Астапенко П.Д. Вопросы о погоде

Подождите немного. Документ загружается.

рактеристик местности). При фактических условиях пого-

ды ниже установленных минимумов выполнять полеты из

соображений безопасности запрещено. Кроме того, сущест-

вуют опасные для полетов метеорологические явления,

затрудняющие или сильно ограничивающие выполнение

полетов (частично они рассмотрены в гл. 4 и 5). Это турбу-

лентность воздуха, вызывающая болтанку самолетов, гро-

зы, град, обледенение самолетов в облаках и осадках,

пыльные и песчаные бури, шквалы, смерчи, туман, снеж-

ные заряды и метели, а также сильные ливни, резко ухуд-

шающие видимость. Еще следует упомянуть опасность

разрядов статического электричества в облаках, снежные

заносы, слякоть и гололед на взлетно-посадочной полосе

(ВПП) и коварные изменения ветра в приземном слое над

аэродромом, называемые вертикальным сдвигом ветра

(см.

12. 9).

12. 6. Какие

минимальные условия погоды необходимы

для безопасности посадки самолета?

Среди большого количества минимумов, устанавли-

ваемых в зависимости от квалификации пилотов, оборудо-

вания аэродромов и самолетов, а также географии местно-

сти, можно выделить три категории международных мини-

мумов ИКАО по высоте облаков и дальности видимости

на аэродроме, в соответствии с которыми разрешается

выполнять взлет и посадку самолетам при сложных усло-

виях погоды:

1-я категория — дальность видимости не менее 800 м

и высота облаков не менее 60 м;

2-я категория — дальность видимости не менее 400 м

и высота облаков не менее 30 м;

3-я категория — дальность видимости не менее 200 м

и высота облаков без ограничений.

12. 7. Есть ли различия между минимумами погоды

для сверхзвуковых самолетов и для обычных само-

летов?

Принципиальных различий нет: сверхзвуковые самоле-

ты совершают взлеты и посадки на тех же режимах ско-

рости, что и обычные самолеты. Сверхзвуковые режимы

применяются только на значительной высоте, как правило

уже в стратосфере, то есть практически на эшелоне, а не

при снижении для захода на посадку или непосредственно

после взлета, когда самолет только начинает набирать

высоту. Однако сверхзвуковые самолеты в большей мере

зависят от режима температуры — при температуре возду-

ха, значительно превышающей расчетные ее значения

для СА, их двигатели расходуют слишком много топлива,

из-за чего полеты становятся с экономической точки зрения

нецелесообразными.

12. 8. Какие

метеорологические условия считаются для

авиации сложными?

В гражданской авиации нашей страны согласно дейст-

вующим нормативам сложными считаются следующие ме-

теорологические условия: высота облаков 200 м и менее

(при том, что они закрывают не менее половины небосвода)

и дальность видимости 2 км и менее. Сложными считаются

и такие условия погоды, когда налицо одно или несколько

метеорологических явлений, отнесенных к числу опасных

для полетов.

Нормативы сложных метеорологических условий не

являются стандартными: есть экипажи, которым разреше-

но выполнение полетов и при значительно худших усло-

виях погоды. В частности, все экипажи, летающие по

минимумам ИКАО 1, 2 и 3-й категорий, могут выполнять

полеты в сложных метеорологических условиях, если нет

опасных метеорологических явлений, непосредственно

препятствующих полетам.

В военной авиации ограничения по сложным метео-

рологическим условиям несколько менее жесткие. Суще-

ствуют даже так называемые «всепогодные» самолеты,

оснащенные для полетов в очень сложных метеорологи-

ческих условиях. Однако и они имеют ограничения по

погоде. Полной независимости полетов от условий погоды

практически не существует.

Таким образом, «сложные метеоусловия» — понятие

условное, его нормативы связаны с квалификацией летного

состава, техническим оснащением самолетов и оборудова-

нием аэродромов.

12. 9. Что такое сдвиг ветра и как он влияет на полеты

самолетов и вертолетов?

Сдвиг ветра — это изменение вектора ветра (скорости

и направления ветра) на единицу расстояния. Различают

вертикальный сдвиг ветра и горизонтальный. Вертикаль-

ный сдвиг принято определять как изменение вектора

ветра в метрах в секунду на 30 м высоты; в зависимости

от направления изменения ветра относительно движения

самолета вертикальный сдвиг может быть продольным

(попутным — положительным или встречным — отрица-

тельным) или же боковым (левым или правым). Горизон-

58. Влияние вертикального сдвига

ветра U на точность приземления

самолета:

а — встречный вертикальный сдвиг

ветра; б — попутный; в — боковой;

1 — расчетная точка приземления,

2 — фактическая, 3, 4 — уход от оси

ВПП

тальный сдвиг ветра измеряется в метрах в секунду

на 100 км расстояния.

