Скачать 5.62 Mb.
|
Глава 7 УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ВЕТРА НА ПОЛЕТ САМОЛЕТА 1. Ветер навигационный и метеорологический Воздушные массы постоянно движутся относительно земной поверхности в горизонтальном и вертикальном направлениях. Горизонтальное движение воздушных масс называется ветром. Ветер характеризуется скоростью и направлением. Они изменяются с течением времени, с переменой места и с изменением высоты. С увеличением высоты в большинстве случаев скорость ветра увеличивается, а направление изменяется. На больших высотах, на которых выполняются полеты самолетов с ГТД, скорость ветра может достигать 200— 300 км/ч и более. Такие ветры главным образом наблюдаются в зоне струйных течений. Отмечены случаи, когда скорость ветра в таких течениях составляла 650—750 км/ч.Для обеспечения точного самолетовождения необходимо учитывать влияние ветра иа полет самолета. До полета скорость и направление ветра по высотам определяют на метеостанции по картам барической топографии, составленным на основании данных ветрового радиозондирования атмосферы. В полете ветер определяется штурманом или пилотом путем соответствующих промеров и расчетов. Существует два понятия о направлении ветра: навигационное и метеорологическое. Навигационным направлением ветра (НВ) называется угол, заключенный между северным направлением магнитного меридиана и направлением в точку, куда дует ветер. Отсчитывается оно от северного направления магнитного меридиана по часовой стрелке от 0 до 360° (рис. 7.1). Метеорологическим направлением ветра называется угол, заключенный между северным направлением меридиана и направлением из точки, откуда дует ветер. Обычно на метеостанции отсчитывают метеорологическое направление ветра относительно северного направления истинного меридиана, т. е. угол δи. В целях упрощения расчетов экипажам, производящим взлет и посадку, сообщается метеорологическое направление ветра у Земли, отсчитанное относительно магнитного меридиана, т. е. на метеостанции вводят поправку на магнитное склонение, если оно более 10°. Направление ветра на высотах полета, отсчитанное от истинного меридиана, летный состав самостоятельно переводит в направление ветра, отсчитанное относительно магнитного меридиана. Метеорологическое направление ветра δ = δи-(±Δм). Магнитное склонение Δм берется для района расположения метеостанции. Пример. δи=200°; Δм = —15°. Определить δ. Решение. δ=δи—(±Δм) =200°—(—15°) =215°. В штурманских расчетах используется навигационное направление ветра, или так называемый навигационный ветер. Перевод метеорологического направления ветра в навигационное и обратно выполняется по формулам: НВ = δ ± 180°; δ = НВ ± 180°. Рис. 7.2. Перевод скорости ветра (м/сек в км/ч и обратно) Знак плюс берется, если δ или НВ меньше 180°, а знак минус — если δ или НВ больше 180°. Скоростью ветра U называется скорость движения воздушных масс относительно земной поверхности. Скорость ветра измеряется в километрах в час или в метрах в секунду. Чтобы перейти от одних единиц измерения к другим, например от метров в секунду к километрам в час, необходимо скорость ветра в метрах в секунду умножить на 3,6, т: е. U км/ч = U м/сек·3,6: Перевод скорости ветра, выраженной в метрах в секунду, в скорость, выраженную в километрах в час, можно осуществлять подсчетом в уме по упрощенной формуле U км/ч = U м/сек · 4 Пример. U=20 м/сек, перевести в километры в час. Решение. U км/ч = U м/сек·4=72 км/ч. При штурманских расчетах для перехода от скорости ветра в метрах в секунду к скорости его в километрах в час и обратно пользуются НЛ-10М (рис. 7.2). 