Материал: 4 - УМК ЛЭВС

Поскольку величина перегрузки при этом может достигнуть разрушающих значений, то «Нормы летной годности самолетов транспортной категории» [7] накладывают ограничение на величину вертикального порыва, равное 18 м/с, которое учитывается при расчете на прочность конструкции ВС, а при эксплуатации ВС ГА величина вертикального порыва из-за возможности выхода на критические углы атаки ограничивается скоростью, равной 6–9 м/с, в зависимости от высоты полета и типа ВС. Восходящие (нисходящие) потоки воздуха при воздействии на ВС не создают знакопеременных нагрузок, так как воздушный поток стабилен и имеет вектор движения в вертикальной плоскости. При встрече с восходящим (нисходящим) потоком воздуха ВС испытывает бросок вверх (или вниз) и может перейти в пикирование с недопустимым увеличением скорости или кабрирование с потерей скорости. При воздействии вертикального порыва ветра значительной силы возможен выход ВС за критические углы атаки, в результате чего происходит его сваливание. Вне грозовых облаков вертикальные порывы ветра могут достигать 10–12 м/с и вызывать приращение перегрузки ВС до 0,9 – 1g. В грозовых кучево-дожде- вых облаках были зарегистрированы порывы ветра до 15 м/с, вызывающие перегрузку до 2g.

Влияние сдвига ветра на полет воздушного судна

Сдвиг ветра проявляется в виде резких изменений величины вектора ветра по направлению и (или) скорости, которые не носят колебательного характера и существуют во времени и пространстве в зависимости от изменения барических и температурных полей атмосферы. Сдвиг ветра опасен для ВС, выполняющих полет в секторах взлета или посадки и имеющих двигатели с приемистостью более 4–5 с. Влияние сдвига ветра (смена встречного ветра на попутный) на траекторию снижения ВС по глиссаде показано на рис. 4.1. При попадании ВС в зону действия сдвига ветра резко изменяется величина воздушной скорости ВС, что может привести к просадке, сваливанию ВС, посадке с перелетом или недолетом.

Опасность полета ВС в зоне сдвига ветра на посадке (взлете) определяется малым запасом по высоте и скорости полета, а также инертностью ВС.

Главной причиной, приводящей к возникновению сложной или аварийной ситуации в условиях сдвига ветра на посадке, является большое потребное время на компенсацию пилотом внезапно возникшего отклонения по скорости. Потребное время при этом определяется скоростью полета, приемистостью двигателей, эффективностью рулей высоты, допустимой перегрузкой и высотой полета. Поскольку для компенсации скорости полета необходимо изменить режим работы двигателей и (или) угол атаки, то очевидна опасность резкой потери (увеличения) скорости полета при низкой приемистости двигателей и малом запасе высоты полета. Поэтому для компенсации внезапных отклонений по скорости при заходе на посадку требуется запас высоты полета.

Например, при резкой потере скорости для вывода из сваливания самолетов 1–3 классов необходим запас высоты, равный не менее 200 м, а для коррекции просадки требуется запас высоты, равный 30–50 м в зависимости от типа ВС и параметров полета.

Физическая сущность влияния сдвига ветра заключается в том, что ВС, попадая в зону действия сдвига ветра, продолжает некоторое время по инерции сохранять прежнюю путевую скорость, а так как скорость ветра (в данном случае его продольная составляющая) резко изменяется, то, соответственно, резко изменяется воздушная скорость полета ВС. С погрешностью, которой можно пренебречь при практических выводах, примем, что W = const непосредственно перед зоной и в зоне сдвига ветра, Vист ≈ Vпр (так как скорость составляет менее 400 км/ч и высота не превышает 200 м). Тогда, если Uпрод – продольная составляющая ветра в зоне сдвига ветра, то, из формулы (4.1) следует, что под воздействием Uпрод приборная скорость полета ВС на несколько секунд установится на следующем значении:

Продолжительность сохранения путевой скорости после входа в зону сдвига ветра в основном определяется соотношением коэффициентов подъемной силы, силы лобового сопротивления и массы ВС.

