Оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полёта по маршруту Екатеринбург-Дудинка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА НА ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМУЮ ВЫСОТУ И МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМУЮ СКОРОСТЬ ПОЛЁТА ПО МАРШРУТУ ЕКАТЕРИНБУРГ-ДУДИНКА

Введение

Задачи, которые будут выполнены в курсовой работе:

Физико-географический анализ района полета;

Характеристика и графический анализ аэроклиматических данных путем построения кривых распределения (стратификации) средней, максимальной и минимальной температуры по высотам за тёплый и холодный периоды года и выполнение качественного анализа температурного режима района полета;

Количественный анализ данных по отклонению температуры реальной атмосферы от стандартной, оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельно допустимую высоту полета самолета Ил-62;

Построение вспомогательной номограммы и выполнение анализа по предельно-допустимой высоте полета в зависимости от полетного веса самолета Ил-62;

Построение зависимости полётного веса и предельно допустимой высоты полёта;

Анализ влияния температурного режима на уровне предельно допустимой высоты на максимально допустимую истинную скорость полета самолета Ил-62 за каждый месяц пунктов вылета и назначения;

Конечная цель этой курсовой работы - это выполнение анализа по особенностям температурного режима по заданному маршруту полета и практические рекомендации при выборе безопасного эшелона полета и максимально допустимой скорости полета по заданной трассе.

1. Маршрут полета: Екатеринбург-Дудинка

Физико-географическое описание района полета

Екатеринбург

Екатеринбург находится в зоне умеренно-континентального климата с характерной резкой изменчивостью погодных условий, хорошо выраженными сезонами года. Уральские горы, несмотря на их незначительную высоту, преграждают путь массам воздуха, поступающим с запада, из европейской части России. В результате Средний Урал оказывается открытым для вторжения холодного арктического воздуха и сильно выхоложенного континентального воздуха Западно-Сибирской равнины; в то же время с юга сюда могут беспрепятственно проникать тёплые воздушные массы Прикаспия и пустынь Средней Азии. Поэтому для Екатеринбурга и характерны резкие колебания температур и формирование погодных аномалий: зимой -- от суровых морозов до оттепелей и дождей, летом -- от жары выше +35 °C до заморозков. Снежный покров умеренный, достигает своей максимальной высоты в феврале -- 42 см, однако абсолютный максимум высоты снежного покрова принадлежит марту (81 см).

Средняя температура воздуха в Екатеринбурге, по данным многолетних наблюдений, составляет +3 °C. Самый холодный месяц в городе -- январь со средней температурой ?12,6 °C. Самый тёплый месяц -- июль, его среднесуточная температура +19 °C. Самая высокая температура, отмеченная в Екатеринбурге за весь период наблюдений, +38,8 °C (1 июля 1911 года), а самая низкая ?46,7 °C (31 декабря 1978 года). Погода с устойчивой положительной температурой устанавливается, в среднем, в конце марта--начале апреля, а с устойчивой средней температурой ниже нуля -- в конце октября--начале ноября.За всю историю наблюдений в Екатеринбурге было 15 зим без оттепелей и 5 зим с 1 оттепелью.

Осадки, относительная влажность воздуха и облачность

Среднегодовая сумма осадков в Екатеринбурге -- около 537 мм. Влажность воздуха за год составляет около 71 %, от 57 % в мае до 79 % в декабре--январе.

Большая часть атмосферных осадков выпадает летом, максимум их приходится на июль, а минимум -- на март. В течение года среднее количество дней с осадками -- около 230 (от 14 дней в мае до 24 дней в декабре). Самым дождливым месяцем был сентябрь 1987 года, когда выпало 229 мм осадков (при норме 55 мм). Самым засушливым месяцем был апрель 1904 года, когда в Екатеринбурге не наблюдалось осадков вообще.

