Условия полета.

Вопросы:

Погода, климат.

Атмосферное давление. Определение и единицы измерения.

Изменение давления с высотой. Влияние атмосферного давления на полет.

Температура воздуха. Определение и единицы измерения.

Нагрев и охлаждение земной поверхности и нижних слоев атмосферы.

Изменение температуры с высотой. Вертикальный температурный градиент.

Влияние температуры воздуха на выполнение полета.

Плотность воздуха. Определение, весовая, массовая плотность, влияние на полет.

Видимость. Определение видимости и ее деление на горизонтальную, вертикальную и наклонную видимости. Зависимость полетной наклонной видимости от прозрачности воздуха, от высоты и структуры нижнего основания облаков, вертикальной мощности подоблачной дымки.

Влажность воздуха. Определение. Абсолютная и относительная влажность. Зависимость влажности воздуха от температуры. Точка росы. Конденсация, сублимация водяного пара. Влияние влажности на выполнение полета.

Облака. Определение и классификация облаков по внешнему виду и по высоте расположения нижней границы (основания) облаков над земной поверхностью. Условия образования облаков. Строение облаков, их вертикальная мощность. Видимость в облаках.

Осадки. Условия их образования. Влияние осадков на видимость. Влияние облачности, осадков и видимости на летную работу.

Ветер. Причины образования. Метеорологическое и навигационное направление ветра. Изменение направления и скорости ветра по высотам. Вертикальные перемещения воздуха. Влияние ветра на выполнение полета.

Погода – совокупность метеорологических элементов и явлений (температура давление, влажность, облака, осадки, туман, направление и скорость ветра), наблюдаемых в определенный момент времени над данным районом.

Климат – характерный режим погоды за многолетний промежуток времени, присущий какой либо местности, сложившийся под влиянием географических условий данной местности, региона, притока солнечной энергии.

Атмосферное давление- это сила, с которой воздух давит на единицу земной поверхности. У земли эта сила равна 1 кг/ см² (1033 г/см²) = 76 см х 13,596 г/см³ = 1033 г/см² (13,596 – плотность ртути при ţ°С = 0). Такое давление оказывает столб ртути высотой 760 мм, сечением 1 см². Давление измеряется в миллиметрах ртутного столба или в миллибарах

(1 мм. рт. ст.= 1,3332 мб, 1 мб. = 0,75 мм. рт. ст). За нормальное давление принимают атмосферное давление, равное 760 мм. рт. ст, что соответствует 1013,25 мб. Нормальное давление близко к среднему давлению на уровне моря. Давление непрерывно изменяется как у поверхности Земли, так и на высоте. С высотой давление уменьшается. Изменение давления с высотой характеризуется величиной барической ступени һ м. (һ = 8000/Р мм рт ст х (1+0,004 х ţ°С). Барическая ступень - высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 мм рт ст. или на 1 мб. До высоты 500 м барическая ступень = 11 м/мм рт ст. На Н = 5000 м һ = 20 м/на мм. рт ст. На Н = 16000м һ = 90м/мм рт ст. На Н = 20 000м һ = 155 м/мм рт ст. Барическая ступень прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна давлению.

Приведенное давление Р прив. – это давление, которое показал бы барометр, если опустить его на уровень моря. Применяется в навигации для расчета безопасных высот. Р прив = Р аэр + (Н аэр: һ), где Раэр – давление на уровне аэродрома, Наэр – высота аэродрома над уровнем моря, һ – барическая ступеньв метрах.

С высотой барическая ступень возрастает, так как давление уменьшается. В теплом воздухе уменьшение давления с высотой происходит медленнее, чем в холодном.

Данные об атмосферном давлении, нанесенные на синоптические карты, приведены к уровню моря. Для обеспечения посадки самолетов на борт экипажам передаются значения атмосферного давления (в мм рт. ст.) на уровне ВПП. Давление учитывается при определении безопасной высоты полета, а также при посадке и выборе эшелонов.

QNE – давление относительно уровня 760 мм рт ст.

