Ветер и его характеристики

Ветром называется горизонталь иое перемещение воздушной массы относительно земной поверхности.

Навигационное направление ветра 6н — угол между направлением, при­нятым за начало отсчета, и вектором ветра (направление куда он дует). В зависимости от выбранного на­правления отсчета (мериднаиа) раз­личают истинное 6„к. магнитное 6„ м и условное бн. у навигационные направления ветра (рис. 3.4).

Метеорологическое направление ветра б — угол между северным на­правлением истинного (географиче-

0,5 1,0 1.5 2.0K„S 7 В Aut Рис. 3.5. Коэффициенты изменчивости ветра: а — пространственный; б — временной 28

ского) меридиана, и направлением противоположным направлению век­тора ветра (откуда он дует).

Связь между различными направ­лениями ветра характеризуется со­отношениями

6ц. и — 6± 180°; бн. м ^ — бмі180°;

6„.у = 6+Л, ± 180D, (3.5)

где Лм — магнитное склонение; Да — азимутальная поправка.

Ветер в реальной атмосфере ме­няется во времени и пространстве. В слое трения (от земли до 1000 м) скорость ветра с высотой увеличива­ется н происходит его поворот впра­во. Выше слоя треиия ои направлен вдоль изобар и определяется положе­нием барических систем. В обычных условиях изменение ветра с высотой составляет в среднем 10—15 км/ч иа каждые 1000 м. В струйных течени­ях, наблюдающихся вблизи тропопа­узы на высотах 9—12 км, скорость ветра может составлять 200 — 300 км/ч. Наблюдались случаи струнных течений со скоростями бо­лее 700 км/ч.

Различают пространственную и временную изменчивость ветра. Из­менение ветра в свободной атмосфе­ре при перемещении из одной точки в другую характеризуется разностью векторов ветра в этих точках

У = У,— Ut.

По экспериментальным данным век­тор ДУ имеет круговое рассеивание, а его среднее квадратическое ради­альное отклонение °иs зависит от

расстояния S (в километрах) между данными точками

Т/5, (3 6)

где — коэффициент простран­

ственной изменчивости ветра, завися­щий от высоты и времени года (рнс. 3.5, а).

Формула (3.6) применима при S s: 1800 км.

Временная изменчивость ветра в некоторой точке свободной атмосфе­

ры характеризуется средним квадра­тическим радиальным отклонением

аи{~V*• (3-7)

где t — время, за которое оценивает­ся изменчивость (не более!8 ч); kut — коэффициент временной из­менчивости ветра, зависящий от вы­соты полета и времени года (рис. 3.5,6).

Решение ряда навигационных за­дач упрощается при использовании понятия эквивалентного ветра.

Эквивалентный ветер — скалярная величина, равная разности путевой и истинной скоростей ВС;

u3=w-v„.

Эквивалентный ветер зависит от скорости и направления реального ветра, величины истинной воздушной скорости и направления линии пути (рис. 3.6), При неизвестной W экви­валентный ветер

Рис. 3.6. Эквивалентный ветер

Ц»

Ua — U cost. — —sin*e, (3.8>

где г — угол ветра; е=6н—р.

Fro приближенное значение 11я =; U cos е.

По определению эквивалентного ветра путевая скорость

lF=F„4-t/a (3.9)

Поскольку ил мало зависит от истинной скорости, для определения эквивалентного ветра используются табл. 3.1 и 3.2, составленные для

различных диапазонов изменения I*.

Различают мгновенные и средние значения скорости эквивалентного ветра. Средний за сезон (или год) эквивалентный ветер по данному маршруту опре іеляется на основе метео рологических наблюдений.

Средний эквивалентный ветер U3

ер

но маршруту, состоящему из п уча­стков с протяженностями Si. опреде — дястся с использованием скоростей эквивалентного ветра иа каждом участке ил,:

X и* St | |

3.2. Ндімгзционкий треугольник скоростей

Перемещенне ВС относительно земной поверхности со скоростью W складывается из перемещения его от-
носкгельно воздушной массы со ско­ростью V и перемещения последней относительно земной поверхности со скоростью U.

Навигационный треугольник ско­ростей (НІС) — векторный треуголь­ник, образованный векторами истин­ной Г. путевой ft скоростей и ско­рости ветра U (рис. 3.7).

Элементами НТС являются его стороны (Г, U, ft7), углы, попарно образуемые векторами (углы ветра и сноса, курсовой угол ветра), а так­же угловые величины, характеризу­ющие ориентацию Н ГС относительно направления, принятого за начало отсчета (курс у, путевой угоз р и направление ветра б’и).

Угол ветра е—угол, образуемый —w —►

между векторами ft’ и U. Он отсчи­тывается от вектора Я? по часовой стрелке от 0 до 360° (иногда от 180 до +180°).

Курсовой угол ветра J; — угол между векторами V и U. Отсчиты­вается ои от вектора V по часовой стрелке от 0 то 360° (иногда от

— 180 до +180°).

Угол сноса а — угол между векто-

—е — —►

рамп V и «7. Отсчитывается ои от

вектора V вправо (по часовой стрел­ке) со знаком плюс и влево — со зна­ком минус.

