Условия полетов в облаках разных форм

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 6Следующая ⇒

Метеорологические условия полетов в облаках различных видов и форм определяются такими характеристиками облаков, как пространственная структура (высота верхней и нижней границ, вертикальная и горизонтальная протяженность, расслоенность, толщина облачных слоев и безоблачных прослоек), микрофизическая структура, температурный режим, дальность видимости в облаках, интенсивность турбулентности, электрические свойства облаков (Зверев, 1977). Все эти характеристики определяются физическими процессами формирования облаков.

Условия полетов в волнистообразных облаках: волнистообразных облака встречаются в полетах наиболее часто. К ним относятся: в нижнем ярусе – слоистые и слоисто-кучевые облака, в среднем – высоко-кучевые, в верхнем – перистые и некоторые виды перисто-кучевых облаков.

Слоистые облака чаще всего формируются в подинверсионном слое, когда воздух в нем достигает насыщения. Нижняя граница облаков, как правило, находится на высотах 100 – 300 м, но может опускаться до 50 м, а в отдельных случаях и до земли. Облака могут быть капельножидкими, ледяными или кристаллическими. Радиус капель в большинстве случаев от 1 – 2 до 20 – 22 мкм (с преобладающим радиусом 4 – 6 мкм). Наиболее вероятные значения водности при повышении температуры от –15 до 10 °С увеличиваются от 0, 06 до 0, 30 г/м При положительных температурах водность облаков чаще всего составляет 0, 21 – 0, 60 г/м. Чем больше водность переохлажденных облаков, тем интенсивнее возможное обледенение самолетов при прочих равных условиях. В соответствии с распределением водности обледенение наиболее интенсивно в средней и верхней частях переохлажденного облака. Согласно инструментальным измерениям, выполненным в Арктике Г.М. Забродским и В.Г. Морачевским, повторяемость дальности видимости до 100 м составляет 11 %, от 101 до 300 м – 71 %. от 301 до 500 м – 17 %. более 500 м – 1 %. В средних широтах слоистые облака более плотные и видимость в них хуже.

Турбулентность в облаках обычно слабая, и полет в них в основном совершается без существенной болтанки.

Слоисто-кучевые облака могут быть просвечивающими и плотными. Высота нижней границы просвечивающих облаков обычно 600 – 1000 м, толщина 100 – 300 м. Просвечивающие облака могут состоять из нескольких слоев. Высота нижней границы плотных облаков чаще всего 300—600 м, толщина 600 – 1000 м и более (Зверев, 1977). В зонах атмосферных фронтов облака обычно расслоены. Наиболее вероятные значения водности при повышении температуры от – 15 до 10 °С возрастают от 0, 06 до 0, 20 г/м. При положительных температурах наиболее часто наблюдается водность 0, 11 – 0, 40 t/m^j. В холодное полугодие облака в основном переохлажденные. При непродолжительном полете в облаках наблюдается слабое обледенение, при длительном – умеренное. Дальность видимости в облаках в Арктике обычно равна 100 – 300 м. Повторяемость такой видимости 72 %. В средних широтах видимость в облаках заметно хуже: в просвечивающих облаках она в среднем 70 – 80 м, в плотных 35 – 45 м. Турбулентность в слоисто-кучевых облаках более значительная, чем в слоистых, и полет в них сопровождается слабой или умеренной болтанкой.

Высоко-кучевые облака образуются под инверсиями или над ними. Высота их верхней и нижней границ имеет некоторый годовой ход с максимумом летом и минимумом зимой. Средняя высота нижней границы равна примерно 3 км. Толщина облаков около 300 метров. Облака, в основном, капельно-жидкие, преобладают капли радиусом 5 мкм. Водность облаков колеблется от 0, 005 до 0, 23 г/м. Турбулентность в облаках слабая или умеренная, такой же соответственно бывает и болтанка. Лишь в высоко-кучевых облаках некоторых видов, формирующихся в зонах струйных течений, где турбулентность значительна, может наблюдаться не только умеренная, но и сильная болтанка. Облака почти всегда переохлажденные, поэтому при длительном полете в них бывает обледенение. Дальность видимости в облаках чаще всего 80-100 м.