QFE - давление относительно уровня ВПП.

QNH – давление приведенное к уровню моря по МСА.

Р. мин на Земле = 887 мб. = 665,25 мм. рт ст. Рмакс = 1078 мб. = 808,5 мм. рт ст.

Р факт на ВПП = 750 мм рт ст, по ошибке установлено 755 мм рт ст – высота полета будет завышена на 55 м. (столкновение с Землей в сложных МУ).

Температура воздуха характеризует тепловое состояние атмосферы (степень нагретости воздуха). Обмен теплом между землей и атмосферой происходит тремя способами:

1. Радиационный обмен;

2. Теплопроводность;

3. Конвективный обмен.

С высотой температура воздуха понижается. Изменение температуры с высотой наз. кривой стратификации. Величина изменения температуры на каждые 100 метров высоты наз. вертикальным температурным градиентом γ°. Он равен в среднем 0,65°С на 100м высоты или 6,5°С на 1000м высоты.

tн = tо – (6,5 х Н км); tо + tн = 2tо – (6,5 х Н км).

Температура измеряется по стоградусной шкале Цельсия от 0° до 100°С, где 0°С – температура таяния льда, а 100°С температура кипении воды при Р=760 мм рт ст.

В аэродинамических расчетах применяется абсолютная шкала Кельвина Т°К, при этом Т°К = 273,16 + t°С; t°С = Т°К – 273.

Т°К 373°  273°  173°  0° 

t°С + 100°  0°  - 100°  - 273° 

Изменение температуры зависит от количества тепла, поступающего от Солнца на данной географической широте, характера подстилающей поверхности и атмосферной циркуляции. На Землю попадает одна двухмиллиардная доля солнечной энергии, остальная отражается от атмосферы и уходит в космическое пространство.

При понижении температуры улучшаются летно-технические характеристики ЛА (длина разбега, пробега, скороподъемность, максимальная скорость, потолок).

Повышение температуры на 10°С от стандартной увеличивает L разб на 13%,

понижение т-ры на 10°С уменьшает L разб на 10%.

Абсолютный максимум т-ры на земном шаре = + 58  (Северная Каролина)

Абсолютный минимум = - 90  (Антарктида)

Плотность воздуха – отношение массы воздуха к его объему. Плотность непосредственно не измеряется, а рассчитывается по давлению и температуре. Плотность увеличивается с понижением температуры и ростом давления и наоборот. Различают весовую γ и массовую ρ плотность.

Весовая плотность – это отношение веса к объему в кг/м³ и = 1,225 кг/м³.

Массовая плотность- это масса воздуха, заключенная в единице объема =(0,125 кг х сек² ) : м⁴ . Плотность оказывает влияние на величину полной аэродинамической силы, действующей на крыло ВС во время полета.

Видимость. Под дальностью горизонтальной видимости у Земли, определяемой метеорологами, понимается то расстояние, на котором еще можно обнаружить предмет (ориентир) по форме цвету, яркости. Видимость - это степень прозрачности воздуха. Дальность видимости измеряется в метрах или километрах. Видимость реальных объектов, определяемая с самолета, называется полетной видимостью. Она подразделяется на горизонтальную, вертикальную и наклонную.

Горизонтальная полетная видимость представляет собой видимость объектов в воздухе, находящихся примерно на уровне полета самолета.

Beртикальная полетная видимость определяется как видимость объектов, расположенных на земной поверхности под углами, близкими к 90°.

Под наклонной полетной видимостью реальных объектов понимается предельное расстояние с высоты Н, на котором виден данный объект на окружающем фоне под различными углами. Частным случаем наклонной полетной видимости является видимость при заходе на посадку, когда объектом обнаружения является начало взлетно-посадочной полосы. При наличии у Земли густой дымки, тумана, метели (поземки) за значение видимости при заходе на посадку принимается горизонтальная видимость у Земли в районе ВПП.