2. Навигационный треугольник скоростей, его элементы и их взаимозависимость Самолет относительно воздушной массы перемещается с воздушной скоростью в направлении своей продольной оси. Одновременно под действием ветра он перемещается вместе с воздушной массой в направлении и со скоростью ее движения. В результате движение самолета относительно земной поверхности будет происходить по равнодействующей, построенной на слагаемых скоростях самолета и ветра. Таким образом, при полете с боковым ветром векторы воздушной скорости, путевой скорости и скорости ветра образуют треугольник (рис. 7.3), который называется навигационным треугольником скоростей. Каждый вектор характеризуется направлением и величиной. Вектором воздушной скорости называется направление и скорость движения самолета относительно воздушных масс. Его направление определяется курсом самолета, а величина — значением воздушной скорости. Рис. 7.3. Навигационный треугольник скоростей и его элементы Вектором путевой скорости называется направление и скорость движения самолета относительно земной поверхности. Его направление определяется путевым углом, а величина — значением путевой скорости. Вектором ветра называется направление и скорость движения воздушной массы относительно земной поверхности. Его направление определяется направлением ветра, а величина — значением его скорости. Навигационный треугольник скоростей имеет следующие элементы: МК — магнитный курс самолета; V — воздушная скорость; МПУ— магнитный путевой угол (может быть заданным —ЗМПУ и фактическим — ФМПУ); W — путевая скорость; НВ — навигационное направление ветра; U — скорость ветра; УС — угол сноса; УВ — угол ветра. Фактическим магнитным путевым углом называется угол, заключенный между северным направлением магнитного меридиана и линией фактического пути. Отсчитывается от северного направления магнитного меридиана до линии фактического пути по ходу часовой стрелки от 0 до 360°. Углом сноса называется угол, заключенный между продольной осью самолета и линией пути. Отсчитывается от продольной оси самолета до линии пути вправо со знаком плюс и влево со знаком минус. Углом ветра называется угол, заключенный между линией пути (фактической или заданной) и направлением навигационного ветра. Отсчитывается от линии пути до направления ветра по ходу часовой стрелки от 0 до 360°. Между элементами навигационного треугольника скоростей существует следующая зависимость: МК = МПУ - (± УС); ОС = V cos УС; МПУ = МК + (± УС); CB = U cos УВ; УС = МПУ-МК; W = VсоsУС + UсоsУВ; УВ = δ ± 180° - МПУ; δ = МПУ + УВ ± 180°. Так как углы сноса обычно небольшие, а косинусы малых углов близки к единице, то можно считать, что WV+UсоsУВ. Приведенные выше формулы используются для расчета элементов навигационного треугольника скоростей. Угол сноса и путевая скорость являются основными навигационными элементами, поэтому нужно твердо знать, как они зависят от изменения воздушной скорости, скорости ветра и угла ветра. Зависимость угла сноса и путевой скорости от воздушной скорости самолета. При неизменном ветре и курсе самолета путевая скорость изменяется соответственно изменению воздушной скорости, т. е. с увеличением воздушной скорости путевая скорость становится больше, а с уменьшением — меньше (рис. 7.4). Считают, что изменение воздушной скорости вызывает пропорциональное изменение путевой скорости, т. е. насколько изменилась воздушная скорость, настолько соответственно изменится и путевая скорость. Угол сноса с возрастанием воздушной скорости уменьшается, а с ее уменьшением — увеличивается. Зависимость утла сноса и путевой скорости от скорости ветра. При постоянной воздушной скорости и курсе самолета с увеличением скорости ветра угол сноса увеличивается, а при ее уменьшении — уменьшается (рис. 7.5). Путевая скорость при попутном и попутно-боковом ветре с изменением скорости ветра изменяется так же, как и угол сноса. При встречном и встречно-боковом ветре с увеличением скорости ветра путевая скорость Рис. 7.5. Зависимость УС и W от изменения скорости ветра: а —при попутно-боковом ветре; б —при встречно-боковом ветре уменьшается, а с уменьшением —увеличивается. Зависимость угла сноса и путевой скорости от угла ветра. Угол ветра в полете не остается постоянным. Его величина изменяется в полете как вследствие изменения направления ветра, так и вследствие изменения направления полета. Отложим в определенном масштабе вектор воздушной скорости (рис. 7.6). Из конца этого вектора радиусом, равным скорости ветра в том же масштабе, опишем окружность. Если перемещать вектор ветра по ходу часовой стрелки, то угол ветра будет изменяться. Угол сноса и путевая скорость зависят от угла ветра следующим образом: 1. При УВ = 0° (ветер попутный) УС=0,W=V+U 2. При увеличении угла ветра от 0 до 90° угол сноса увеличивается, а путевая скорость уменьшается. 