Перистые облака образуются преимущественно в результате волновых движений под задерживающими слоями верхней тропосферы и под тропопаузой, а также вследствие турбулентного перемешивания. Они являются наиболее высокими облаками тропосферы. Максимальная высота их нижней границы около 11 км, а в приэкваториальных широтах 17 – 20 км. Толщина облаков изменяется от нескольких сотен метров до нескольких километров. Примерно в 50 % случаев она равна около 1 км. Облака кристаллические, водность их составляет сотые и тысячные доли г/м³ Повторяемость дальности видимости до 500 м равна 23 %. от 500 до 2000 м – 75 %, более 2000 м – 2 %. Полеты в облаках существенно не осложняются, обледенения в них почти не бывает. Болтанка либо слабая, либо отсутствует, но в перистых облаках струйных течений может быть умеренной и даже сильной. Из-за трения кристаллов льда о самолет при длительном полете в облаках возникает электризация самолета, создающая радиопомехи.

Условия полетов в слоистообразных облаках: слоисто-дождевые облака – типичные фронтальные облака (Зверев, 1977). Высота их нижней границы и вертикальная протяженность зависят от расстояния до приземной линии фронта. Вблизи линии фронта высота облаков минимальная вместе с разорванными облаками 100 – 200 м, а иногда и ниже. Толщина облаков изменяется от нескольких сотен метров до нескольких километров. По своему микрофизическому строению облака смешанные. В верхней части они состоят из ледяных кристаллов и мелких переохлажденных капель, в средней и нижней частях - из более крупных капель и кристаллов. В облаках имеются дождевые капли и снежинки. Водность изменяется от 0, 6 до 1, 3 г/м³. В теплое время года на высотах, где температура ниже 0°С. в облаках может быть обледенение, часто очень интенсивное. В зимнее время сильное обледенение в облаках возможно на всех высотах. Особенно опасен полет в зоне переохлажденного дождя, наблюдающегося в переходные сезоны. Во все сезоны года при полете в облаках возможно образование значительных электростатических зарядов на воздушных судах.

Высоко-слоистые облака. Высота нижней границы облаков характеризуется годовым ходом с минимумом зимой и максимумом летом. В умеренных широтах высота облаков зимой в среднем составляет 2, 6 км, весной 2, 8 км, летом 3, 4 км, осенью 3, 0 км. Толщина облаков летом равна 0.6 км, зимой 1, 1 км, осенью и весной около 0, 9 км. Иногда облака бывают многослойными. Фронтальные высоко-слоистые облака обычно смешанные, а внутримассовые – большей частью кристаллические. Водность облаков в среднем равна 0.17 г/м³. При полете в облаках наблюдается обледенение (обычно в виде белого мелкозернистого льда или изморози). Видимость в облаках от нескольких десятков до нескольких сотен метров. В облаках нередко возникают заряды статического электричества.

Перисто-слоистые облака чаще всего фронтальные. Обычно они представляют собой самостоятельный облачный слой во фронтальной облачной системе, не смыкающийся с верхней границей высоко-слоистые и слоисто-дождевых облаков. На отдельных участках фронта перисто-слоистые облака могут чередоваться с перистыми. Толщина облаков изменяется от нескольких сотен метров до нескольких километров. Наиболее мощные перисто-слоистые облака наблюдаются в средних широтах, в районах активной циклонической деятельности, особенно в Западной Европе, в западной и северной частях ETC и в Приморье. В Закавказье и Средней Азии, где преобладает сухой воздух, облака, бывают более тонкими. В Арктике высота облаков и их вертикальная протяженность меньше, чем в средних широтах. Облака Cs кристаллические. Водность их составляет сотые и тысячные доли г/м³. Плотные перисто-слоистые облака имеют несколько большую водность. Обледенение в облаках может быть только при больших скоростях полета. Турбулентность в облаках обычно невелика, и полет преимущественно проходит без болтанки. Однако в плотных облаках струйных течений может быть слабая или умеренная болтанка. В целом в перисто-слоистых облаках повторяемость болтанки может достигать 73 %. Дальность видимости до 500 м наблюдается в 37 % случаев, от 500 до 2000 м – 56 %, более 2000 м – в 7 % случаев. При полете в облаках на одной и той же высоте возможны значительные колебания дальности видимости вследствие очагового характера и неодинаковой плотности облаков. В плотных облаках нередко возникает электризация самолета. Чем больше размеры самолета, скорость его полета и значительнее концентрация кристаллов в облаках, тем больше величина электростатического заряда и сильнее помехи для работы радиосредств и радиополукомпаса.

