Рейтинг: 4.6/5.0 (1657 проголосовавших)Категория: Руководства
Монреаль: Международная организация гражданской авиации, Издание первое 2005г -258с.
С 1964 по 1983 г.а в качестве причины по меньшей мере 28 авиационных происшествий инцидентов с тяжелыми транспортными воздушными судами, в результате которых в общей сложности погибло свыше 500 и было ранено 200 человек, приводился сдвиг ветра на малых высотах. Возросшая осведомленность среди авиационных кругов в отношении опасного и коварного характера явления сдвига ветра на малых высотах нашло отражение в том факте, что это явление рассматривалось Советом ИКАО как одна из главных технических проблем, стоявших перед авиацией в тот период.
Нехватка соответствующего эксплуатационным требованиям оборудования дистанционного обнаружения, сложность вопроса, широкомасштабность явления сдвига ветра с присущей ему непредсказуемостью - все это в совокупности препятствовало полному решению данной проблемы, которая, в свою очередь, сдерживала процесс разработки необходимых международных стандартов и рекомендаций в отношении наблюдения за сдвигом ветра и сообщения о нем, а также в отношении его прогнозирования.
В 1975 г. из-за сдвига ветра имели место пять происшествий/инцидентов с реактивными транспортными воздушными судами, причем одно из них привело к многочисленным жертвам. Это авиационное происшествие, случившееся в международном аэропорту имени Джона Кеннеди (Нью-Йорк) 24 июня 1975 г. а также авиационное происшествие в Денвере (штат Колорадо, Соединенные Штаты Америки) 7 августа 1975 г. которое, к счастью, обошлось без жертв и произошло в районе, где имелась возможность всесторонне контролировать поле ветра, явились поворотным пунктом в истории изучения проблемы сдвига ветра. Подробный и исчерпывающий анализ той роли, которую сыграл в указанных происшествиях сдвиг ветра, устранил последние сомнения в отношении реальной опасности сдвига ветра. Последовавшие за этим ускоренные исследования, кульминацией которых явилось осуществление в 1982 г. в аэропорту "Степлтон" (Денвер, штат Колорадо, Соединенные Штаты Америки) широкомасштабного проекта "Объединенные исследования погоды в аэропортах" (JAWS). значительно углубили наше понимание проблемы, особенно в отношении сдвига ветра, связанного с грозовой деятельностью.
На Восьмой Аэронавигационной конференции (Монреаль, 1974 г.)2 была принята рекомендация о подготовке и публикации инструктивного материала, который позволил бы всем заинтересованным сторонам в максимальной степени использовать имеющуюся информацию о сдвиге ветра. Для оказания помощи при подготовке такого инструктивного материала была учреждена Исследовательская группа по сдвигу ветра и турбулентности на малых высотах (WISTSG). При содействии этой Группы был разработан перечень эксплуатационных требований в отношении наблюдения за сдвигом ветра и турбулентностью. Такой материал вместе с предварительным перечнем рекомендуемых терминов и пояснениями к ним, а также докладом о ходе работы по сдвигу ветра, в основу которого легли главным образом выпущенные некоторыми государствами циркуляры, был разослан государствам вместе с письмом AN 10/4.6-79/142 от 31 августа 1979 г.
После проведения интенсивных исследований была разработана поправка 64 к Приложению 3 "Метеорологическое обеспечение международной аэронавигации", которая начала применяться в ноябре 1983 г. и включает новые и пересмотренные действующие положения в отношении наблюдения за сдвигом ветра на малых высотах и сообщения о нем. Одновременно были несколько видоизменены эксплуатационные требования (см. добавление 1).
В 1982 г. на совместном заседании подкомиссий по вопросам расследования и надзора и по вопросам транспорта, авиации и материалов Комиссии по науке и технике Палаты представителей Конгресса Соединенных Штатов Америки состоялись слушания по вопросу о влиянии метеорологических проблем на авиацию, включая сдвиг ветра. После этих слушаний Федеральное авиационное управление (ФАУ) заключило с Национальной академией наук контракт на "изучение имеющейся информации, альтернативных подходов и последствий оповещения о сдвиге ветра и неблагоприятных погодных условиях применительно к выдаче разрешений на взлет и посадку для коммерческих воздушных судов и воздушных судов авиации общего назначения". Для выполнения этой задачи был образован Специальный комитет по исследованию сдвига ветра на малых высотахь и его опасности для авиации. Комитет подготовил весьма содержательный доклад, а также ряд выводов и рекомендацийЕггог! Bookmark not defined.