3. При УВ = 90° (ветер боковой) угол сноса максимальный, а путевая скорость примерно равна воздушной . 4. При увеличении УВ от 90 до 180° угол сноса и путевая скорость уменьшаются. 5. При УВ = 180° (ветер встречный) УС==0°, a W=V— U. 6. При увеличении УВ от 180 до 270° угол сноса и путевая скорость увеличиваются. 7. При УВ = 270° (ветер боковой) угол сноса максимальный, а путевая скорость примерно равна воздушной. 8. При увеличении УВ от 270 до 360° угол сноса уменьшается, а путевая скорость увеличивается. При решении большинства навигационных задач необходимо ясно представлять, в какую сторону при данном угле ветра будет направлен снос Рис. 7.7. Правила определения W и знаков УС самолета и какова его путевая скорость (больше или меньше воздушной). Изменение угла ветра приводит к следующему изменению угла сноса и путевой скорости (рис. 7.7): при углах ветра 0—180° углы сноса положительные, а при углах ветра 180—360° — отрицательные; путевая скорость при углах ветра 270—0—90° больше воздушной скорости, а при углах ветра 90—180—270° меньше. Пример. ЗМПУ=100°; δ=40°. Определить, в какую сторону направлен снос самолета и какова его путевая скорость. Решение. 1. Находим угол ветра: УВ = δ ± 180° — ЗМПУ = 40° + 180° — 100° = 120°. 2. Определяем знак угла сноса и путевую скорость. Так как УВ в пределах от 0 до 180°, то угол сноса будет положительный, а путевая скорость меньше воздушной. Максимальным называется угол сноса при углах ветра 90 и 270° (см. рис. 7.6). Его величина определятся по формуле sinУСмакс=U/V При современных скоростях полета величина угла сноса обычно не превышает 10—20°. Известно, что синусы малых углов можно принять равными самим углам, выраженным в радианах. 1 рад—57°,3 или округленно 60°. На основании этого можно записать, что sinУСмакс= Следовательно, =U/V, откуда УСмакс = Из формулы видно, что УС тем больше, чем меньше воздушная скорость полета и чем больше скорость ветра. Пример. V=360 км/ч; U=60 км/ч. Определить максимальный угол сноса. Решение. УСмакс = ==10° Обычно максимальный угол сноса рассчитывается с помощью НЛ-10М (рис. 7.8). 3. Решение навигационного треугольника скоростей Решить навигационный треугольник скоростей — это значит по его известным элементам найти неизвестные. Решение навигационного треугольника скоростей можно осуществить: 1) графически (на бумаге); 2) с помощью навигационной линейки, навигационного расчетчика или ветрочета; 3) приближенно подсчетом в уме. Решение навигационного треугольника скоростей на НЛ-10М. Навигационный треугольник скоростей представляет собой обычный косоугольный треугольник и может быть решен по теореме синусов. Согласно этой теореме можно записать (рис. 7.9): Так как sinφ= sin (180°—φ), а внешний угол треугольника равен сумме внутренних углов, не смежных с ним, т. е. угол 180°—φ=УВ+УС, приведенные выше отношения записываются в таком виде: Эти отношения решаются с помощью НЛ-10М (рис. 7.10). При этом необходимо помнить: 1) при углах ветра 0—180° углы сноса положительные; 2) при углах ветра 180—360° углы сноса отрицательные; 3) при углах ветра больше 180° на НЛ-10М устанавливают его дополнение до 360°, т. е. разность 360°—УВ; 4) при угле ветра, равном нулю, W=V+U, а при угле ветра, равном 180°, W=V—U; для других значений углов ветра путевая скорость отсчитывается по НЛ-10М против суммы УВ+УС, при нахождении которой к УВ прибавляется всегда абсолютная величина УС независимо от его знака; 5) для углов ветра