Суммарный угол сноса образует ся между проекцией продольной оси ВС иа горизонтальную плоскость и

вектором путегой скорости 117

Вт = а + аа,

где аа — аэродинамический угол сноса.

При а, да 0 между элементами Н’ГС имеются следующие основные соотношения:

0 — у + а;

U7 V cos а-f U со> е: е —0;

«72= + 2l t/cosxp; (3Л0)

х]-=бн—Y ef«:

U sina— 1′ sine lP, sintL.

’ і

Из этих соотношений следует, что при попутном ветре (F==0) W = = V—U, а при встречном tt = V—U (е= 180е). И в том и в другом слу­чае угол сноса равен нулю (и=0). При боковом ветре (г =90° или е =

— 270°) путевая скорость U7 близка к истинной VK, а угол сноса прини­мает Максимальное ЗИачГНИе Umax —

~ О0_ , измеряемое в градусах.

• и

Для реализации заданной траек­тории полета экипаж решает НТС, определяя неизвестные его элементы с помощью известных по приведен­ным выше математическим соотноше­ниям. Необходимые расчеты выпол­няются автоматически навигацион­ным вычислителем либо экипажем с помощью навигационной линейки НЛ-10м или расчетчика НРК-2. На­иболее часто используются четыре ти­повые задачи по решению НТС.

Определение ожидаемой путевой скорости и требуемого курса полета. Эта первая типовая задача решается во время предполетной подготовки при заполнении бортового журнала. Определение «7, ц и у по известным V, 0, 6 и U осуществляется в сле­дующем порядке. После определе­ния навигационного направления вет­ра 6и по одному из соотношений (3 5) оценивается угол ветра

е 6„ -0.

Затем по НЛ-10м определяются и и U7 (рис. 3.8). Устанавливаемая иа линейке величина е’ определяется следующим образом:

в’ = е, если 0° < е< 180° (а > 0):
е’ 360—е, если 180° < t <

< 360° (а < 0).

Тогда курс у=0—а Определение фактических значе­ний путевой скорости «7 и путевого угла р по известным курсу у, истин­ной скорости Ун, а также скорости н направлению ветра. Вторая типо­вая задача решается методом после-

<*t’ С* |а| V и »7= ?

Рис. 3.8. Алгоритм определения угла сноса и путевой скорости (1-я типо­вая задача)

^ Vа-’ f-

D ———————— j————— г

Рис. .’і’) Алгоритм определения угла сноса и путевой скорости (2-я типо­вая задача) ювательного приближения. Вначале за пр іближснное значение угла вет­ра принимается курсовой угол ветра tp, что допустимо, поскольку угол сноса не принимает больших зна­чений

ЄцГ ~ = V-

Затем, в соответствии с алгоритмом (рис. 3.9) иа НЛ-10м рассчитывает­ся приближенное значение угла сно­са иПр и уточняется угол ветра е= = 6н—(у+и„р). После этого с по­мощью того же алгоритма определя­ется уточненное значение угла сноса « к путевая скорость. Путевой угол р=у + а.

Определение требуемой истинной скорости и курса полета у для обес­печения заданной путевой скорости UT и путевого угла р. Для решения третьей типовой задачи вначале оп­
ределяется угол ветра и истинная скорость е = 6в — р; IV IV —U соз е. При этом величина U cos е опреде­ляется иа НЛ 10м по алгоритму, представленному на рис. 3.10, о, а ■ угол сноса — по алгоритму, приве­денному на рис. 3.10,6. После этого рассчитыьается курс у=р—а.

Определение скорости и направле­ния ветра по известным V, UT, у и и. Для решения четвертой типовой за­дачи определяется эквивалентный ве­тер Ua—W— I’ и в соответствии с алгоритмом, приведенным на рис. 3.11. находится вспомогательный угол е’, а затем и скорость ветра U. Направление ветра определяется в зависимости от знаков U3 и а: при Uэ>0 6н = у+h±f’ (знак перед г’ соответствует знаку а); при U3<СО ®н = у+а±180±е’ (знак перед с’ противоположен знаку а).

Влияние у, V, б и U на путевую скорость UT и угол сноса определя­ется углом ветра. При встречном и попутном ветре небольшое измене­ние курса или направлен ни ветра ие влияет на UT и незначительно влияет на а. Любое приращение V или U при встречном пли попутном ветре вызывает такое же приращение пу­тевой скорости UT, но ие влечет из­менения угла сноса и. При боковом ветре изменение у и б почти ие ока­зывает влияние на угол сноса н

незначительно влияет на путевую скорость. Изменение V при боковом ветре сильно влияет и a ff’, но слабо на а. От изменения скорости ветра в этом же случае существенно зави­сит угол сноса (тем сильнее, чем меньше скорость самолета), но прак­тически не зависит

При приближенном расчете и и 1Г в уме могут оказаться полезными следующие соотношения

t… ±30°(180°±ЗС°) ± 60 (180°±60°) <*■ ±0,5атЯт ±0,9атах Vi…V„±0.9U V„±0,5 U