10 км, соответствующие температуры рассчитаны эмпирическим путём с помощью дополнительной номограммы на бланке аэрологической диаграммы.

Таблица 9

Таблица 10

Таблица 11

Проведя анализ таблиц и дополнительных номограмм, можно сделать вывод о том, что предельно допустимая высота полёта может значительно отличаться от практического потолка, определённого руководством по лётной эксплуатации, а в некоторых случаях (при средних и малых полётных весах и отрицательных? t) и превышает его. Несмотря на то, что полёт на больших высотах приводит к большей экономии топлива и соответственно, большей экономической эффективности рейса, рекомендовать полёты на высоте выше расчётного практического потолка, ориентируясь на предельно допустимую высоту не представляется возможным в связи с уменьшением продольной устойчивости самолёта и в связи с нелинейностью процессов, происходящих в атмосфере, что будет требовать от экипажа точного выдерживания предельно допустимой высоты (напрямую зависящей от температуры окружающего воздуха), что приведёт в невыдерживанию режима горизонтального полёта и практически нивелирует возможную экономию топлива в связи работой двигателей на переменных режимах.

Гораздо большую опасность представляет тот факт, что в тёплые периоды года при положительной разнице температур между температурой фактической и стандартной атмосферы на больших высотах предельно допустимая высота полёта может быть значительно меньше практического потолка, на который ориентируется экипаж во время выполнения рейса, что может стать основанием для принятия неграмотного решения по обходу мощно кучевой или кучево дождевой облачности в вертикальной плоскости, и соответственно привести и неоднократно приводило к самым трагическим последствиям.

Так как основными факторами, влияющими на предельно допустимую высоту полёта являются полётный вес и температура окружающего воздуха, проведём количественную оценку влияния этих факторов, построив соответствующие графики для аэропортов вылета и посадки в январе и июле месяце (приложение 3). В связи с тем, что аэропорт Омск является аэропортом вылета, график зависимости предельно допустимой высоты от температуры воздуха будет рассчитан по полётному весу 45 тонн, соответственно для аэропорта Нижний Новгород, как аэропорта назначения — 38 тонн. Для удобства анализа и большей наглядности, на оси абцисс графиков будет представлена не абсолютная температура окружающей среды, а разница температур между стандартной атмосферой и фактической. В связи с тем, что расход топлива во время выполнения полёта в принципе является линейной величиной (выполнение полёта производится в режиме горизонтального полёта на крейсерских скоростях, точки излома маршрута проходятся без изменения режимов работы двигателей, режимы взлёта и захода на посадку в данном случае не рассматриваются), то рассмотрение в графиках табличных весов (таблица 2) вместо практических полётных весов по точкам маршрута в этом случае является корректным. Находя верным это предложение, для упрощения графиков ось дальности так же может не рассматриваться Проанализировав графики изменения предельно допустимой высоты из-за разницы фактической температуры от стандартной, можно прийти к вводу, что изменения предельно допустимых высот линейны и не зависят от времени года.

Для удобства и наглядности анализа графиков (приложение 3) построим следующую таблицу:

Таблица 12

Из анализа графиков и таблицы можно сделать вывод, что изменение предельно допустимой высоты за счёт выработки топлива составляет 1000 м при выработке 7 тонн топлива. Изменение же предельно допустимой высоты за счёт разницы температуры стандартной и фактический атмосферы в рассмотренном случае составляет величину от 750 до 1240 м, в среднем значении 1142 м. Таким образом, эти изменения являются величинами одного порядка, и при выработке топлива в течение полёта при превышении температуры фактической атмосферы над стандартной будут со временем уменьшаться и практически компенсируют друг друга.

Однако, следует иметь ввиду, что при максимальных разницах температур между фактической и стандартной атмосферой в тёплые периоды года, предельно допустимая высота полёта будет значительно ниже практического потолка. Так, при полётном весе 45 тонн, при максимальных температурах июля в Омске предельно допустимая высота полёта будет составлять 9850 м, а при максимальных температурах июля в Нижнем Новгороде при полётном весе 38 тонн — 10 925 м, что будет меньше расчётного практического потолка на 1150 м и 1075 м соответственно, что уже представляет собой значительную величину, не учёт которой отрицательно скажется на безопасности полётов. Это, как указывалось выше, может стать основанием для принятия неграмотного решения по обходу мощно кучевой или кучево дождевой облачности в вертикальной плоскости, и соответственно привести и неоднократно приводило к самым трагическим последствиям.

Соответственно, можно сделать вывод о важности учёта состояния фактической атмосферы для безопасности выполнения полётов и необходимости не только предварительных расчётов предельно допустимой высоты полёта по маршруту по температуре фактической атмосферы, но и уточнения этой высоты во время практического выполнения полёта с учётом фактической атмосферы и текущего полётного веса.

Кроме высоты, одной из важнейших характеристик полёта является скорость. При сохранении рабочего режима работы двигателей отрицательное отклонение фактической температуры атмосферы от температуры стандартной атмосферы может вызвать увеличение скорости полёта до опасного предела. Поэтому проведём оценку влияния температурного режима на уровне предельно допустимой высоты на максимально допустимую истинную скорость полёта Vи макс доп в стандартной атмосфере, по средней, минимальной и максимальной температуры за каждый расчётный месяц в аэропорту вылета и аэропорту назначения.

Расчёты будут выполняться исходя из соотношения:

Vи макс доп = М макс доп х а,

где М макс доп — предельно допустимое число Маха;

а — скорость звука, с достаточной степенью точности равная 20,1, где Т измеряется в градусах Кельвина.