в пределах 5—175° используется шкала синусов, а в пределах 0,5—5 и 175—179,5° — шкала тангенсов. Отсчет угла сноса для расчета курса следования производится с точностью до 1°, а для точного определения путевой скорости при углах ветра, близких к 0 и 180°, — с точностью до десятых долей градуса; При помощи навигационной линейки определяются угол сноса и путевая скорость, а затем рассчитываются курс следования и время полета на заданном участке трассы. Курсом следования называется курс, рассчитанный с учетом угла сноса для следования по линии заданного пути. Для каждого участка трассы полета курс следования, угол сносами путевая скорость перед полетом определяются по прогностическому, а в полете по измеренному ветру. Пример. Vи=460 км/ч; ЗМПУ=105°; δ = 330°; U=80 км/ч; S = 120 км. Определить УС, W, МКсл и t. Решение. 1. Находим угол ветра: УВ = δ ± 180° — ЗМПУ = 330°—180° — 105° = 45°. 2. Определяем угол сноса и путевую скорость (см. ключ для НЛ-10М на рис. 7.10): УСЗ=+7°; W=512 км/ч. 3. Рассчитываем магнитный курс следования: МКсл = ЗМПУ — (± УС) = 105° — (+ 7°) = 98°. 4. Определяем с помощью НЛ-10М время полета: t=14 мин. Если известны угол сноса, путевая и воздушная скорости, магнитный курс самолета, то с помощью НЛ-10М можно определить ветер. Для решения этой задачи рассмотрим навигационный треугольник скоростей (рис. 7.11). Из конца вектора воздушной скорости опустим на линию пути перпендикуляр. Величина путевой скорости может быть представлена в виде суммы двух отрезков: ОВ и ВС, т. е. W=OB+ВС, откуда отрезок ВС= W—ОВ. Из прямоугольного треугольника ОАВ следует, что отрезок ОВ = VсоsУС. Так как косинусы малых углов примерно равны 1, то отрезок ОВ можно принять равным V(OBV). Подставляя это значение ОВ в выражение для отрезка ВС, получаем: ВС= W—V=ΔU. Из прямоугольных треугольников АВО и ABC имеем: АВ = VtgУС=ΔUtg или VtgУC= ΔUtgα. Запишем это равенство в виде следующей пропорции, имея в виду ее основное свойство: tgУC/ΔU= tgα/V. Решая эту пропорцию на НЛ-10М по шкалам 4 и 5, можно определить угол а (рис. 7.12), заключенный между линией фактического пути и метеорологическим направлением ветра. Измеряется этот угол от 0 до 90°. Зная величину угла а и используя шкалы 3 и 5 НЛ-10М, по теореме синусов определим скорость ветра (рис. 7.13). Направление ветра рассчитывается по формулам: δ = ФМПУ-(±α) δ = ФМПУ ± 180°+ (± α). Первой формулой пользуются, когда путевая скорость меньше воздушной, т. е. при встречно-боковом ветре, а второй — при попутно-боковом ветре, когда путевая скорость больше воздушной. Угол α берется со знаком плюс при правом сносе самолета и со знаком минус при левом сносе. Для быстрого и правильного определения метеорологического направления ветра и его скорости необходимо запомнить следующие правила: 1. При попутном ветре (УС=0, α = 0°): δ = ФМПУ ± 180°; U = W — Vи. 2. При встречном ветре (УС=0°, α=0°): δ = ФМПУ; U = Vи — W. 3. При боковом ветре (W Vи, α=90°): δ= ФМПУ —(±90°). 4. При встречно-боковом ветре (W< Vи): δ = ФМПУ — (± α). 5. При попутно-боковом ветре (W> Vи): δ = ФМПУ ± 180°+ (± α). Пример. Vи = 450 км/ч; МК = 50°; УС = + 7°; W = 490 км/ч. Определить направление и скорость ветра. Решение. 1. Находим разность между путевой и истинной воздушной скоростью; ΔU = W — Vи =490 — 450 = + 40 км/ч. Ветер попутно-боковой 2. Определяем угол α на НЛ-10М (см. рис. 7.12): α =+ 54°. 