С 1967 г. в рамках ФАУ осуществляется детальная программа действий, направленных на уменьшение опасности сдвига ветра на малых высотах. Согласно этой программе проведены мероприятия в соответствии с рекомендациями вышеупомянутого Комитета. а также с рекомендациями, периодически поступающими от Национального комитета по безопасности перевозок (NTSB) в результате расследований авиационных происшествий. В этом отношении ФАУ разработало "Комплексную программу по сдвигу ветра", которая предусматривает тесное взаимодействие с рядом правительственных учреждений (например, с Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), с авиационно-космической промышленностью, с ассоциациями пилотов и ИКАО) и включала подготовку учебного пособия по сдвигу ветра, опубликованного в феврале 1987 г. Целью программы являлись дальнейшая разработка и совершенствование в ближайшие пять-десять лет методик обучения/подготовки и эксплуатационных правил, технических средств обнаружения сдвига ветра с земли и в полете и бортовых пилотажных систем. Параллельно этому должна была проводиться дальнейшая работа по выяснению опасности сдвига ветра на основе продолжающихся научных исследований. В 1987 г. ИКАО при содействии Исследовательской группы WISTSG опубликовала циркуляр 186 по сдвигу ветра, явившийся предвестником настоящего руководства.
На момент издания циркуляра "Сдвиг ветра" (Cir 186) в 1987 г. в его предисловии указывалось, что "основной объем имеющейся информации о сдвиге ветра, особенно в отношении связанных с этим явлением эксплуатационных аспектов, еще недостаточно обработан для того, чтобы его можно было перевести на язык регламентирующих положений". Последующие поправки к соответствующим Приложениям и Правилам аэронавигационного обслуживания (PANS), принятые с целью учета требований о предоставлении пилотам информации о сдвиге ветра, и тот факт, что первоначальный циркуляр заменен на настоящее руководство, свидетельствуют о более высоком уровне зрелости данного предмета.
Достигнутому за последние 16 лет прогрессу способствовали две основные тенденции. Период с 1987 г. был отмечен успехами в разработке как наземного, так и бортового оборудования, предназначенного для обнаружения сдвига ветра и предупреждения о нем. В частности, был достигнут большой прогресс в разработке доплеровских РЛС и доплеровской технологии обработки сигналов, что привело к появлению высокоэффективных наземных систем, специально предназначенных для обнаружения сдвига ветра/предупреждения о сдвиге ветра. Аналогичные достижения также позволили создать системы переднего обзора для обнаружения сдвига ветра/предупреждения о сдвиге ветра, отвечающие эксплуатационным требованиям к бортовому оборудованию. С учетом этих технических разработок были внесены надлежащие поправки в соответствующие нормативные документы ИКАО.
Наряду с разработкой оборудования для обнаружения сдвига ветра/предупреждения о сдвиге ветра был обеспечен более высокий уровень учебной подготовки эксплуатационного персонала по вопросам, связанным с серьезным воздействием, которое сдвиг ветра может оказывать на воздушные суда в полете. Особо важное значение имеет подготовка пилотов. Существуют отличные учебные пособия по сдвигу ветра, которые охватывают такие аспекты, как разъяснение феномена и распознавание сдвига ветра, а также методы уклонения от него при посадке и взлете. Кроме того, в них даются рекомендации по технике пилотирования, чтобы пилот мог восстановить нормальное положение при случайной встрече со сдвигом ветра. Сегодня любой курс подготовки пилотов на тренажере должен включать учебные модули по распознаванию сдвига ветра, уклонению от него и восстановлению нормального положения.
За последнее десятилетие число авиационных происшествий/инцидентов, в которых сдвиг ветра был отмечен в качестве способствующего фактора, заметно уменьшилось. Однако он всегда будет представлять собой серьезную опасность для авиации и потенциального убийцу, поэтому необходима постоянная бдительность и соответствующая учебная подготовка пилотов по аспектам сдвига ветра.
где I - интенсивность обледенения; V- воздушная скорость воздушного судна; ? - водность облака; Е - интегральный коэффициент захвата; ? - коэффициент намерзания; ? — плотность нарастающего льда, которая колеблется в пределах - от 0,6 г/см 3 (белый лёд) до 1,0 г/см 3 (прозрачный лёд).