Дудинка

Город Дудинка относится к районам Крайнего Севера. Климат Дудинки суровый субарктический. Среднегодовая температура составляет ?9.4 °C. Зима долгая и суровая, морозы могут достигать ?50 °C и более. Зимой оттепели исключены. Всего четыре месяца в Дудинке наблюдается положительная средняя температура. Лето короткое и прохладное, хотя в отдельные годы возможны температуры 30 °C и более.

2. Количественный анализ отклонения температуры воздуха от СА

Характеристика исходных аэроклиматических данных:

Наименование аэрологического пункта: Екатеринбург

Наименование аэрологического пункта: Дудинка

По исходным данным на бланке аэрологических диаграмм строим кривые распределения (кривые стратификации) средней, минимальной и максимальной температуры соответственно за теплый и холодный период года. Взаиморасположение кривых стратификации и кривой распределения температуры с высотой в СА дает возможность провести качественный анализ температурного режима. Если кривая стратификации расположена правее аналогичной кривой в СА, следовательно, воздух в реальной атмосфере теплее, чем в СА и наоборот.

Для определения количественных характеристик отклонений температуры реальной атмосферы от стандартной снимаем значение с кривых стратификации средней, минимальной и максимальной температуры, а также температуры СА на высотах 1, 5, 10, 15 км. Используем эти данные для того, чтобы рассчитать ?t: отклонения реальной температуры t_ф от стандартной t_са на указанных высотах по формуле:

?t = t_ф - t_са

Таблица расчетов отклонения реальной температуры от температуры СА на определенных высотах.

Таблица 1.

Таблица 2.

Таблица 3.

Таблица 4.

Проанализировав данные нанесенные на аэрологическую диаграмму и данные полученные в таблицах 1-4 можно сделать выводы, что:

В марте в Дудинке средняя температура ниже СА на 27єС на высоте 1км. По мере возрастания высоты разница фактической температуры и СА уменьшается. На высоте 15км температура становиться на 12 єС теплее СА.

В сентябре в Дудинке средняя температура ниже СА на 8,5єС на высоте 1км. По мере возрастания высоты разница фактической температуры и СА уменьшается. На высоте 15км температура становиться на 8,5 єС теплее СА.

В Екатеринбурге в марте температура на высоте 1км в среднем на 14,5 єС ниже стандартной. Разница между фактической температурой и СА сокращается по мере набора высоты.

В Екатеринбурге в сентябре практически совпадает со стандартной во всём диапазоне высот.

В среднем, при полете по маршруту Екатеринбург-Дудинка в марте будет наблюдаться понижение температуры:

от -3С ниже СА до -4,5С ниже СА на высоте 10км;

и повышение температуры:

от +2,5С выше СА до +12С выше СА на высоте 15км;

При полете по маршруту Екатеринбург в сентябре будет наблюдаться следующий характер температуры:

от +3С выше СА до +1,5С выше СА на высоте 10км;

от +6,5С выше СА до +8,5С выше СА на высоте 15км;

3. Количественная оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на потолок самолета

В данной главе произведём оценку влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельную допустимую высоту полета ВС, а также на предельно допустимую истинную скорость ВС.

Предельно допустимая высота полета самолета зависит от многих факторов, в т.ч. и от атмосферных условий. При полетах на высотах, близких к потолку, ухудшается устойчивость и управляемость самолетов. Полет на таких высотах выполняется с большим, чем обычно, углом атаки. В случае попадания самолета в область сильных восходящих потоков воздуха и положительных отклонений температуры от СА, возможен выход на закритический угол атаки, и как следствие возможна потеря устойчивости, срыв воздушного потока, помпаж и остановка двигателей.

Правильная оценка и анализ фактической температуры необходим для обеспечения безопасности полета на высотах близких к практическому потолку.

В гражданской авиации для обеспечения безопасности полета устанавливается предельно допустимая высота полета Н_п.д. Она на 1 - 2 км меньше практического потолка.