Сдвиг ветра является показателем неустойчивости

состояния атмосферы, способной вызывать болтанку само-

лета, создавать помехи полетам и даже — при некоторых

предельных значениях его величины — угрожать безопас-

ности полетов. Вертикальный сдвиг ветра более 4 м/с

на 30 м высоты считается опасным для полетов метеороло-

гическим явлением.

Вертикальный сдвиг ветра, кроме того, влияет на точ-

ность приземления самолета, выполняющего посадку

(рис. 58). Если пилот самолета не будет парировать его

воздействие работой двигателя или рулями, то при пере-

ходе снижающегося самолета через линию сдвига ветра

(из верхнего слоя с одним значением ветра в нижний слой

с другим его значением), вследствие изменения воздушной

скорости самолета и его подъемной силы, самолет сойдет

с расчетной траектории снижения (глиссады) и призем-

лится не в заданной точке взлетно-посадочной полосы,

а дальше или ближе ее, левее или правее оси ВПП.

12. 10. Как определяют наличие сдвига ветра и его

величину?

Определение вертикального сдвига ветра в районе

аэродрома — одна из сложных проблем авиационной

метеорологии. Обычные технические средства определения

скорости ветра на высотах для этого непригодны из-за

слишком больших погрешностей. Установка на аэродроме

высоких мачт с приборами для точного измерения ветра

исключается по соображениям безопасности полетов. Бор-

товое оборудование самолетов позволяет только качествен-

но определить наличие сдвига ветра на глиссаде, без

точной его количественной оценки. Для точного же расчета

вертикального сдвига ветра используются установленные

экспериментальным путем зависимости между скоростью

и направлением ветра на различных уровнях в условиях

данного аэродрома.

12. 11. Что такое обледенение самолетов и в чем его

опасность?

Обледенение самолета, то есть отложение льда на его

поверхности или на отдельных деталях конструкций,

на входных отверстиях некоторых приборов, происходит

чаще всего во время полета в облаках или дожде, когда

переохлажденные капли воды, содержащиеся в облаке

или осадках, сталкиваясь с самолетом, замерзают. Реже

бывают случаи отложения льда или изморози на поверх-

ности самолета вне облачности и осадков, так сказать в

«чистом небе». Такое явление может иметь место во влаж-

ном воздухе, который теплее наружной поверхности

самолета.

Для современных самолетов обледенение уже не пред-

ставляет серьезной опасности, так как они оснащены

надежными антиобледенительными средствами (электро-

обогрев уязвимых мест, механическое скалывание льда и

химическая защита поверхностей). Кроме того, лобовые

поверхности самолетов, летящих со скоростью более

600 км/ч, сильно нагреваются вследствие торможения

и сжатия воздушного потока, обтекающего самолет. Это

так называемый кинетический нагрев деталей самолета,

из-за которого температура поверхности самолета сохра-

няется выше точки замерзания воды даже при полете в

облачном воздухе со значительной отрицательной тем-

пературой.

Однако интенсивное обледенение самолета при вынуж-

денном длительном полете в переохлажденном дожде или

в облаках с большой водностью представляет реальную

опасность и для современных самолетов. Образование

плотной корки льда на фюзеляже и оперении самолета

нарушает аэродинамические качества воздушного судна,

так как происходит искажение обтекания поверхности

самолета воздушным потоком. Это лишает самолет устой-

чивости полета, снижает его управляемость. Лед на вход-

ных отверстиях воздухозаборника двигателя уменьшает

тягу последнего, а на приемнике воздушного давления —

искажает показания приборов воздушной скорости и т. д.

Все это очень опасно при несвоевременном включении

антиобледенительных средств или при отказе последних.

По статистике ИКАО, из-за обледенения ежегодно

происходит около 7% всех авиационных катастроф, свя-

занных с метеорологическими условиями. Это немногим

меньше 1% всех авиакатастроф вообще.

12. 12. Существуют ли воздушные ямы?

В воздухе никаких участков пространства с вакуумом,

или воздушных ям, существовать не может. Но вертикаль-

ные порывы в неспокойном, турбулентно возмущенном

потоке вызывают броски самолета, создающие впечатление

его проваливания в пустоты. Они-то и породили этот тер-

мин, в наши дни уже выходящий из употребления. Бол-

танка самолета, связанная с турбулентностью воздуха,

вызывает неприятные ощущения у пассажиров и экипажа

самолета, затрудняет полет, а при чрезмерной интенсив-

ности может представлять и опасность для полета.

12. 13. Что такое потолок самолета?

Это наибольшая высота, на которую может подняться

самолет при определенном режиме полета. Потолок само-

лета зависит от его конструкции, рассчитанной на стан-

дартные условия состояния атмосферы.