Значения М макс (доп) на предельно допустимой высоте полёта для спокойной и турбулентной атмосферы для самолёта Ту — 134 будут взяты из таблицы 3. С учётом практического потолка самолёта, расчёты будут производиться по высоте 12 000 м. Для удобства вычислений составим дополнительную таблицу температур на высоте 12 000 м:

Таблица 13

Результаты вычислений сведём в таблицу и проанализируем её. Для удобства скорость будет выражена в километрах в час.

Таблица 14

Проанализировав таблицу, можно сделать вывод, что превышение максимально допустимых истинных скоростей возможно во всём диапазоне рассмотренных температур аэропортов вылета и назначения. Максимальное расчётное значение превышения ограничений составляет 44 км/ч, что является довольно значительной величиной для рассматриваемого типа самолёта.

Таким образом, при выполнении практического полёта следует рекомендовать экипажу выдерживать ограничения по скорости используя указатель числа М. Кроме того, учитывая, что спокойная атмосфера является лишь частным случаем состояния реальной атмосферы, для усиления безопасности полёта экипажу возможно рекомендовать в качестве основного параметра ориентироваться на ограничение по числу М для турбулентной атмосферы.

Однако, при минимальных температурах в любое время года максимально допустимая истинная скорость будет меньше рассчитанной по температуре стандартной атмосферы. В этом случае возможно превышение ограничений по максимально допустимой истинной скорости даже при случае не превышения числа М. Это показывает необходимость расчёта экипажем предельно допустимых истинных скоростей для выполнения каждого реального полёта.

Опасность превышения ограничений по скорости состоит в том, что в случае превышения ограничений скорости по местной прочности возможны остаточные деформации и даже разрушение соответствующих элементов конструкции, причем, как правило, асимметричное, например вспучивание обшивки и другое. В результате аэродинамическая симметрия самолета нарушается, возникают боковые моменты рыскания и крена. Если нарушение аэродинамической симметрии таково, что удается сбалансировать самолет и уменьшить скорость до допустимого значения, необходимо оценить степень опасности продолжения полета. Как правило, дальнейшее выполнение задания прекращается и принимается решение о посадке на свой или ближайший аэродром. Чрезвычайно опасно достижение критической скорости флаттера, возникновение которого приводит к быстрому разрушению самолета. Только в единичных случаях испытательных полетов удавалось вплотную приблизиться к началу флаттера и успеть уменьшить скорость до разрушения самолета. При этом самолет получал такие деформации, что к дальнейшей эксплуатации был непригоден. Ввиду чрезвычайно быстрого развития колебаний крыла, приводящих к разрушению самолета, достижение критической скорости флаттера недопустимо в любой ситуации. Нарушение ограничений числа М полета по путевой устойчивости самолета приводит к возникновению колебаний рыскания и крена с большой амплитудой и со значительными боковыми перегрузками. Для прекращения этих колебаний следует зафиксировать педали в нейтральном положении и уменьшить скорость выпуском тормозных щитков и дросселированием двигателя. Так как превышение ограничений по максимально допустимой истинной скорости при случае не превышения числа М может быть достигнуто при минимальных температурах, то для каждого самолёта вводится ограничение по минимальной эксплуатационной температуре. Так, для самолёта Ту-134 этот параметр составляет — 70 °C.

Таким образом, всё вышеизложенное наглядно подтверждает необходимость расчётов экипажем предельно допустимой высоты и максимально допустимой истинной скорости для выполнения каждого реального полёта по состоянию фактической атмосферы.

Заключение

В процессе курсовой работы были приобретены навыки самостоятельной оценки влияния реального температурного режима атмосферы на полёт самолётов с ТРД.

В курсовой работе была оценена значимость многолетнего режима температуры на высотах над участками воздушной трассы Омск — Нижний Новгород для обеспечения безопасности и повышения экономичности полётов, рассчитаны возможные пределы изменения практического потолка, предельно допустимой высоты полёта и максимальной истинной скорости полёта самолёта Ту-134.

Кроме этого, была доказана важность метеорологического обеспечения для авиационной деятельности, теоретически выведены и доказаны практические рекомендации лётным экипажам по учёту фактического состояния атмосферы при практическом выполнении полётов и необходимости расчётов предельных параметров полёта по состоянию фактической атмосферы.

Исполнил: студент 1 курса заочной формы обучения

1. Астапенко П. Д. и др. Авиационная метеорология.М., Транспорт, 1985 г.

2. Баранов А. М. и др. Авиационная метеорология и метеорологическое обеспечение полётов.М., Транспорт, 1993 г.

3. Богаткин О. Г. Авиационная метеорология. Учебник для вузов. СПб. РГГМУ, 2005 г.

4. Асатуров М. Л. и др. Основы авиационной метеорологии. Метеорологические характеристики атмосферы: Тексты лекций. СПб. АГА, 2002 г.

5. Белоусова Л. Ю. и др. Авиационная метеорология. Методические указания к изучению дисциплины и выполнению курсовой работы. СПб. АГА, 2009 г.

6. Руководство по лётной эксплуатации самолёта Ту-134.М., Воздушный транспорт, 1981 г.

7. ГОСТ 4401–81. Таблица стандартной атмосферы.М., ГСК при СМ СССР, 1981 г.

8. Аэроклиматический справочник СССР. Основные аэроклиматические характеристики.М., Гидрометеоиздат, 1957 г.

9. Федеральные авиационные правила «Предоставление метеорологической информации для обеспечения полетов воздушных судов». М., 2013 г.

10. Атмосфера стандартная. Параметры.М., изд. Стандартов, 1981 г.

Кроме приведённой выше литературу для написания курсовой работы были использованы общедоступные ресурсы сети Интернет, поисковые ресурсы Google, Yandex, программа Google — Earth Планета Земля.