Изменение потолка (барометрической высоты полета) можно рассчитать по следующей приближенной формуле:

?Н_п.д.= - k*(t_ф-t_ca) = -k*?t_ca

Где:k - эмпирический коэффициент (для большинства реактивных самолетов равный приблизительно 50 м/1°?t), показывающий, на сколько метров изменится потолок самолета, если стандартная температура воздуха изменится на 1?С;

t_ф и t_ст - соответственно фактическая и стандартная температуры воздуха.

Для практического учета изменения потолка ВС и предельных высот полета необходима информация о фактическом состоянии атмосферы. Потолок ВС меняется аналогично изменению высот изобарических поверхностей. Барометрическую и абсолютную высоту полета можно определить с помощью аэрологической диаграммы, содержащей конкретные температуры зондирования атмосферы.

При графическом расчете на аэрологической диаграмме строим вспомогательную номограмму. Для этой цели из РЛЭ самолета Ил-62 выписываем значение предельно допустимой высоты полета в зависимости от полетного веса. По этим данным на кривой распределения температуры воздуха с высотой в СА отмечаем предельно допустимые высоты для каждого полетного веса. температура самолёт топливо

После этого строим номограммы для каждого полетного веса, которые должны быть параллельны друг другу. Данные для построения номограмм заносим в таблицы 5-8 для пунктов вылета и назначения маршрута, и месяца соответственно.

На аэрологической диаграмме построены номограммы, которые наглядно показывают изменение потолка ВС за счет отклонения температуры от СА.

При полете по маршруту Екатеринбург-Дудинка в сентябре средняя температура будет выше СА (на +3С над Екатеринбургом). Данное повышение t относительно СА будет постепенно уменьшаться до +1,5С над Дудинкой. Это потребует уменьшить предельно допустимую высоту над Екатеринбургом на 150 метров, над Дудинкой на 75 метров. Невыполнение данного требования может привести к увеличению угла атаки, потере управляемости и как следствие сваливанию и попаданию самолета в штопор.

При полете по маршруту Екатеринбург-Дудинка в марте средняя температура над Екатеринбургом будет ниже СА на -3C. По мере приближения к Дудинке фактическая температура будет ниже СА на -4,5C. Это даёт возможность незначительно увеличить предельно допустимую высоту над Екатеринбургом на 150 метров. По мере подлета к Дудинке предельно допустимую высоту можно увеличить 225 метров.

Таблица 5

Таблица 6

Таблица 7

Таблица 8

3.1 Оценка изменения предельно допустимой высоты полёта самолёта Ил-62 по маршруту Екатеринбург-Дудинка при средней температуре за месяц с учётом выработки топлива

Для построения графика зависимости предельно допустимой высоты полёта при средней температуре с учётом выработки топлива возьмём следующие значения:

V_ср ? 850 км/ч

S от Екатеринбурга до Дудинки ? 1670 км

t_полёта ? 2,2 часа

Расход топлива Ил-62 ? 7 300 кг/ч

Вес самолёта (Екатеринбург) = 160 000 кг

Вес самолёта (Дудинка) = 160 000 - 2,2*7 300 ? 143 940 кг

Из таблицы 5 и 6 берем значения H_{п.д..макс} для соответствующего веса при средней температуре за сентябрь:

H_{п.д..макс. (Екатеринбург, 160 тонн)} = 10 000 - 875 = 9 125 м

H_{п.д..макс (Дудинка, 143тонны)} = 10 650 - 850 = 9 800 м

Выполним аналогичную операцию за март месяц, используя данные из таблиц 7,8:

H_{п.д..макс. (Екатеринбург, 160 тонн)} = 10 000 - 625 = 9 375 м

H_{п.д..макс (Дудинка, 143 тонны)} = 10 650 - 725 = 9 925 м

3.2 Оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельно допустимую скорость

Произведем анализ оценки влияния температурного режима на уровне предельно допустимой высоты на максимально допустимую истинную скорость полета для Анапы и Брянска за сентябрь и март. Расчеты производим по формуле:

M_max(доп) = V_{маx(доп)}/a

Откуда

V_{маx(доп)} = M_{max(доп) *}а

Где:

M _{мах(доп)} - максимально допустимое число Маха;

a - скорость звука, с достаточной степенью точности, равная 20.1

Ограничение по М_{мах.доп} самолета Ил-62 в спокойной и турбулентной атмосфере:

При расчете V_{макс.доп} берут значение средней, минимальной, максимальной температуры в градусах Кельвина, M_max.доп. - для спокойной и турбулентной атмосферы. Результаты вычислений представляются в виде таблицы.