Полетная наклонная видимость реальных объектов (в том числе и посадочная) зависит от многих факторов, среди которых основными являются метеорологические. Наибольшее значение на дальность видимости имеет прозрачность атмосферы.

На характер видимости влияют следующие факторы:

• влажность воздуха;

• наличие в воздухе атмосферной пыли;

• размеры объектов, цвет, форма.

Дальность видимости при снегопаде хуже, чем в дожде за счет уменьшения контрастности между ВПП и окружающей поверхностью. Степень помутнения атмосферы при мороси и дожде прямо пропорциональна числу капель на

см² в 1сек. Поэтому видимость в дожде будет лучше, чем в мороси.

Влияние видимости на полет.

Видимость является важнейшим метеоэлементом, определяющим степень сложности метеорологических условий полета, так как она оказывает непосредственное влияние на взлет и посадку, выполнение полета. При видимости ниже установленного минимума взлет ВС запрещен, а ВС, находящиеся в воздухе, направляются на запасные аэродромы.

Влажность воздуха – количество водяного пара, находящегося в воздухе. Характеризуется следующими величинами:

Абсолютная влажность (а)- это количество водяного пара в граммах содержащегося в 1 м³ воздуха. а = г/м³.

Абсолютная влажность прямо пропорциональна температуре и зависит от интенсивности процессов испарения. Зимой влаги ≈5 г/м³, летом ≈10-15 г/м³.

Абсолютную влажность учитывают при прогнозировании гроз.

Если, а=15 мб, следует ожидать грозу, при а=20 мб – гроза с ливневыми осадками, а >23 мб – гроза со шквалом.

Предельная влажность (А г/м³) (насыщающий пар)- это максимальное количество водяного пара, которое может находиться в 1 м³ воздуха до полного его насыщения при данной температуре.

Упругость водяного пара – парциальное давление пара, содержащегося в воздухе, выраженное в мм рт ст или в мб (е)

Относительная влажность (R = а/А х 100%) - отношение абсолютной влажности к предельной, выраженное в процентах. По величине относительной влажности можно определить, насколько воздух близок к состоянию насыщения. Относительная влажность обратно пропорциональна температуре. При понижении температуры относительная влажность увеличивается и воздух приближается к состоянию насыщения

Точка росы (Td) - температура, при которой воздух достиг бы состояния насыщения при данном влагосодержании и неизменном давлении. Разность между температурой воздуха и точкой росы (T – Td) называется дефицитом точки росы. Точка росы равна температуре воздуха в том случае, если его относительная влажность равна 100%. При этих условиях происходит конденсация водяного пара и образование облаков и туманов. Точка росы определяется по абсолютной влажности и специальным таблицам. Td всегда ниже температуры воздуха. По величине Td определяется наличие облаков на эшелоне полета. При дефиците точки росы на картах АТ 850,700,500мб = 0°,1°,2° можно предположить, что будет полная облачность. При дефиците (T – Td) на картах АТ 400,300,200,100мб вероятность облако 8 октантов (10 баллов).

Удельная влажность - количество водяного пара в граммах, содержащегося в 1 кг влажного воздуха.

Конденсация – процесс перехода пара в жидкое состояние.

Сублимация – переход пара в твердое состояние, минуя жидкое.

Влияние влажности на полет. Наличие водяного пара в воздухе способствует образованию облаков, осадков, туманов. Атмосферные явления – грозы, метели, обледенение, оптические явления – радуга, гало, венцы связаны с наличием влаги в атмосфере.

Влажный воздух легче сухого. Вес водяного пара составляет 5/8 от веса сухого воздуха. Разница между сухим и влажным воздухом составляет не более 1%.

Облака – это скопление взвешенных в атмосфере капель воды, или ледяных кристаллов, или смеси тех и других, возникших в результате конденсации водяного пара. Причиной образования облаков является адиабатическое понижение температуры в поднимающемся влажном воздухе и его расширение в объеме при понижении давления. Происходит фазовое превращение пара. Первичные водяные капли образуются на ядрах конденсации (частицы пыли, сажи, окислы солей, сажи, азота), когда относительная влажность близка к 100%. Дальнейший рост капель происходит за счет слияния их при столкновении, за счет осаждения водяного пара на образовавшиеся капли. Когда капли увеличиваются, становятся тяжелыми, они выпадают в виде дождя, снега града.