3. Находим скорость ветра на НЛ-10М (см. рис. 7.13): U = 68 км/ч. 4. Опрепеляем ФМПУ и метеорологическое направление ветра ФМПУ = МК + (± УС) = 50° + (+ 7°) = 57°; δ = ФМПУ ± 180° + (±α) = 57° + 180° + (+ 54°) = 291°. Понятие об эквивалентном ветре. Для упрощения выполнения некоторых навигационных расчетов пользуются эквивалентным ветром. Эквивалентным ветром Uэ называется условный ветер, направление которого всегда совпадает с ЛЗП, а его скорость в сумме с воздушной скоростью дает такую же путевую скорость, как и действительный ветер (рис. 7.14). Эквивалентный ветер определяется по специальной таблице, которая помещается в руководстве по летной эксплуатации и пилотированию каждого типа самолета. Приближенно эквивалентный ветер можно определить по формуле UэUсоsУВ. Решение навигационного треугольника скоростей подсчетом в уме. Подсчетом в уме определяют угол сноса, путевую скорость и курс следования, а также направление и скорость ветра по известным значениям воздушной и путевой скоростей, магнитному курсу и углу сноса. Угол сноса и путевую скорость можно определить, пользуясь формулами: УС=sinУВ; W = Vи ±UсоsУВ, по которым рассчитывается таблица значений углов сноса и путевых скоростей для основных углов ветра (табл. 7.1). Эту таблицу необходимо знать на память. Таблица 7. 1 Зависимость угла сноса и путевой скорости от угла ветра
Пример. Vи = 450 км/ч; ЗМПУ=;120°; δ = 30°; U=60 км/ч. Определить УС, МКсл и W. Решение. 1. Находим угол ветра: УВ = δ ± 180° — ЗМПУ = 30° + 180° — 120° = 90°. 2. Определяем угол сноса. Так как угол ветра равен 90°, то УС = УСмакс. УСмакс = =+8° 3. Определяем путевую скорость самолета. Поскольку ветер боковой W Vи =450км/ч. 4. Определяем курс следования: МКсл = ЗМПУ — (± УС) = 120° —(+ 8°) = 112°. Направление и скорость ветра в некоторых случаях можно определять подсчетом в уме. При попутном ветре, когда УС = 0°, а путевая скорость больше воздушной скорости, направление и скорость ветра определяются по приведенным выше формулам: δ = ФМПУ ± 180°; U = W —Vи При встречном ветре, когда УС = 0°, а путевая скорость меньше воздушной скорости, направление и скорость ветра определяются по формулам: δ = ФМПУ; U = Vи —W. При боковом ветре, когда угол сноса положительный (α = +90°) или отрицательный (α = —90°), а путевая скорость равна воздушной скорости, направление и скорость ветра определяются по формулам: δ = ФМПУ-(±90°); U =. Пример. МК=202°; УС= —12°; Vи = 450 км/ч; W = 450 км/ч. Определить направление и скорость ветра. Решение. 1. ФМПУ=МК+(±УС) = 202°+(—12°) = 190°. 2. δ = ФМПУ — (± α) = 190° — (—90°) = 280° 3. 4. Способы определения путевой скорости в полете Путевая скорость в полете может быть определена одним из следующих способов: 1) по известному ветру (на НЛ-10М, расчетчике, ветрочете и в уме); 2) по времени пролета известного расстояния (по отметкам места самолета); 3) по времени пролета расстояния, определяемого с помощью самолетного радиолокатора или радиотехнических систем; 4) по высоте полета и времени пробега визирной точкой известного вертикального угла (по времени пролета базы); 5) с помощью доплеровского измерителя. 5. Определение путевой скорости, пройденного расстояния и времени полета подсчетом в уме Путевая скорость может быть определена подсчетом в уме следующими способами: 1. Путем определения расстояния, проходимого самолетом за одну минуту, с последующим расчетом путевой скорости. Пример. S=88 км; t=11 мин. Определить путевую скорость. Решение. 1. Находим путь самолета, проходимый за одну минуту: S=88:11=6 км. 2. Определяем путевую скорость самолета: W==8—60=480 км/ч. 2. Когда время полета в минутах кратно 60, путевая скорость определяется умножением пройденного расстояния на число, показывающее, какую часть часа составляет пройденное время. Для этого нужно знать, какую долю часа составляет 1, 2 и т. д. минуты. Можно легко запомнить следующую таблицу: Таблица 7. 2
Пример. S = 90 км; t=12 мин. Определить путевую скорость самолета. Решение. 1. Находим, какую долю часа составляет пройденное время: 12 мин составляет 1/5 ч. 2. Определяем путевую скорость: W=90·5=450 км/ч. Пройденное самолетом расстояние экипажу необходимо знать для сохранения ориентировки. Оно может быть определено: 1) по отметкам места самолета на карте, полученным различными способами; 2) по известной путевой скорости и времени полета на навигационной линейке, навигационном расчетчике или подсчетом в уме. Пройденное расстояние подсчетом в уме может быть определено следующими способами: 1. Если путевая скорость без остатка делится на 60, то сначала определяют расстояние, которое проходит самолет за одну минуту, а затем за данное время. Пример. W=480 км/ч; t=9 мин. Определить пройденное расстояние. Решение. 