Интенсивность обледенения воздушных судов возрастает при увеличении водности облаков.Значения водности облаков меняются в широких пределах - от тысячных долей до нескольких граммов в 1 м3 воздуха. При водности облака 1 г/м 3 или более наблюдается наиболее сильное обледенение.
Коэффициенты захвата и намерзания - безразмерные величины, которые практически трудно определить. Интегральный коэффициент захвата - отношение фактически осевшей на профиле крыла массы воды к той массе, которая осела бы при отсутствии искривления траекторий капель воды. Этот коэффициент зависит от размера капель, толщины профиля крыла и воздушной скорости воздушного судна: чем крупнее капли, тоньше профиль крыла и больше воздушная скорость, тем больше интегральный коэффициент захвата. Коэффициент намерзания - отношение массы льда, наросшего на поверхности воздушного судна, к массе воды, осевшей за то же время на ту же поверхность.
Обязательным условием обледенения воздушных судов в полёте является отрицательная температура их поверхности. Температура окружающего воздуха, при которой было отмечено обледенение воздушных судов, варьируется в широких пределах - от 5 до -50 °С. Вероятность обледенения возрастает при температуре воздуха от -0 до -20 °С в переохлажденных облаках и осадках.
С увеличением воздушной скорости ВС интенсивность обледенения возрастает, как видно из формулы. Однако при больших воздушных скоростях возникает кинетический нагрев воздушных судов, препятствующий обледенению. Кинетический нагрев возникает вследствие торможения воздушного потока, которое приводит к сжатию воздуха и повышению его температуры и температуры поверхности ВС. Из-за влияния кинетического нагрева обледенение воздушных судов возникает чаще всего при воздушных скоростях менее 600 км/ч. Воздушные суда обычно подвергаются обледенению при взлёте, наборе высоты, снижении и заходе на посадку, когда скорости невелики.
При полётах в зонах атмосферных фронтов обледенение воздушных судов наблюдается в 2,5 раза чаще, чем при полётах в однородных воздушных массах. Это связано с тем, что фронтальная облачность является, как правило, более мощной по вертикали и более протяжённой по горизонтали, чем внутримассовая облачность. Сильное обледенение в однородных воздушных массах наблюдается в единичных случаях.
Интенсивность обледенения воздушных судов при полетах в облаках различных форм разная.
В кучево-дождевых и мощных кучевых облаках при отрицательной температуре воздуха почти всегда возможно сильное обледенение воздушных судов. Эти облака содержат крупные капли диаметром 100 мкм и более. Водность в облаках увеличивается с высотой.
21. Рекомендации по обеспечению безопасности полетов ВС
в условиях атмосферной турбулентности.
Федеральными авиационными правилами определены рекомендации по обеспечению безопасности полётов в зонах атмосферной турбулентности:
1. Перед входом в зону возможной болтанки или при внезапном попадании в зону сильной болтанки экипаж воздушного судна принимает меры к тому, чтобы пассажиры были пристегнуты к креслам привязными ремнями.
2. При попадании воздушного судна в зону сильной болтанкой летный экипаж принимает меры для немедленного выхода из нее. В контролируемом воздушном пространстве свои действия экипаж воздушного судна согласовывает с органом ОВД.
3. При полетах по ПВП в горной местности на высотах менее 900 м и попадании воздушного судна в зону сильной болтанки летный экипаж должен вывести из этой зоны воздушное судно только с набором высоты и одновременным докладом органу ОВД в контролируемом воздушном пространстве.
4. При попадании воздушного судна в зону сильной болтанки, угрожающей безопасности полета, командир воздушного судна имеет право изменить высоту полета с соблюдением мер безопасности полета.
5. При возникновении в полете признаков приближения к зоне сильной болтанки или получении соответствующей информации командир воздушного судна, если полет в ожидаемых условиях не разрешен РЛЭ или эквивалентным ему документом, принимает меры для обхода опасной зоны.
6. Вертикальные вихри, не связанные с облаками и обнаруживаемые визуально, летный экипаж обходит стороной. Вертикальные вихри (смерчи), связанные с кучево-дождевыми облаками, обнаруживаемые визуально, необходимо обходить на удалении не менее 30 км от их видимых боковых границ.
