Оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полёта по маршруту Воронеж-Пермь

Оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полёта по маршруту Воронеж-Пермь

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине "Авиационная метеорология"

на тему "Оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полёта по маршруту Воронеж-Пермь"

Введение

Задачей курсовой работы является приобретение мной навыков самостоятельной оценки влияния реального температурного режима атмосферы на полет современных самолетов.

В курсовой работе требуется оценить значимость многолетнего режима температуры на высотах над участками воздушной трассы, указанной в индивидуальном задании на курсовую работу, для обеспечения безопасности и повышения экономичности полетов, рассчитать возможные пределы изменения практического потолка и предельно допустимой высоты полета конкретного типа самолета, а также максимально допустимой скорости полета. воздушный трасса самолет полет

Полеты самолетов на больших высотах выгодны потому, что с высотой уменьшается расход топлива, а вместе с этим возрастает дальность и повышается экономичность полетов, улучшается маневренность, что позволяет успешно преодолевать зоны с грозовой деятельностью, сильной турбулентностью, обледенением.

Вместе с тем при полетах на больших высотах и наличии значительных вертикальных порывов воздуха (порядка 9-10 м/с) для сохранения продольной устойчивости самолета необходимо иметь определенный запас перегрузки. На больших высотах допустимые перегрузки определяются значением Су.св, при котором возникает тряска и возможность сваливания. Этим определяется необходимость ограничения максимальной высоты полета на столько, чтобы исключить возможность сваливания самолета. Поэтому, кроме понятий статического и практического потолка, сейчас для некоторых типов самолетов используют понятие предельно допустимой высоты полета, которую определяют с учетом полетного веса. Эту высоту, как и другие летно-технические характеристики самолетов, определяют исходя из условий стандартной атмосферы (СА).

В реальных условиях температура, плотность воздуха и атмосферное давление на высотах могут существенно отличаться от их значений в СА, что сказывается на характеристиках полета самолета. Особенно заметно может изменяться тяга двигателя, потолок и предельно допустимая высота. Если учесть, что высота полета задается по барометрическому высотомеру, то вдоль профиля полета атмосферное давление остается постоянным. В этом случае изменение плотности воздуха в полете происходит только за счет отклонения температуры от СА.

Поэтому в каждом реальном полете необходимо иметь данные температурно-ветрового зондирования, прогноза температуры воздуха на высотах или наблюдения за температурой непосредственно в полете для расчета изменения предельно допустимой высоты.

Практическое значение курсовой работы заключается в том, что я узнаю, как велико влияние температурного режима воздуха на одну из основных эксплуатационных характеристик самолета.

. Физико-географическая и авиационно-климатическая характеристика трассы.

Расстояние по маршруту 1270 километров (685 морских миль). Местность по всему участку трассы равнинная. Пролетаем над Восточно-Европейской равниной. Поэтому, разница в высотах над уровнем моря небольшая - 33м (Воронеж - 156м, Пермь - 123м).

2. Климатическая характеристика городов

Воронеж

Для погодного режима Воронежской области характерна неустойчивость. Зимой оттепели приводят к преждевременному снеготаянию. Последующие же морозы вызывают вымерзание озимых культур. В зимнее время в области господствуют ветра западных направлений. Также обычны вторжения умеренных и арктических воздушных масс Арктики и Западной Сибири. Тогда устанавливаются антициклоны с морозной и ясной погодой.

Для холодного времени года свойственны наибольшие скорости ветра (в феврале 3,9-6,3 м/c). Это связано с выравненностью поверхности снежным покровом.

Летом циркуляция неустойчивая. Юго-восточные ветры часто сменяются на северо-западные. Скорость ветра за год наименьшая в августе: 2,7-4 м/с.

Пермь

Для всей территории Пермского края характерен умеренный континентальный климат. Близость Камского водохранилища вызывает повышенную влажность. Климатические условия региона формируются под определяющим влиянием западного переноса воздушных масс. Значительное влияние на климатические условия Пермского края оказывают также особенности рельефа территории. За счет барьерного влияния Уральских гор на востоке и особенно на северо-востоке края среднегодовые температуры воздуха несколько ниже, чем на той же широте на западе территории, и выпадает значительно больше осадков.