При горизонтальном полете двигатели самолета имеют

некоторый запас мощности — избыток тяги, используя

который можно набирать высоту, то есть иметь в полете

некоторую вертикальную скорость. Высота, на которой у

самолета иссякает избыток тяги и вертикальная скорость

становится равной нулю, и есть теоретический потолок

самолета. Однако на такой высоте устойчивость и управля-

емость самолета становятся недостаточными, и в интересах

обеспечения безопасности полетов пользуются практи-

ческим потолком, или так называемой предельно допусти-

мой высотой полета, на которой максимальная вертикаль-

ная скорость равна для реактивных самолетов 5 м/с,

а для поршневых 0, 5 м/с.

В реальной обстановке конкретного полета практичес-

кий потолок может несколько изменяться в зависимости

от фактически наблюдающихся атмосферных условий,

отличных от расчетных значений стандартной атмосферы.

12. 14. Как зависит от метеорологических условий

предельно допустимая высота полета?

Для современных самолетов, летающих с дозвуковой

скоростью, предельно допустимая высота полета возрастает

на 50 м на каждый градус отрицательного отклонения

температуры на этой высоте от значений ее в СА и, на-

оборот, она понижается на 50 м на каждый градус поло-

жительного отклонения температуры воздуха от СА. Таким

образом, чем ниже температура воздуха на высотах, тем

выше практический потолок, или предельно допустимая

высота полета самолета. Для сверхзвуковых самолетов

отклонение температуры воздуха от СА дает приблизи-

тельно в два раза больший эффект — каждому градусу

отклонения температуры соответствует 100 м изменения

высоты.

12. 15. Что такое «число М»?

Это характеристика сжимаемости воздушного потока.

Число М отражает отношение воздушной скорости к ско-

рости звука. Скорость звука в атмосфере, как известно,

возрастает с ростом температуры воздуха. Число М, следо-

вательно, зависит не только от скорости перемещения

самолета в воздухе, но и от температуры воздуха. При

равенстве значений воздушной скорости и скорости звука

число М = 1. Поэтому при М < 1 режим полета самолета

считается дозвуковым, а при M>1 — сверхзвуковым. Так

как характер обтекания самолета воздушным потоком

зависит от степени сжимаемости последнего, то число М

является еще и характеристикой воздушного потока: при

М < 0, 5 поток — несжимаемый дозвуковой, при 0, 5

M < 0, 8 — сжимаемый дозвуковой, при 0, 8 М <

< 1, 2 — околозвуковой, при 1, 2 М < 5 — сверхзвуко-

вой, а при М > 5 — гиперзвуковой.

От значений числа М зависят такие важнейшие ха-

рактеристики самолета, как подъемная сила, лобовое

сопротивление, предельно допустимая скорость полета.

У сверхзвуковых самолетов, кроме того, число М опре-

деляет угол, под которым распространяется за самоле-

том ударная (звуковая) волна. Синус угла между на-

правлением полета сверхзвуковых самолетов и фронтом

ударной волны — величина обратно пропорциональная

числу М.

12. 16. Что представляет собой звуковой удар, возни-

кающий за сверхзвуковым самолетом?

Сверхзвуковой самолет, как и всякое твердое тело,

движущееся со скоростью, превышающей скорость звука,

сталкиваясь с частицами воздуха, порождает ударные

волны. За самолетом возникает так называемый конус

возмущений, представляющий собой фронт ударной

волны — границу между возмущенным и невозмущенным

пространством, где наблюдается скачок уплотнений, то

есть резкое изменение давления, плотности и температуры

воздуха. При достижении земной поверхности фронт удар-

ной (звуковой) волны вызывает мгновенное колебание

давления — звуковой удар, напоминающий звук орудий-

ного выстрела (рис. 59). Интенсивность звукового удара

зависит от многих факторов, в том числе от высоты,

режима и скорости полета, определяемых конструкцией,

массой самолета и состоянием атмосферы (распределением

с высотой температуры, влажности воздуха и скорости

ветра). Максимальной силы звуковой удар достигает при

переходе от дозвукового режима полета к сверхзвуковому

и наоборот, то есть при резких изменениях скорости поле-

та, когда самолет преодолевает звуковой барьер. В некото-

59. Природа ударной волны, возни-

кающей за сверхзвуковым самолетом

(а), и форма барограммы при удар-

ной волне (б). 1 — конус возмуще-

ний, 2 — фронт ударной волны

рых случаях сила звукового удара за сверхзвуковым само-

летом может быть столь значительной, что способна вызы-

вать сильные болезненные ощущения у людей и животных,

разрушать легкие непрочные строения, разбивать стекла

в домах и т. п. Во избежание этого сверхзвуковые самолеты

должны производить переход от дозвукового режима поле-

та к сверхзвуковому и наоборот или над безлюдной мест-

ностью (например, над поверхностью океана), или на безо-

пасной высоте, точно рассчитываемой для каждого кон-

кретного случая.

