что такое сдвиг ветра в авиации

Сдвиг ветра

Сдвиг ветра (англ. Wind Shear) – векторная разность (или градиент) скоростей ветра в двух точках пространства, отнесенная к расстоянию между ними. Говоря проще, это изменение направления и(или) скорости ветра в атмосфере на очень небольшом расстоянии.

Это скрытое и труднопредсказуемое явление. Несмотря на его давнюю очевидность («воздушные ямы»), официальной авиационной метеорологией оно отрицалось (не без влияния аэродинамиков) вплоть до 70-х годов, когда заметно изменились ЛА (в основном увеличение массы и инертности), условия и интенсивность их эксплуатации. Увеличение частоты лётных происшествий при взлете и посадке по, казалось бы, необъяснимым причинам, заставило обратить внимание на это явление.

Элементарная сущность сдвига ветра в том, что если одна из составляющих турбулентного местного вихревого возмущения воздуха совпадает с направлением полета ЛА и его скорость сравнима с местной скоростью потока, обтекающего крыло, то происходит как бы его торможение(вплоть до нуля) или ускорение. Подъемная сила резко меняется, и ЛА, имеющий на посадке малые скорость и высоту, может заметно изменить траекторию движения, вплоть до падения.

Горизонтальные составляющие являются продолжением кольцевых струй горизонтально расположенных вихрей, имеющих и вертикальные составляющие. Поэтому можно, с достаточной точностью, оценивать сдвиг по изменению скорости ветра по высоте над небольшой площадью (зона взлета и посадки), неадекватному общему правилу равномерного изменения ветра с высотой. Одним из следствий зарождения или наличия сдвига является порывистость ветра. Сдвиг ветра как правило возникает вблизи или под кучево-дождевыми облаками, в зоне атмосферных фронтов, при наличии инверсии у поверхности земли, а также в горной местности и прибрежных районах.

Изменения направления и (или) скорости ветра в определенном слое атмосферы могут сочетаться с турбулентностью и(или) сильными вертикальными потоками воздуха, поэтому значительные сдвиги ветра относятся к категории опасных внешних воздействий среды (ОВВС).

ИКАО рекомендует следующую градацию сдвига ветра по признакам вертикального потока, то есть:

Согласно правилам полетов над территорией стран СНГ сильный сдвиг ветра, при котором запрещаются взлет и посадка, это 5 м/с на 30 м высоты.

Источник

Сдвиг ветра

Это скрытое и труднопредсказуемое явление. Несмотря на его давнюю очевидность («воздушные ямы»), официальной авиационной метеорологией оно отрицалось (не без влияния аэродинамиков) вплоть до 70-х годов, когда заметно изменились ЛА (в основном увеличение массы и инертности), условия и интенсивность их эксплуатации. Увеличение частоты лётных происшествий при взлете и посадке по, казалось бы, необъяснимым причинам, заставило обратить внимание на это явление.

Элементарная сущность сдвига ветра в том, что если одна из составляющих турбулентного местного вихревого возмущения воздуха совпадает с направлением полета ЛА и его скорость сравнима с местной скоростью потока, обтекающего крыло, то происходит как бы его торможение(вплоть до нуля) или ускорение. Подъемная сила резко меняется, и ЛА, имеющий на посадке малые скорость и высоту, может заметно изменить траекторию движения, вплоть до падения.

Горизонтальные составляющие являются продолжением кольцевых струй горизонтально расположенных вихрей, имеющих и вертикальные составляющие. Поэтому можно, с достаточной точностью, оценивать сдвиг по изменению скорости ветра по высоте над небольшой площадью (зона взлета и посадки), неадекватному общему правилу равномерного изменения ветра с высотой. Одним из следствий зарождения или наличия сдвига является порывистость ветра. Сдвиг ветра как правило возникает вблизи или под кучево-дождевыми облаками, в зоне атмосферных фронтов, при наличии инверсии у поверхности земли, а также в горной местности и прибрежных районах.

