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|
|
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