По внешнему виду облака подразделяются на три основные формы: кучево образные, слоистообразные и волнисто образные (волнистые).

К кучевообразным облакам относятся кучевые, мощные кучевые и кучево-дождевые облака.

По высоте расположения нижней границы облака делятся на 4 яруса:

1. Облака верхнего яруса – перистые Ci (cirrus), перисто слоистые Cs (Cirrostratus), перисто кучевые Cc (Cirrocumulus). Располагаются в умеренных широтах на Н = 6000 м и до тропопаузы. Состоят из мелких ледяных кристаллов, имеют небольшую толщину, через них видны Луна, Солнце, звезды. Перистые облака указывают на приближение теплого фронта. При полете в облаках – ограниченная видимость, возможно обледенение.

2. Облака среднего яруса – высококучевые Ac (Altocumulus), высокослоистые As (Altostratus) Н = 2-6 км. Высококучевые состоят из мельчайших капель воды или ледяных кристаллов, осадков не дают, в них можно встретить болтанку, обледенение. Высокослоистые облака состоят из мельчайших капель воды, из них выпадают обложные осадки, занимают большую часть нижней тропосферы.

3. Облака нижнего яруса – слоистые St (Stratus), слоисто-кучевые Sc (Stratocumulus), слоисто-дождевые Ns (Nimbostratus). Высота расположения от 0- до 2000 м. Облака в летнее время состоят из капель воды, имеют толщину от десятков метров до нескольких сотен метров. В зимнее время в них могут находиться кристаллы льда. Из облаков могут выпадать осадки в виде мороси, зимой в виде мелких снежинок, снежных зерен.

4. Облака вертикального развития – кучевые Cu (Cumulus), мощно-кучевые Cu Cong (Cumulocongestus), кучево-дождевые Cb (cumulonimbus). Кучевые облака состоят из капелек воды, осадков не дают. При дальнейшем развитии кучевые облака могут переходить в мощно-кучевые с высотой 2-5 км. При благоприятных условиях могут развиваться в кучево-дождевые, нижняя часть которых состоит из капелек воды, верхняя - из ледяных кристаллов. По высоте облака достигают тропопаузы, из облаков выпадают ливневые осадки с грозами, шквалом, градом. Облака, возникающие внутри воздушной массы, называются внутримассовыми, образующиеся на фронтах – фронтальными, возникающими в горах – орографическими. ВНГО – высота нижней границы облаков измеряется с помощью радиолокатора «Облако», прожектора, системы «АМИС» - аэрометеорологическая измерительная система (Финляндия). Высоту облаков (Нобл) можно рассчитать по формуле Н обл = (t°C₀ – Td) / 0,8 х 100.

Осадки - водяные капли или ледяные кристаллы, выпадающие из облаков на поверхность земли. По характеру выпадения осадки подразделяются на обложные, выпадающие из слоисто-дождевых и высокослоистых облаков в виде капель дождя средней величины или в виде снежинок;

ливневые, выпадающие из кучево-дождевых облаков в виде крупных капель дождя, хлопьев снега или града;

моросящие, выпадающие из слоистых и слоисто-кучевых облаков в виде очень мелких капель дождя и тумана. Полет в зоне осадков затруднен вследствие резкого ухудшения видимости, снижения высоты облаков, болтанки, обледенения в переохлажденном дожде и мороси, возможного повреждения поверхности самолета (вертолета) при выпадении града. Осадки, связанные с фронтом наз. фронтальными, возникшие внутри одной воздушной массы – внутримассовыми. Осадки бывают жидкие, твердые, смешанные.

Виды осадков

1. Обложной дождь – выпадает в виде капель из слоисто-дождевой и высоко-слоистой облачности.