Изменения направления и (или) скорости ветра в определенном слое атмосферы могут сочетаться с турбулентностью и(или) сильными вертикальными потоками воздуха, поэтому значительные сдвиги ветра относятся к категории опасных внешних воздействий среды (ОВВС).

ИКАО рекомендует следующую градацию сдвига ветра по признакам вертикального потока, то есть:

Согласно правилам полетов над территорией стран СНГ сильный сдвиг ветра, при котором запрещаются взлет и посадка, это 5 м/с на 30 м высоты.

Источник

Сдвиг ветра и как противостоять его опасности

В настоящее время основной тенденцией развития гражданской авиации, как известно, является повышение безопасности при увеличении объема перевозок. Причем, безопасность необходимо обеспечивать на всех этапах полета. Взлет и посадка, бесспорно, являются самыми сложными, а, следовательно, наиболее уязвимыми (с точки зрения опасности) этапами полета. Связано это, прежде всего, с большим числом решаемых задач, загруженностью экипажа воздушного судна и дефицитом времени, необходимым для принятия решения. Конечно, нельзя забывать и об опасных метеоявлениях, которыми сейчас, как никогда раньше, богат климат нашей планеты.

И вот тут-то, на стыке опасностей погодных явлений и дефицита времени, у экипажа и выявляется то сложное звено, которое надо предотвратить от разрыва. Частично это решается технологией работы экипажа, наставлениями по производству полетов и другими руководящими документами, рекомендациями, которые призваны помочь в решении возникающих задач, так как содержат алгоритмы решения, помогая работать экипажу в условиях дефицита времени. Но в некоторых из них в настоящее время имеются или нечеткие, или противоречивые указания, на основе которых и создаются алгоритмы, призванные помочь экипажу в сложных ситуациях. В частности, это касается сдвига ветра, порывов ветра, дождя в виде ливневых осадков, и расчета самих минимумов при заходе на посадку.

Минимумы при заходе на посадку определяются в соответствии со скоростными категориями воздушных судов, высотой препятствий, входящих в зону посадки, а также опытом, квалификацией командира корабля и оснащенностью самолета навигационными системами посадки. Что касается влияния внешних условий, то, к сожалению, они не учитываются при определении минимумов. Хотя зачастую как раз эти причины приводят к авариям и катастрофам. Нет до сих пор и четких научно обоснованных рекомендаций по изменению минимумов при посадке в зависимости от величины сдвига ветра.

В документах ИКАО говорится о том, что 6 м/с и более — это очень сильный сдвиг ветра, и заход на посадку при таком сдвиге запрещен, т. к. условная потеря мощности воздушного судна из-за сдвига ветра не может быть компенсирована имеющимся у воздушного судна запасом мощности.

При значениях сдвига ветра менее 6 м/с алгоритм поведения для пилота не предусмотрен — предполагается, что условные потери по мощности могут быть компенсированы запасом мощности воздушного судна. К сожалению, здесь не учитывается следующее:

1. Человеческий фактор. Считается, что практически мгновенно при появлении сдвига ветра будет увеличена мощность двигателей. Но, в зависимости от опыта пилота, время для выявления сдвига ветра может колебаться в значительных временных интервалах, и в реальности пилоту необходимо время (10–15 секунд) для выявления опасного явления, к которому еще надо добавить время на приемистость двигателя. При этом один и тот же сдвиг ветра для одного пилота обусловит сложную ситуацию, а для другого — катастрофическую. Только прибор с заложенным алгоритмом единого периода для определения сдвига ветра (например, 5 секунд) позволит заложить единые критерии для учета человеческого фактора и повысит безопасность полетов за счет уменьшения времени на выявление сдвига ветра.

2. Как известно, интенсивность воздействия одного и того же сдвига ветра на воздушное судно зависит от скорости снижения на предпосадочной прямой, что также не учитывается в градациях сдвига ветра по ИКАО. Расчеты показывают: чем больше вертикальная скорость на предпосадочной прямой, тем сильнее воздействует на воздушное судно одна и та же величина сдвига ветра.