Зимой на всей территории края преобладают ветра южного и юго-западного направлений. Средние скорости ветра на севере края намного выше, чем на юге. В южной половине края в антициклональную погоду часто отмечаются продолжительные периоды штилей и приземных инверсий температуры воздуха

В летний период в Пермском крае преобладают ветра северных направлений. Средняя скорость ветра в июле минимальна, в сравнении с другими месяцами года.

Для летнего периода характерны опасные погодные явления, связанные с конвективной неустойчивостью - грозы, сильные ливни, шквалы и град.

. Анализ многолетнего режима температуры воздуха

По исходным данным на бланке аэрологических диаграмм строим кривые распределения (кривые стратификации) средней, минимальной и максимальной температуры соответственно за тёплый и холодный период года. Взаиморасположение кривых стратификации и кривой распределения температуры с высотой в СА даёт возможность провести качественный анализ температурного режима. Если кривая стратификации расположена правее аналогичной кривой в СА, то воздух в реальной атмосфере теплее, чем в СА, и наоборот. Для определения количественных кривых стратификации необходимо снять значение средней, минимальной и максимальной температуры, а так же температуры в СА на высотах 1, 5, 10, 11, 11,4, 11,7, 12, 15км. Используя эти данные рассчитываем ∆tса=tф-tса.

Результаты расчетов оформлю в виде таблиц:

Таблица 1.

Высота,км	Воронеж, июнь
	tср	tmin	tmax	tсa	∆tср	∆tmin	∆tmax
1	14,4	-1	14,5	11	3,4	-12	3,5
5	-11	-24,2	-2,5	-18	7	-6,2	15,5
10	-36,5	-52,5	-31	-50	13,5	-2,5	19
11	-40,5	-55,5	-35	-56	15,5	0,5	21
11,4	-42	-56,2	-36,5	-56	14	-0,2	19,5
11,7	-43,4	-58	-38	-56	12,6	-2	18
12	-43,7	-58,2	-38	-56	12,3	-2,2	18
15	-45,5	-59,6	-45,5	-56	10,5	-3,6	10,5

Таблица 2.

Высота,км	Воронеж, декабрь
	tср	tmin	tmax	tсa	∆tср	∆tmin	∆tmax
1	-8,7	-28	5	11	-19,7	-39	-6
5	-25,3	-44	-12,5	-18	-7,3	-26	5,5
10	-55,5	-66	-31	-50	-5,5	-16	19
11	-57,1	-69	-40	-56	-1,1	-13	16
11,4	-57,8	-69,6	-42	-56	-1,8	-13,6	14
11,7	-58,5	-71	-46	-56	-2,5	-15	10
12	-58,5	-71	-46	-56	-2,5	-15	10
15	-	-	-	-56	-	-	-

Таблица 3.

Высота,км	Пермь, июнь
	tср	tmin	tmax	tсa	∆tср	∆tmin	∆tmax
1	14,4	-1	26	11	3,4	-12	15
5	-11	-26	-1,8	-18	7	-8	16,2
10	-38,5	-55,5	-31	-50	11,5	-5,5	19
11	-45	-64	-35,2	-56	11	-8	20,8
11,4	-47	-66	-36,5	-56	9	-10	19,5
11,7	-49,4	-69	-38	-56	6,6	-13	18
12	-49,5	-68,5	-38	-56	6,5	-12,5	18
15	-47	-63	-39	-56	9	-7	17

Таблица 4.

Высота,км	Пермь, декабрь
	tср	tmin	tmax	tсa	∆tср	∆tmin	∆tmax
1	-8,7	-30	1	11	-19,7	-41	-10
5	-25,5	-45	-14	-18	-7,5	-27	4
10	-55,5	-67	-39	-50	-5,5	-17	11
11	-57,3	-70	-43,5	-56	-1,3	-14	12,5
11,4	-57,8	-71	-44,5	-56	-1,8	-15	11,5
11,7	-58,3	-72	-47	-56	-2,3	-16	9
12	-58,3	-72	-47	-56	-2,3	-16	9
15	-	-	-	-56	-	-	-

Вывод: Из таблиц видно, что с высотой температура падает. Соответственно более экономичным будет полёт на верхних эшелонах.