1. Находим расстояние, проходимое самолетом за одну минуту: S=480: 60=8 км. 2. Определяем пройденное расстояние за данное время полета: S = 8·9= 72 км. 2. Разбивкой данного времени полета на промежутки по 6, 3 и 1 мин. Пройденное расстояние получают суммированием расстояний, проходимых самолетом за указанные промежутки. Пример. W=500 км/ч; t=10 мин. Определить пройденное расстояние. Решение. 1. Разбиваем данное время на промежутки: 10 мин=6 мин +3 мин +1 мин. 2. Определяем расстояние, проходимое самолетом за намеченные промежутки: за 6 мин—50 км; за 3 мин — 25 км; за 1 мин — 8 км. 3. Определяем пройденное расстояние за данное время: S= 50+25+8 = 83 км. Время полета экипажу необходимо знать для ведения ориентировки и расчета времени прибытия на ППМ (КПМ). Оно может быть определено подсчетом в уме следующими способами: 1. Делением заданного расстояния на путь, проходимый самолетом за одну минуту. Пример. W=420 км/ч; S — 84 км. Определить время полета. Решение. 1. Находим расстояние, которое проходит самолет за одну минуту: S=420 : 60=7 км. 2. Определяем, за какое время пройдет самолет заданное расстояние: t= 84:7=12 мин. 2. Сравнением заданного расстояния с расстоянием, проходимым самолетом за 6 мин. Пример. W=520 км/ч; S=156 км. Определить время полета. Решение. 1. Находим расстояние, проходимое самолетом за 6 мин; оно равно 1/10 путевой скорости, т. е. 520 : 10=52 км. 2. Определяем, за какое время самолет пройдет заданное расстояние. Так как заданное расстояние 156 км втрое больше расстояния 52 км, проходимого самолетом за 6 мин, то время полета t=6·3= 18 мин. 3. Нахождением соотношения между пройденным расстоянием и путевой скоростью. Пример. W =450 км/ч; S =150 км. Определить время полета. Решение. 1. Находим, какую часть от значения путевой скорости составляет данное расстояние: 150:450= 1/3 2. Определяем время полета. Так как заданное расстояние составляет 1/3 ог значения путевой скорости, следовательно, время полета будет составлять 1/3 ч, что соответствует 20 мин. 6. Способы определения угла сноса в полете В полете угол сноса может быть определен одним из следующих способов: 1) по известному ветру (на НЛ-10М, НРК-2, ветрочете и подсчетом в уме); 2) по отметкам места самолета на карте; 3) по радиопеленгам при полете от РНТ или на РНТ; 4) с помощью доплеровского измерителя; 5) при помощи бортового визира или самолетного радиолокатора; 6) глазомерно (по видимому бегу визирных точек). Для определения угла сноса по отметкам места самолета необходимо: 1) определить визуально или с помощью каких-либо средств самолетовождения место самолета и отметить его на карте; 2) строго выдерживая курс, скорость и высоту полета, через 5—15 мин таким же образом определить и отметить на карте второе место самолета; 3) полученные отметки МС соединить с прямой линией и с помощью транспортира измерить ФИПУ; 4) определить ФМПУ по формуле: ФМПУ=ФИПУ— (±Δм); 5) рассчитать угол сноса по формуле: УС = ФМПУ—МКср. Точность определения угла сноса этим способом зависит от точности нанесения отметок места самолета на карту и точности определения среднего магнитного курса. Глазомерное определение угла сноса осуществляется в полете на малых высотах наблюдением за перемещением визирных точек и ориентиров относительно продольной оси самолета. Если визирные точки перемещаются по продольной оси самолета или параллельно ей, это значит, что угол сноса равен нулю. Если визирные точки появляются впереди справа и уходят назад влево, — угол сноса положительный. Если визирные точки появляются впереди слева и уходят назад вправо, — угол сноса отрицательный. Величина угла сноса определяется приближенно на глаз. Остальные способы определения угла сноса рассматриваются в соответствующих главах данного учебника. БЕЗОПАСНОСТЬ САМОЛЕТОВОЖДЕНИЯ. |
Поиск |