Условия полетов в облаках вертикального развития: кучевые облака имеют высоту нижней границы обычно от 600 до 1200 м и вертикальную протяженность в несколько сотен метров (Зверев, 1977). Облака капельно-жидкие, радиус капель от 1 до 20 мкм, водность 0, 11 – 0, 38 г/м. Обледенения в облаках, как правило, не бывает, но оно может быть в переходные сезоны года, когда облака содержат переохлажденные капли. Полет в облаках осложняется плохой видимостью, которая составляет 35 – 45 м, и турбулентностью, вызывающей болтанку самолета. Чем больше вертикальная протяженность облаков, тем интенсивнее болтанка. При полетах над кучевыми облаками серьезных осложнений не возникает. Фактический путь самолета можно контролировать визуальной ориентировкой и навигационными определениями с помощью оптического визира. Таким образом, кучевые облака существенно не затрудняют самолетовождение и пилотирование.

Мощные кучевые облака. Высота нижней границы облаков чаще всего 600 – 1200 м. Вертикальная протяженность весьма значительная – 3 – 4 км. А нередко и больше, горизонтальная протяженность от нескольких километров до 10 км и более. Облака капельно-жидкие, водность их на высоте около 500 м над основанием облака составляет 0, 32 г/м, на высоте 1000 – 1200 м от нижней границы она увеличивается в среднем до 1, 65 г/м³. При отрицательной температуре в облаках возникает умеренное и сильное обледенение. Большие осложнения для полетов создает интенсивная турбулентность и плохая видимость в облаках. Внутри облаков наблюдаются восходящие и нисходящие потоки со скоростями, достигающими 10 – 15 м/с, а иногда и больше. Возникающие при болтанке перегрузки самолетов могут оказаться выше допустимых, поэтому преднамеренно заходить в облака запрещается.

Кучево-дождевые облака. Наиболее опасные условия для полетов наблюдаются в кучево-дождевых облаках. Высота верхней и нижней границ облаков над ETC имеет четко выраженный годовой ход с наибольшими величинами высоты нижней границы летом (1, 3 км) и наименьшими зимой (0, 8 км) (Зверев, 1977). Весной, осенью и особенно летом наблюдается увеличение высоты нижней границы в направлении с севера на юг. Вершины наиболее развитых облаков могут достигать тропопаузы, а в отдельных случаях даже пробивать ее.

Горизонтальная протяженность кучево-дождевых облаков колеблется от нескольких километров до нескольких десятков километров. В 72 – 73 % случаев горизонтальная протяженность кучево-дождевых облаков достигает 40 км, в 10 – 12 % она больше 60 км.

В кучево-дождевых облаках наблюдается сильная турбулентность в виде чередующихся восходящих и нисходящих струй. Скорость их может достигать 30 м/с и более. В передней части облака под его основанием движется «крутящийся вал», имеющий горизонтальную ось вращения. Такой крутящийся вал является предвестником шквала, особенно опасного для полета. Он известен еще под названием «шкваловый воротник». Вследствие сильной турбулентности, создающей перегрузки, угрожающие прочности самолетов, а также из-за возможности сильного обледенения и поражения молнией полеты в кучево-дождевых облаках запрещаются.

Условия полетов в облачных системах атмосферных фронтов: фронтальные облачные системы характеризуются значительной вертикальной и горизонтальной протяженностью. В теплое время года, они часто имеют грозовые очаги, зоны сильной турбулентности и обледенения, а в приземных слоях нередко образуются туманы и низкая облачность. Поэтому во фронтальных зонах создаются наиболее сложные метеорологические условия для полетов. Посадка самолетов также наиболее сложна в зонах атмосферных фронтов. Условия полетов в значительной мере определяются формой облаков и особенностями их строения.