Таблица 9

Таблица 10

Таблица 11

Таблица 12

Проанализировав данные полученные в таблицах 9-12 можно сделать вывод, что при полете по маршруту Екатеринбург - Дудинка V_{max.доп.tср} будет меняется незначительно и скорости эти в основном будут выше скорости в СА из - за того, что T_са меньше T_факт, а скорость звука прямо пропорционально зависит от значения температуры.

Следует отметить, что при увеличении T_{факт -} увеличивается и V_max.доп. при сохранённым неизменным M_max.доп. На нашем маршруте увеличение V_max.доп не превышает максимальную возможную истинную скорость полёта Ил-62.

При попадании самолета из спокойной в турбулентную атмосферу V_max.доп. следует снизить, т.к. M_max.доп. прямо пропорционально зависит от V_max.доп. (при равных T_ф, а, соответственно, и значениях скорости звука “а”).

Заключение

Исходя из вышеприведенной физико-географической и климатической характеристик маршрута Екатеринбург-Дудинка, анализа изменения высоты тропопаузы и распределения температур по высотам в различные сезоны года, можно сделать вывод, что с повышением температуры уменьшается высота полёта воздушного судна для одной и той же полётной массы.

Согласно профилю рельефа местности по маршруту - преобладает равнинно-холмистая местность, которая находится под влиянием субарктической воздушной массы и воздуха умеренных широт, а также тропического воздуха.

Основное отрицательное влияние на полёт будут оказывать повышение температуры воздуха осенью, в сентябре, выше стандартной в среднем на +16С для Дудинки и более 20 градусов по Цельсию (а максимальные превышения температуры на маршруте доходит до +18С), в районе Дудинки. В осеннее время необходимо уменьшение предельной высоты полета самолета на 150-250 метров.

Так же был приведен расчет изменения ?H за счет изменения веса самолета в процессе полета (выработки топлива) и изменения температурных условий в процессе полета. Для выбранного участка полета при расходе топлива в 7300 кг получилось, что влияние от уменьшения веса на Н_пр.д. примерно соответствует влиянию от изменения температуры.

Что касается максимально допустимой истинной скорости, то увеличение V_max.доп в зависимости от температуры не превышает максимально возможную предписанную РЛЭ истинную скорость полёта Ил-62.

На основании вышеописанного делаем вывод, что при подготовке к полёту и расчёту максимально допустимой безопасной высоты полёта в пунктах маршрута следует обязательно учитывать загрузку самолета, отклонение температуры от CA в пункте вылета и прибытия, изменение температуры по маршруту (разность температуры между пунктом вылета и прибытия), дальность маршрута (т.к. от этого зависит максимальная допустимая высота полета в связи с выработкой топлива).

Список использованной литературы

1. Астапенко П.Д., Баранов А.М., Шварев И.М. - Авиационная Метеорология - Транспорт 1985

2. Баранов А.М., Лещенко Г.П., Белоусова Л.Ю. - Авиационная Метеорология и метеорологическое обеспечение полетов - Транспорт 1993

3. Белоусова Л.Ю. и др.- Авиационная Метеорология, Орнитология, Экология. Методические указания по выполнению курсовой работы студентов ЗФ ЛЭГВС - СПб ГУГА 2012

4. Руководство по летной эксплуатации самолета Ил-62

5. Федеральные Авиационные Правила России

6. ГОСТ 4401-81. Таблица стандартной атмосферы - ГСК при СК СССР 1981

7. Аэроклиматический справочник СССР. Основные аэроклиматические характеристики- Гидрометеоиздат Выпуск 1-5 1957

Размещено на Allbest.ru