. Влияние многолетнего режима температуры воздуха на полёт ВС

Предельная высота самолётов всегда зависит от атмосферных условий. При полётах на высотах, близких к "потолку", ухудшается управляемость и устойчивость самолёта. Если самолёт в данных условиях попадёт в область сильных восходящих потоков воздуха и температуры выше, чем в СА, то угол атаки на крыле может стать закритическим, что может привести к сваливанию, плоскому штопору и помпажу двигателя. Именно поэтому правильная оценка "потолка" самолёта необходима для обеспечения безопасности полёта. Для каждого воздушного судна устанавливается своя предельно допустимая высота полёта, которая обычно на 1-2 км меньше высоты практического потолка.

Изменение барометрической высоты полёта от температуры можно рассчитать по формуле:

∆Нпр.доп=-К*∆t

К- эмпирический коэффициент, показывающий на сколько изменится предельно-допустимая высота полёта при отклонении температуры от СА на 1° С. Для турбореактивных самолётов К=50м/1° ∆t.

∆t- отклонение температуры от СА на соответствующем уровне.

Для практического учёта изменений расчёт проводят в фактическом состоянии атмосферы. Барометрическую и абсолютную высоту полёта можно определить с помощью аэрологической диаграммы. При графическом расчёте на аэрологической диаграмме строится вспомогательная номограмма. Для этой цели из РЛЭ самолёта выписывают значения предельно-допустимой высоты полёта в зависимости от полётного веса. И далее по этим данным на кривой распределения температуры с высотой в СА отмечают предельно-допустимые высоты для каждого полётного веса. В данной курсовой работе я выбрал самолет ТУ-154М.

Результаты расчетов занесу в таблицы:

Таблица 5.

Полётный вес, Т	Нnр.доп.м	Воронеж, июнь
		∆tmin °С	∆Нnр.доп.м	∆tср °С	∆Нnр.доп.м	∆tmax °С	∆Нnр.доп.м
86	11000	0,5	-25	15,5	-775	21	-1050	11400	-0,2	10	14	-700	19,5	-975
74	11700	-2	100	12,6	-630	18	-900
≤70	12000	-2,2	110	12,3	-615	18	-900

Таблица 6.

Полётный вес, Т	Нnр.доп.м	Воронеж, декабрь
		∆tmin °С	∆Нnр.доп.м	∆tср °С	∆Нnр.доп.м	∆tmax °С	∆Нnр.доп.м
86	11000	-13	650	-1,1	55	16	-800
80	11400	-13,6	680	-1,8	90	14	-700
74	11700	-15	750	-2,5	125	10	-500
≤70	12000	-15	750	-2,5	125	10	-500

Таблица 7.

Полётный вес, Т	Нnр.доп.м	Пермь, июнь
		∆tmin °С	∆Нnр.доп.м	∆tср °С	∆Нnр.доп.м	∆tmax °С	∆Нnр.доп.м
86	11000	-8	400	11	-550	20,8	-1040
80	11400	-10	500	9	-450	19,5	-975
74	11700	-13	650	6,6	-330	18	-900
≤70	12000	-12,5	625	6,5	-325	18	-900

Таблица 8.

Полётный вес, Т	Нnр.доп.м	Пермь, декабрь
		∆tmin °С	∆Нnр.доп.м	∆tср °С	∆Нnр.доп.м	∆tmax °С	∆Нnр.доп.м
86	11000	-14	700	-1,3	65	12,5	-625
80	11400	-15	750	-1,8	90	11,5	-575
74	11700	-16	800	-2,3	115	9	-450
≤70	12000	-16	800	-2,3	115	9	-450

Вывод: Потолок самолета существенно зависит от массы самолета, температуры, давления воздуха и от отклонения фактической температуры от температуры в стандартной атмосфере. В таблицах представлено изменение предельно допустимой высоты полета из-за отклонений температуры. Расчеты проведены для каждого полетного веса выбранного типа самолета.

. Оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельно-допустимую скорость

Для следующего расчёта мне необходимы данные по ВС ТУ-154м, которые я получаю из РЛЭ ВС ТУ-154м, а именно значения числа Мmax(доп) на предельно-допустимой высоте полёта для спокойной и турбулентной атмосферы. Для спокойной атмосферы число М=0.85, для турбулентной число М=0.80.