3. При посадочном весе воздушного судна меньше максимально допустимого запас мощности при заходе на посадку будет, конечно же, больше. Значит, справиться пилоту возможно со сравнительно большим сдвигом ветра. Это также не учитывается в градациях ИКАО.

В полете на тренажере имитация сдвига ветра в 1–1,5м/с на 30 м по высоте в большинстве случаев приводит к условной авиакатастрофе. Траектория снижения воздушного судна при этом очень похожа на траекторию при катастрофе B-777 07 июля 2013 г. в Сан-Франциско. Запоздалый уход на второй круг в условиях тренажера приводил к столкновению с землей. Это подтверждается расчетами.

Поэтому логично градации сдвига ветра распределить в зависимости от типа воздушного судна, его посадочной массы и, конечно же, человеческого фактора.

Все эти факторы будут, конечно, влиять и на высоту принятия решения. На сегодняшний день DOC8168 ИКАО предписывает рассчитывать высоту принятия решения с учетом высоты препятствий в районе захода на посадку и непосредственной просадки самолета при уходе на второй круг, хотя очевидно, что отрицательный сдвиг ветра увеличивает высоту просадки самолета. Поэтому даже в условиях имитации сдвига ветра на тренажере пилоты оттягивают момент ухода на второй круг до высоты принятия решения, но в условиях сдвига ветра этой высоты ухода уже не хватает, что и приводит к катастрофе.

В этом случае опасные сдвиги ветра, при которых нельзя заходить на посадку, будут значительно меньше, чем 6 м/с на 30 метров высоты, и данные будут выглядеть следующим образом.

Рассчитанные и теоретически обоснованные опасные величины сдвига ветра для различных категорий воздушных судов (в соответствии с классификацией ИКАО) при различных посадочных массах:

* Примечание. Минимальные сдвиги ветра для каждой категории воздушных судов определены для максимального посадочного веса.

Из всего вышеизложенного можно сделать вывод: сдвиг ветра 6 м/с на 30 метров высоты — явление очень опасное, но чрезвычайно редкое. Гораздо более часто сдвиг ветра имеет значительно меньшие величины, но они оказываются еще более опасными в связи с большой частотой проявлений. Это значительно повышает опасность самого явления сдвига ветра. Даже небольшие, порядка 0,5 м/с, величины сдвига ветра могут быть крайне опасными в сочетании с порывами ветра в момент посадки. Особенно это существенно в случаях, где требуется особая точность при посадке. Возможно, необходимо также частично изменить траекторию снижения, особенно в последние секунды перед посадкой, для того чтобы максимально снизить воздействие сдвига ветра в непосредственной близости к земле (особенно это актуально для палубной авиации — при посадке военных самолетов на авианосцы).

Опасность сдвига ветра заключается также в том, что его очень сложно определить. Были потрачены огромные средства во многих странах на прогнозирование и определение этой «невидимой опасности», как иногда называют это явление в зарубежных источниках. В США, к примеру, на исследования по этой тематике только одним ученым А. Fudjito были потрачены десятки миллионов долларов. Но в результате только лишь четыре крупных аэропорта были оборудованы системой обнаружения сдвига ветра. К сожалению, ввиду того, что это явление очень подвижно во времени и по месту проявления — надежность в обнаружении его оставляет желать лучшего, если аппаратура по его определению устанавливается на земле.

1. Необходимо аппаратуру по определению величины сдвига ветра устанавливать на воздушных судах. Это позволит в режиме on line пересчитывать высоту принятия решения, а при достижении критических значений выдавать команду об уходе на второй круг.

2. Для палубной авиации, где необходима повышенная точность приземления, нужно учитывать порывы ветра в момент посадки. Для этого будет правильным установить систему обнаружения порывов ветра, которая позволит выявлять их за 1–1,5 минуты до посадки воздушного судна и передавать эту информацию на борт для того, чтобы пилот мог своевременно уйти на второй круг, если момент его посадки будет совпадать с порывом ветра.