Влияние ветра на разбег, пробег и руление вс по аэродрому

Влияние ветра на разбег, пробег и руление ВС по аэродрому выражается в возникновении разворачивающих моментов, изменении воздушной скорости и, соответственно, длины разбега и пробега. Боковая составляющая ветра определяет разворачивающий момент, а продольная составляющая – изменения воздушной скорости, длины разбега и пробега, угла набора и вертикальной скорости снижения по глиссаде.

В целях обеспечения требуемого уровня безопасности полетов скорость продольной и боковой составляющих ветра ограничивается в зависимости от типа ВС, коэффициента сцепления с ВПП, рельефа местности, устойчивости и управляемости ВС, эксплуатационных ограничений по градиентам набора и вертикальной скорости снижения по глиссаде.

Значение попутной составляющей ветра не должно превышать 5 м/с. Это ограничение накладывается из условия обеспечения минимально допустимого угла набора в случае продолженного взлета и вертикальной скорости снижения по глиссаде не более эксплуатационного ограничения (равного 5 м/с после пролета БПРМ или в соответствии с инструкцией по производству полетов на аэродроме).

Встречная составляющая ветра на разбеге и пробеге ограничивается из условия обеспечения достаточной устойчивости и управляемости ВС после отрыва или перед приземлением на высотах, не превышающих 10–15 м. На устойчивость и управляемость ВС на малых высотах и скоростях полета оказывает влияние «механическая» турбулентность воздуха, проявляющаяся в возникновении вертикальных порывов и воздушных вихрей. Интенсивность механической турбулентности определяется скоростью ветра и состоянием поверхности летного поля (земли). Чем больше скорость ветра, тем интенсивнее механическая турбулентность и, соответственно, выше вероятность возникновения вертикальных порывов или вихрей. Эффективность воздействия вертикальных порывов и вихрей на ВС определяется его размерами и массой, поэтому величина встречной составляющей ветра зависит от типа ВС.

Боковая составляющая ветра на разбеге и пробеге ограничивается возможностями ВС по компенсации разворачивающего момента от боковой составляющей ветра. Величина разворачивающего момента зависит от скорости бокового ветра и «парусности» ВС.

Компенсирующие моменты определяются шириной колеи и базы шасси, эффективностью тормозной системы, углами отклонения и площадью руля направления, расположением и мощностью двигателей, коэффициентом сцепления с ВПП. Для конкретного ВС величина боковой составляющей определяется по графикам в зависимости от коэффициента сцепления.

Влияние на полет воздушного судна спутного следа

При взлете самолетов 1–2 классов возникает опасность попадания в спутный след (рис. 4.2).

Спутный след формируется из:

• вихревых жгутов (концевых вихрей), стекающих с концов крыла ВС;

• вихревых потоков от работающих двигателей;

• отрыва пограничного слоя.

Влияние вихрей от работающих двигателей и отрыва пограничного слоя на сзади летящий ВС не представляет опасности, так как эти завихрения имеют протяженность, равную 150 –200 м, и быстро рассеиваются во времени и пространстве. Наибольшую опасность представляют концевые вихри (вихревые жгуты), стекающие с концов крыла. Длина постепенно затухающего спутного следа от концевых вихрей в среднем составляет до 20 км и зависит от веса и размаха крыла. В вертикальной плоскости вихревой жгут может опускаться примерно на 200 м ниже высоты полета ВС.

Воздействие спутного следа от впереди летящего ВС на сзади летящее ВС может привести к самовыключению двигателей, резкому возникновению больших кренов и потере управляемости ВС. Безопасность взлета за впереди летящим ВС обеспечивается соблюдением линейных или временных интервалов.

При взлете за ВС, имеющим взлетный вес, равный 136 т и более, линейный интервал должен составлять не менее 10 км, в остальных случаях – 5 км (или выдерживаются соответствующие временные интервалы).