Обледенение воздушных судов

Обледенение представляет собой отложение льда в полете на различных частях самолета. Это увеличивает вес самолета, что особенно опасно при его максимальной загрузке. Кроме того, лед искажает показания ряда приборов, выводит из строя системы и двигатели. Отлагаясь на винте, лед вызывает потерю тяги и вибрацию винта. Осаждаясь на стойках антенн, лед ломает их и нарушает связь самолета с землей. Покрытые льдом стекла кабины сильно затрудняют заход на посадку и производство самой посадки. Однако главная опасность обледенения заключается в том, что оно нарушает обтекание крыла самолета, а это приводит к преждевременному срыву потока, потере крылом подъемной силы. Самолет теряет свои аэродинамические качества. В случае образования льда на передней кромке крыла или его поверхности энергия пограничного слоя затрачивается на преодоление повышенных сопротивлений от образовавшихся неровностей и поэтому ее не хватает на преодоление противодавлений за крылом. Следствием этого является утолщение пограничного слоя, и преждевременный срыв его, что приводит к уменьшению критического угла атаки крыла. Скорость полета обледеневшего самолета уменьшается у Ил-14 на 18 %, у Ил-18 на 25 %. При обледенении реактивных двигателей отложение льда происходит на поверхности входного канала и непосредственно на входе в компрессор двигателя. Это приводит к уменьшению расхода воздуха вследствие уменьшения проходного сечения и изменения условий обтекания поверхностей во входном канале двигателя, следовательно, к понижению коэффициента полезного действия компрессора, появлению неустойчивого режима его работы. Обледенение входных устройств двигателя вызывает увеличение расхода топлива для поддержания соответствующего числа оборотов ротора компрессора, уменьшение тяги двигателя, а иногда и остановку его. Лед, попавший в компрессор, может также разрушить двигатель. У поршневых двигателей может произойти обледенение всасывающей системы карбюратора. Обледенение карбюратора может наблюдаться в облаках и вне их при большой влажности воздуха. Этот вид обледенения возможен при температуре наружного воздуха значительно выше 0 °С (при температуре до +15°С, а иногда и выше), так как в результате расширения поступающего в карбюратор воздуха и испарения топлива понижение температуры во всасывающей системе может быть на 18 – 20 °С. Общие условия и причины обледенения

Обледенение возможно при температурах от +2 до – 50 °С в облаках, тумане или осадках. Как показывает статистика, наибольшее количество случаев обледенения самолетов происходит при температурах от 0 до – 20 °С и в особенности от 0 до -10 °С. Обледенение скоростных самолетов может наблюдаться при температурах более низких. Обледенение же газотурбинных двигателей может быть и при положительных температурах – от 0 до + 5 °С, а иногда и выше.

Обледенение самолета бывает вследствие двух причин. Первой и основной причиной обледенения является замерзание переохлажденных капель, сталкивающихся с поверхностью самолета. Облачные капли обычно находятся во взвешенном состоянии, и столкновение с ними будут испытывать лишь передние части самолета, обращенные к набегающему потоку. Вследствие этого образование льда происходит главным образом на лобовых частях самолета и лопастях винтов. На остальной поверхности отложение льда бывает сравнительно редко и главным образом в условиях переохлажденного дождя. Второй причиной является непосредственное отложение ледяных кристаллов (сублимация) на поверхности самолета. Этот вид обледенения наблюдается, когда температура поверхности самолета оказывается значительно ниже температуры окружающего воздуха. Такое положение может быть, например, при быстром снижении самолета из более холодных верхних слоев атмосферы в более теплые нижние слои или при входе в слой инверсии. В этом случае на самолете образуется слабый инееобразный налет льда, который через некоторое время исчезает, когда температура самолета сравняется с температурой окружающего воздуха. Отложение инея на самолете может быть при полетах и в безоблачном, но насыщенном водяными парами воздухе. При обледенении газотурбинных двигателей главной причиной является первая. Однако иногда во входном канале двигателя температура может понижаться на 8 – 10 °С при полете вис облаков за счет расширения поступающего туда воздуха.Такое явление может наблюдаться при скорости самолета менее 450 км/ч, но при высоких оборотах двигателя, например на взлете. В этом случае вместо поджатия воздуха на входе происходит его засасывание и расширение. Обледенение самолетов и вертолетов может происходить и на открытых стоянках. В этом случае отложение льда может быть значительным, несимметричным и наблюдаться на любых частях.

Виды отлагающегося льда: прозрачный, или стекловидный, лед образуется при полете в зоне переохлажденного дождя, мороси, под облачностью или в облаках, состоящих из крупных переохлажденных капель. Прозрачный лед незначительно искажает профиль несущих поверхностей самолета и не является опасным, если его толщина не слишком велика. В то же время прозрачный лед бывает, опасен в зоне переохлажденного дождя, когда льдообразование может проходить очень быстро, в результате чего лед становится шероховатым и очень сильно искажает аэродинамику обтекания крыла. Отложения прозрачного льда могут быть при температуре от 0 до -10 °С, но более часто при температуре от 0 до -5 °С.

Матовый, или смешанный, лед наблюдается наиболее часто, его иногда называют фарфоровым, непрозрачным или малопрозрачным. Он имеет шероховатую поверхность, быстро и неравномерно оседает на выступающих, а иногда и других частях самолета (головки заклепок, болтов, антенны и т. п.). Этот вид льда искажает обтекаемую форму самолета и очень крепко держится на его поверхности. Значительно ухудшая летные качества самолета, матовый лед относится к наиболее опасному виду обледенения.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 Следующая ⇒