Эти меры позволят в несколько раз увеличить безопасность при заходе на посадку в условиях сдвига ветра

Источник

Препятствия для полета: сдвиг ветра, шквал, смерч, гроза, молния, ливень

Наблюдения показывают, что приблизительно 5 % гроз сопровождаются микро-порывами. Связанные с ними нисходящие воздушные потоки распространяются в зоне размерами от 500 м до нескольких километров. Когда такой поток достигает земли, он растекается в приземном слое воздуха в горизонтальной плоскости, иногда с образованием вихревых колец по границам зоны растекания. Показано формирование микро-порыва вертикальным нисходящим потоком (симметричный микропорыв).

Зона распространения вихревых колец достигает высоты 500 м над землей и покрывает площадь от 2 до 4 км в диаметре. Микро-порывы могут возникать и достигать поверхности земли без дождя в случае вирги. Образовавшийся на высоте дождь будет испаряться, вызывая тем самым охлаждение воздуха и, как следствие, нисходящий поток ветра.

Кучево-дождевые облака в зависимости от своего развития делятся на внутримассовые и фронтальные, а также ливневые и градовые. Облака отличаются не только интенсивностью и видами осадков, но и механизмом возникновения и развития.

В случае слабых усреднено-массовых кучево-дождевых облаков многочисленные капли, возникающие в результате конденсации и коагуляции, достигнув максимальных критических размеров, начинают выпадать из облака навстречу восходящим воздушным потокам. Когда эффект действия падающих капель превосходит эффект подъема воздуха, гроза затихает.

В сильных фронтальных кучево-дождевых облаках под влиянием СВ в средних и верхних слоях атмосферы восходящий поток может выгибаться. В таком случае тормозящее действие осадков уменьшается, поскольку они находятся вне наклона поднимающегося воздушного потока. При образовании наклоненного восходящего потока над относительно ровной местностью иногда возникают вращательные движения, в результате чего резко увеличивается вертикальная скорость, а вместе с ней и скорость вращения.

Исследования сильных гроз в 1990—2005 гг. показали, что они связаны с термодинамической неустойчивостью, обусловленной перегреванием приземного слоя воздуха, или неравномерным распределением по высоте адвекции тепла и холода, а также конвергенцией и дивергенцией воздушных потоков. При этом кучево-дождевые облака с градом, шквалами и торнадо (смерчами) возникают и развиваются тогда, когда в верхней части тропосферы наблюдаются струйные течения. В целом проведенные исследования свидетельствуют о том, что вместо общей картины распределения воздушных потоков под кучево-дождевыми облаками имеем лишь описание отдельных ее фрагментов, причем достаточно противоречивое.

Грозы и электрические разряды

Гроза — это комплексное атмосферное явление, которое характеризуется интенсивным возникновением конвективной облачности и сопровождается значительной турбулентностью, шквалами, смерчами, сдвигом ветра, осадками в виде дождя, снега, града, частыми электрическими разрядами и громом.

В любой момент времени в мире одновременно происходит около 180 отдельных гроз при разрядах молнии в среднем каждые 20 с.

Если для наземных объектов главную опасность представляют разряды облако- земля, то для объектов, находящихся в атмосфере, опасны молнии всех видов.

Процесс развития молнии в атмосфере начинается при определенных условиях. В частности, необходимо, чтобы напряженность электрического поля превысила некоторое предельное значение. Для грозовых зон 0,4 МВ/м несколько тысяч километров. Они характеризуются резко выраженными вертикальными потоками воздуха, турбулентностью, электрическим полем. Тем не менее зоны, опасные для полетов в СЬ, относительно небольшие по размерам, и во фронтальной облачности практически всегда существуют промежутки, достаточные для безопасного пролета ВС.