4.2. Температура и давление воздуха

Температура и давление воздуха оказывают влияние на параметры работы системы «экипаж – воздушное судно» через массовую плотность воздуха. Как видно из уравнения состояния газа, массовая плотность газа (воздуха) равна

ρ = P / RT (4.4)

где R – газовая постоянная, равная 8,314 Дж / К·моль.

Поэтому в зависимости от соотношения температуры и давления воздуха будут изменяться следующие параметры состояния системы «экипаж – воздушное судно», в которые входит значение массовой плотности воздуха:

скоростной напор воздуха: Q = (ρV²) / 2;

подъемная сила: Y = Cy Q S;

сила лобового сопротивления, тяга и мощность силовой установки: X = Cx Q S.

Как известно, оптимальными (расчетными) условиями эксплуатации ВС являются условия международной стандартной атмосферы (МСА): температура воздуха, равная +15 °С, давление – 760 мм рт. ст., массовая плотность воздуха – 1,225 кг/м3.

В практике летной эксплуатации отклонения от параметров стандартной атмосферы встречаются в основном при попадании ВС в опасные метеорологические или физико-географические условия.

Например, в зоне взлета и посадки возможно попадание ВС в изотермические слои воздуха, где температура воздуха с набором высоты увеличивается. В таких случаях наблюдается существенное падение тяги двигателей и скорости набора высоты.

Высокие температуры воздуха и низкое атмосферное давление на аэродроме могут привести к помпажу двигателей на взлете или невозможности осуществить продолженный взлет.

Отклонения от стандартной температуры при наборе эшелона снижает максимально допустимую высоту полета ВС. С точностью, приемлемой на практике, можно считать, что каждый градус повышения температуры воздуха относительно стандартной температуры снижает максимально допустимую высоту полета ВС примерно на 50 м.

Если обозначить потерю максимально допустимой высоты полета через ΔН, то расчет фактической максимально допустимой высоты полета, т. е. фактического эксплуатационного ограничения по высоте полета, можно произвести по формуле

где Н_ЭОФАКТ) – эксплуатационные ограничения согласно РЛЭ.

Поскольку ΔН ≈ ΔТСА ∙ 50, то окончательное выражение для расчета фактической максимально допустимой высоты будет иметь вид

Формула (4.5) применима для случаев повышения ТºС воздуха относительно значений СА.

Понижение температуры воздуха относительно значений СА заметного отрицательного влияния на полет ВС не оказывает и поэтому может не учитываться.

В некоторых случаях наблюдается отклонение от СА сразу по нескольким параметрам. Например, при полете через наковальню грозового облака большие отклонения от значений СА будут наблюдаться по водности облака, массовой плотности и температуре воздуха (рис. 4.3).

Перечисленные факторы при условии, что они являются «скрытыми» для экипажа, могут привести к резкой потере скорости, самовыключению двигателей и сваливанию ВС.

Из метеорологии известно, что в передней части грозовых облаков наблюдаются мощные восходящие воздушные потоки теплого воздуха. Достигая тропопаузы, теплые воздушные потоки теряют свою скорость, растекаясь под тропопаузой в виде наковальни грозового облака. Поэтому внутри наковальни воздух значительно теплее и массовая плотность воздуха ниже, чем за пределами грозового облака. В наковальне отклонение от СА может достигать 20–25 ºС.

Такие значения отклонений приводят к снижению предельно допустимой высоты полета самолета на 1000–1250 м. На рис. 4.3 изображена схема развития катастрофической ситуации с самолетом Ту-154 под Донецком.

В данном случае можно предполагать, что Ту-154 за счет потери скорости набрал высоту, равную 11 900 м, что примерно на 1000 м больше предельно допустимой высоты, что стало причиной увеличения углов атаки и падения скорости, так как автопилот стабилизировал заданную высоту.

Особенностью наковальни является и пониженная плотность воздуха из-за высокой влажности и водности. Пониженная плотность воздуха и большие углы атаки привели к самовыключению всех двигателей. Экипаж не распознал ситуации и не предвидел указанных особенностей полета в наковальне грозового облака.