2. Ливневой дождь, снег- выпадают из кучево-дождевых облаков в виде крупных капель, крупных снежинок.

3. Морось- выпадает из слоистых, слоисто-кучевых облаков и тумана.

4. Мокрый снег- тающий снег или смесь дождя и снега.

5. Ледяной дождь- выпадает в виде прозрачных шариков льда, образуется, когда капли дождя проходят через слой воздуха с отрицательной температурой.

6. Снежная крупа- выпадает в виде в виде белых зерен.

7. Град- ледяные шарики в диаметре до 30 мм и более выпадают летом при грозах.

8. Метель - перенос снега ветром у земли. Ухудшает видимость, затрудняет взлет-посадку ЛА, образуются заносы на ВПП, РД.

9. Низовая метель- это когда свежевыпавший снег поднимается с земли на высоту более 2х метров и переносится на определенное расстояние.

10. Поземок - подъем свежевыпавшего снега на высоту до 2х метров и перенос его на определенное расстояние.

11. Общая метель - когда одновременно происходит выпадение снега и перенос его ветром.

12 Гололед - прозрачный или мутный ледяной нарост, образующийся на различных предметах, когда переохлажденные капли дождя или мороси соприкасаются с твердой поверхностью предметов и замерзают. Покрытая гололедом ВПП непригодна для взлета и посадки ВС.

13. Гололедица - покрытая льдом дорога, проезжая часть.

Ветер – это горизонтальное перемещение воздуха по отношению к земной поверхности из области высокого давления в область низкого. Причиной возникновения ветра является неравномерное нагревание земной поверхности, которое создает разность давлений, вызывая воздушный поток.

Он характеризуется скоростью (в м/с или км/ч) и направлением (в град).

1 м/сек – 3.6 км/ч. Чтобы перевести ветер из м/сек в км/ч необходимо м/сек умножить на 4 и из полученной величины вычесть десятую: 8 х 4 = 32; 32 – 3,2 = 28,8 км/ч. Направление ветра, принятое в метеорологии (откуда дует), отличается от навигационного (куда дует) на 180°. НВ= δм ± 180°- (± Δм) где:

НВ - навигационное направление ветра;

δм - метеорологическое направление ветра;

±Δм - магнитное склонение.

Сила, под действием которой перемещается воздух называется горизонтальным барическим градиентом G. G = Δp/ ΔH; G = (Δp х 111)/ ΔH, где Δp - разность давлений между соседними изобарами;

ΔH = расстояние между соседними изобарами;

111км – длина дуги меридиана в один градус.

Как только создается разность атмосферного давления в горизонтальном направлении, сейчас же возникает сила барического градиента, под действием которой частицы воздуха начинают перемещаться из области более высокого в область более низкого давления. Эта сила всегда направлена перпендикулярно к изобаре в сторону низкого давления. Чем гуще изобары, тем больше градиент давления. G ₁=(5 мб х 111) / 444 км=1.25 мб; G ₂ =(5 мб х 111) / 222 км=2,5 мб.

U=2,5 мб х 3 ≈7,5 м/сек. Общие запасы энергии ветра на Земле≈ в 5000 раз больше энергии угля, потребляемого во всем мире в течении года. Воздух у земли перемещается в направлении горизонтального барического градиента, но при движении частицы воздуха на нее действуют еще две силы:

1. F - сила трения, противоположная движению частицы;

2. K – сила, отклоняющего действия вращения Земли , направленная перпендикулярно движению и вправо в северном полушарии. В результате под действием этих сил ветер у земли дует не перпендикулярно к изобарам, а отклоняется от этого направления вправо на некоторый угол. С высотой сила трения ослабевает, и ветер дует под действием двух сил: - силы барического градиента и отклоняющей силы вращения земли (силы Кориолиса). В результате угол отклонения достигает 90° и ветер на высоте направлен параллельно изобарам, оставляя низкое давление с лева. Такой ветер называется геострофическим. Ветер, дующий по круговым изобарам – называется геоциклострофическим. Скорость и направление ветра зависит от высоты полета, широты места, времени года, суток, распределения давления. На Н=500м скорость ветра почти вдвое больше, чем у земли.