12. 17. Чем занимается авиационная климатология?

Это прикладная наука, изучающая влияние климати-

ческих факторов на авиационную технику и деятельность

авиации. Практически в авиационной климатологии по-

следних лет определились два основных направления:

1) разработка методов расчета авиационно-климатических

показателей, характеризующих условия полетов и учиты-

ваемых при проектировании и эксплуатации аэродромов;

2) изучение и описание климата различных районов зем-

ного шара применительно к интересам метеорологического

обеспечения авиации.

Учет особенностей климата стал необходимым не толь-

ко при строительстве аэродромов, прокладке воздушных

трасс и разработке новой авиационной техники и аэрод-

ромного оборудования, но и при составлении расписа-

ния движения самолетов. Составление авиационно-кли-

матических атласов, справочников и описаний аэродромов,

аэродромных узлов и авиационных трасс производится

в соответствии с методами и требованиями авиацион-

ной климатологии. Последние лежат в основе всех про-

грамм машинной обработки климатических материалов

по данным метеорологических наблюдений на аэрод-

ромах.

12. 18. Как влияет погода на мореплавание?

Мореплавание с древнейших времен тесно связано с

погодой. Важнейшими метеорологическими величинами,

определяющими условия плавания морских судов, всегда

были ветер и обусловленное им состояние морской по-

верхности — волнение, горизонтальная дальность види-

мости и явления, ее ухудшающие (туман, осадки), состоя-

ние неба — облачность, солнечное сияние, видимость звезд,

солнца, луны. Кроме того, моряков интересует температура

воздуха и воды, а также наличие морских льдов в высоких

широтах, айсбергов, проникающих в акватории умеренных

широт. Не последнюю роль для оценки условий плавания

играют сведения о таких явлениях, как грозы и кучево-

дождевые облака, чреватые опасными для морских судов

водяными смерчами и сильными шквалами. В низких

широтах мореплавание связано еще и с опасностью, кото-

рую несут с собой тропические циклоны — тайфуны,

ураганы и т. п.

Погода для моряков — прежде всего фактор, опреде-

ляющий безопасность плавания, затем — фактор экономи-

ческий, и, наконец, как и для всех людей, — фактор ком-

форта, самочувствия и здоровья.

12. 19. Как практически используется информация

о погоде в мореплавании?

Решающее значение информация о погоде — прогнозы

погоды, включающие расчетные данные о ветре, волнении

и положении циклонических вихрей, как низкоширотных,

так и внетропических, — имеет для морской навигации,

то есть для прокладки маршрутов, обеспечивающих

наиболее быстрое, экономически эффективное плавание

с минимальным риском для судов и грузов и с максималь-

ной безопасностью для пассажиров и экипажей.

Климатические данные, то есть сведения о погоде,

накопленные за многие предшествующие годы, служат

основой для прокладки морских торговых путей, связыва-

ющих между собой континенты. Они также используют-

ся при составлении расписания движения пассажирских

судов и для планирования морских перевозок. Условия

погоды необходимо учитывать и при организации погрузо-

разгрузочных работ (когда дело касается грузов, подвер-

женных влиянию атмосферных условий, например чая,

леса, фруктов и т. п. ), рыбного промысла, туристско-

экскурсионного дела, спортивного мореплавания.

12. 20. В чем опасность обледенения для морских

судов?

Обледенение морских судов — бич мореплавания в

высоких широтах, однако при температурах воздуха ниже

нуля оно может иметь место и в средних широтах, особенно

при сильном ветре и волнении, когда в воздухе много

брызг. Главная опасность обледенения заключается в

повышении центра тяжести судна из-за нарастания льда

на его надводной части. Интенсивное обледенение делает

судно неустойчивым и создает реальную угрозу опроки-

дывания.

Скорость отложения льда при замерзании брызг пере-

охлажденной воды на рыболовных траулерах в Северной

Атлантике может достигать 0, 54 т/ч, а это значит, что

через 8—10 ч плавания в условиях интенсивного обледе-

нения траулер опрокинется. Несколько меньшая скорость

отложения льда в снегопадах и переохлажденном тумане:

для траулера она соответственно равна 0, 19 и 0, 22 т/ч.

Наибольшей интенсивности обледенение достигает

в тех случаях, когда ранее судно находилось в районе

с температурой воздуха значительно ниже 0°С. Примером

опасных условий обледенения в умеренных широтах может

служить Цемесская бухта на Черном море, где во время

сильных северо-восточных ветров, при так называемой