Данные расчёты выполняются исходя из соотношения:

Мmax(доп)= Vmax(доп)/a

Откуда Vmax(доп)= Ммах(доп)* а

Где Ммах(доп)-максимально допустимое число Маха, а - скорость звука, с достаточной степенью точности равная 20,1√Т.

При расчёте Vmax(доп) берут значения средней, минимальной, максимальной температур в градусах Кельвина.

Таблица 9. Результаты расчётов Vmax(доп) для ВС ТУ-154м:

Воронеж, Июнь

Воронеж, июнь
вес	tср	tmin	tmax	Спокойная атмосфера			Турбулентная атмосфера
				Vмд(ср)	Vмд(min)	Vмд(max)	Vмд(ср)	Vмд(min)	Vмд(max)
86	-40,5	-55,5	-35	261	252	264	245	237	248
80	-42	-56,2	-36,5	260	252	263	244	237	247
74	-43,4	-58	-38	259	251	262	244	236	247
≤70	-43,7	-58,2	-38	259	250	262	243	236	247

Таблица 10.

Воронеж, Декабрь

Воронеж, декабрь
вес	tср	tmin	tmax	Спокойная атмосфера			Турбулентная атмосфера
				Vмд(ср)	Vмд(min)	Vмд(max)	Vмд(ср)	Vмд(min)	Vмд(max)
86	-57,1	-69	-40	251	244	261	236	230	245
80	-57,8	-69,6	-42	251	244	260	236	229	244
74	-58,5	-71	-46	250	243	257	236	229	242
≤70	-58,5	-71	-46	250	243	257	236	229	242

Таблица 11.

Пермь, Июнь

Пермь, июнь
вес	tср	tmin	tmax	Спокойная атмосфера			Турбулентная атмосфера
				Vмд(ср)	Vмд(min)	Vмд(max)	Vмд(ср)	Vмд(min)	Vмд(max)
86	-45	-64	-35,2	258	247	263	243	232	248
80	-47	-66	-36,5	257	246	263	242	231	247
74	-49,4	-69	-38	255	244	262	240	230	247
≤70	-49,5	-68,5	-38	255	244	262	240	230	247

Таблица 12.

Пермь, Декабрь

Пермь, декабрь
вес	tср	tmin	tmax	Спокойная атмосфера			Турбулентная атмосфера
				Vмд(ср)	Vмд(min)	Vмд(max)	Vмд(ср)	Vмд(min)	Vмд(max)
86	-57,3	-70	-43,5	251	243	259	236	229	244
80	-57,8	-44,5	251	243	258	236	229	243
74	-58,3	-72	-47	250	242	257	236	228	242
≤70	-58,3	-72	-47	250	242	257	236	228	242

Вывод: Из таблиц видно, что отклоноение температуры от стандартной значительно влияет на скорость полёта самолёта. По данным видно, что чем меньше температура на высоте, тем меньше скорость самолёта как в спокойной, так и в турбулентной атмосфере.

Заключение

В данной курсовой работе были проанализированы и приведены данные по маршруту Воронеж - Пермь. Проделана оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полета. С помощью этих данных можно дать практические рекомендации по выполнению более эффективного и безопасного полета по заданному маршруту, такие как:

предельно допустимую скорость следует выдерживать менее 240м/с (864км/ч) в Июне и менее 236м/с (850км/ч) в Декабре;

в целях безопасности рекомендуется занимать эшелон: в Июне и в Декабре 9950м.

Рассмотрев значения предельно допустимой высоты полёта, можно сказать, что она очень сильно зависит от температурного режима, точно так же как и максимально допустимая скорость полёта.

Список использованной литературы

1.      Белоусова Л. Ю., Афанасьева Ю. С., Соколова Н. В. Методические указания к изучению дисциплины и выполнению курсовой работы, 2012.

.        Белоусова Л. Ю., Дробышевский С. В., Соколова Н. В. Методические указания к выполнению лабораторных работ по авиационной метеорологии. СПб., АГА, 2009.

.        Самолёт Ту-154. Руководство по летной эксплуатации.-М: РИО МГФ, 1975.

.        Богаткин О. Г. Авиационная метеорология.: учебник для вузов. - СПб.: РГГМУ, 2005

.        Атлас мира.

.        Аэроклиматический справочник.

.        Электронные ресурсы: расчет расстояния между городами и прокладка маршрута.