Максимальные ветры отмечаются в области струйных течений, скорость ветра в них превышает 100 км/ч. Ось струйного течения с максимальной скоростью ветра чаще всего располагается на 1000- 2000 м ниже тропопаузы. Толщина тропопаузы колеблется от нескольких сот метров до 1-2 км. В этом слое падение температуры с высотой замедляется.

Преобладающим направлением струйных течений является западное. Над РФ струйные течения чаще всего наблюдаются над Дальним Востоком, центральной частью европейской территории, Уралом, Западной Сибирью и Средней Азией. Скорость струйного течения вблизи оси достигает 300 км/ч.

Местные ветры - воздушные течения, возникающие и приобретающие типичные свойства под влиянием местных физико-географических и термических условий. Над территорией РФ наблюдаются следующие основные типы местных ветров.

Бризы - ветры с суточной периодичностью, возникающие по берегам морей и больших озер, а также на некоторых больших реках. Дневной (морской) бриз направлен с моря на сушу, ночной (береговой) - с суши на море. Морской бриз начинается с 10-11 часов утра и распространяется в глубь континента на 20-40 км. Его вертикальная мощность достигает в среднем 1000 м. Береговой бриз начинается после захода Солнца, распространяется в глубь моря на 8-10 км, достигая высоты около 250 м.

Горно-долинные ветры - местная циркуляция воздуха между горным хребтом и долиной с суточным периодом: днем - из долины вверх по нагретому, склону, ночью - со склонов горы в долину. Горно-долинные ветры наблюдаются во всех горных системах и особенно хорошо выражены в ясную погоду летом.

Бора - сильный холодный ветер, направленный с прибрежных невысоких гор (высотой до 1000 м) на море. Бора распространяется в глубь моря на несколько километров, а вдоль побережья – на несколько десятков километров. Вертикальная мощность потока составляет примерно 200 м. Новороссийская бора (норд-ост), наблюдающаяся в холодную половину года со скоростью 40- 60 м/с, вызывает понижение температуры до минус 20- 25° С. Разновидностью боры является сарма - ветер, дующий на западном берегу Байкала.

Фен - теплый сухой ветер, направленный с гор, часто сильный и порывистый. При фене на наветренной стороне хребта наблюдаются сложные метеорологические условия (облачность, осадки, плохая видимость), на подветренной стороне, наоборот,- сухая, малооблачная погода. Фены чаще всего наблюдаются в Закавказье, на Северном Кавказе и горах Средней Азии.

Афганец - жаркий и очень пыльный ветер южного и юго-западного направления. При афганце видимость на большой территории сильно ухудшается, затрудняя полеты самолетов и особенно их взлет и посадку. На юге Таджикской ССР и юго-востоке Туркменской ССР афганец наблюдается во все времена года.

Эквивалентный ветер. Для упрощения выполнения некоторых навигационных расчетов пользуются эквивалентным ветром. Эквивалентным ветром Wэ называется условный ветер, направление которого всегда совпадает с линией заданного пути ЛЗП, а его скорость в сумме с воздушной скоростью дает такую же путевую скорость, как и действительный ветер.

Эквивалентный ветер можно определить по специальной таблице, которая помещается в Руководстве по летной эксплуатации и пилотированию каждого типа самолета (вертолета). Приближенно эквивалентный ветер можно определить по формуле: Wэ = WcosУB.

Буря – ветер > 15 м/сек.

Шторм – U = 18-21 м/сек (9баллов по международной шкале ветров).

Сильный шторм - U = 22-25 м/сек (10 баллов).

Жестокий шторм- U = 26-29 м/сек (11баллов).

Ураган – U = > 30 м/сек.

При встречном ветре 70 км/ч ( ≈ 20 м/сек) L разбега самолета сокращается на 50%, а L пробега при ветре 20 км/ч ( ≈ 6 м/сек) сокращается на 20- 25%