В метеорологии интенсивность осадков принято определять высотой столба воды, который выпал на горизонтальную поверхность на протяжении определенного времени. Например, дождь с интенсивностью 100 мм/ч является довольно сильным, хотя содержание воды в воздухе при этом составляет 2-3 г/м3. Измерения на протяжении одного часа дают существенно усредненные значения.

Относительно влияния ИЛО на аэродинамические характеристики ВС представляют интерес такие числовые характеристики, как интенсивность осадков, водность.

Источник

Что такое «СДВИГИ ВЕТРА» и как они влияют на полёт самолёта?

Если совсем просто, то это явление когда на коротком участке ветер дует в разных направлениях.

Сложность в том что самолет летит, ветер один, пилот/автопилот уже этот ветер учел, но потом самолет влетает в зону, где ветер дует уже в другом направлении или с другой силой. Надо быстро изменить управление самолетом под новый ветер. А так как это всё может происходить неожиданно и быстро, то требуется сноровка для парирования.
На счет опасности: При больших величинах этого самого сдвига парировать не получается и приходится уходить на второй круг. Для пилота должной квалификации это нормальная работа.

Космический корабль запустили же недавно на Байконуре. Из сопел такой бешенный поток идёт. Потом же, когда космический корабль взлетает, он сжигает ещё на сотни квадратных километров озоновый слой. Появляется дыра, сквозь которую проходит беспрепятственно ультрафиолетовое излучение. Космический корабль как взлетел, так и расплескал, и выдавил все циклоны и антициклоны. Природный баланс резко нарушился. Нарушения начали расползаться по прилегающей толщи атмосферы. Распогодилось. У нас каждый раз после каждого запуска космических кораблей (от нас где-то более тысячи километров, если не ошибаюсь) дня через два — три резко снижается температура. Это даже стало народной приметой и у всех на устах. Т. е. все поголовно знают, что раз запустили космический корабль, то жди ненастья. У нас чуть ли не снег пошёл. Уже почти все плодовые деревья отцвели, одуванчики отцветают, сирень цветёт, орешник распушился пушистыми сосульками, и вдруг нате — пошёл дождь переходящий в мокрый снег. Вот так вот, раз и пошёл. Несколько дней стоит облачная погода. За всю зиму столько пасмурных дней сразу не было.

Распределение вет ра в приземном слое атмосферы (д о высоты 100 м) оказывает большое влияние на выполнение взлета и посадки ВС. Особенно опасным является резкое изменение ветрового режима вдоль траектории движения ВС, которое может оказаться соверш енно неожиданным для экипажа.

ВС пересекает самый нижний слой ат мосферы в столь корот кое время, что ограниченный запас высоты, скорост и, приемистость двигателей не позволяют пилоту своевременно парировать влияние резкого изменения ветра. Изменение взлетно-посад очных характеристик под воздействием резкого ослабления или усиления ветра явилось, в ряде сл учаев, одной из главных причин лет ных происшествий.

Характеристикой пространственной изменчивости вет ра является сдвиг ветра –

разность вект оров ветра в д вух точках пространст ва, от несенная к расстоянию межд у эт ими точками. Сдвиг ветра представляет собой векторную величину и от ражает изменение скорости и направление ветра между рассматриваемыми точками. В зависимост и от ориент ации в пространстве двух точек, межд у кот орыми определяется сдвиг вет ра, различают верт икальный и горизонтальный сдвиги вет ра. Кроме того, выделяются вертикальные восх одящие и нисходящие пот оки, представляющие соб ой движение воздуха в вертикальном направлении в небольших зонах с сечением порядка сотен метров.

По статистическим данным WМO попадание ВС на посадке в сдвиг вет ра, превышающ ий

4 м/с на 30 м высоты, возможно не менее одного раза в т ечение всего его среднего ресурса.

Проб лема сдвига ветра в авиации приобрела особенно актуальное значение в последние

т раектории полета. Вект ор путевой скорости

Источник