7. При невозможности обхода зоны с сильной болтанкой командир воздушного судна обязан принять решение о возврате на аэродром вылета или производстве посадки на ближайшем запасном аэродроме.
8. При подготовке к полету в горной местности летный экипаж обязан проанализировать метеоусловия и возможность образования сильных восходящих и нисходящих потоков воздуха, мощно-кучевых и кучево-дождевых облаков, а также орографической болтанки по маршруту полета и в зоне взлета и посадки.
9. При подготовке к полету и в полете в горной местности экипаж должен учитывать скоротечность изменчивости метеорологических условий погоды, направления и скорости ветра.
10. При выполнении полета в горной местности по ПВП летный экипаж оценивает признаки изменения погоды.
При пересечении по ПВП горного хребта командир воздушного судна учитывает наличие восходящих и нисходящих воздушных потоков.
Если при приближении к горному хребту наблюдаются нисходящие потоки и для выдерживания горизонтального полета требуется увеличение режима работы двигателя (двигателей) выше номинального, то преодоление горного хребта на высотах менее 900 м над рельефом местности не допустимо.
22. Рекомендации по обеспечению безопасности полетов ВС
в условиях обледенения.
В федеральных авиационных правилах изложены рекомендации по обеспечению безопасности полётов в зонах сильного обледенения:
1. Перед входом в зону возможного обледенения или при внезапном попадании в зону сильного обледенения экипажем должна быть включена противообледенительная система воздушного судна, если РЛЭ или эквивалентный ему документ не предусматривает другого порядка использования такой системы.
2. Если принятые меры по борьбе с обледенением воздушного судна оказываются неэффективными и не обеспечивается безопасное продолжение полета, командир воздушного судна по согласованию с органом ОВД в контролируемом воздушном пространстве изменяет высоту и/или маршрут полета для выхода в район, где возможно безопасное продолжение полета, или принимает решение об уходе на запасной аэродром.
23. Орографическая турбулентность.
Орографическая турбулентность возникает в результате роторной и роторно-волновой деформации воздушного потока над горами и над подветренной стороной гор.При обтекании горных препятствий структура воздушного потока резко меняется, причём изменения могут иметь как упорядоченный, так и случайный характер. К упорядоченным движениям относятся горные волны как следствие волновой деформации воздушного потока.
К движениям, имеющим случайный характер, относится орографическая турбулентность, возникающая как при потере устойчивости горных волн, так и вследствие механической деформации воздушного потока при его взаимодействии с подстилающей поверхностью (роторная деформация потока). Чаще всего над горами в воздушном потоке наблюдаются и упорядоченные, и турбулентные возмущения, возникающие вследствие роторно-волновой деформации воздушного потока.
Вероятность болтанки при полёте воздушных судов над горами выше вероятности её над равниной. Большая роль в развитии упорядоченных вертикальных потоков и орографической турбулентности над горами, и особенно над подветренной стороной гор, принадлежит характеру распределения ветра и температуры воздуха с высотой в набегающем невозмущённом воздушном потоке. Деформация воздушного потока зависит также от высоты и формы горного препятствия.
Развитие значительных вертикальных воздушных потоков и (или) орографической турбулентности наблюдается лишь при скорости ветра над горным препятствием больше 8-10 м/с, ветер должен быть направлен почти перпендикулярно горному препятствию.
Особенности выполнения полета над горной местностью. При выполнении полета над горной местностью необходимо:
1. Использовать для визуальной ориентировки, кроме крупных населенных пунктов, рек и озер, горные долины, характерные вершины гор, направление расположения горных хребтов, а также покров гор и их цвет.
3. Определять более часто угол сноса, путевую скорость самолета и ветер.
5. Подход самолета к горному аэродрому осуществлять через ДПРМ на высоте не ниже нижнего безопасного эшелона, а заход на посадку при любой метеообстановке производить только по установленной схеме.
6. При посадке на горном аэродроме, где атмосферное давление на уровне ВПП меньше предельного значения барометрического давления, нанесенного на шкале высотомера, диспетчер сообщает экипажу самолета, заходящего на посадку, кроме атмосферного давления барометрическую высоту ВПП. Эта высота определяется диспетчером по барометрическому высотомеру, шкала давлений которого установлена на отсчет 760 мм рт. ст. или при помощи таблицы Международной стандартной атмосферы по фактическому давлению на ВПП. Полученную высоту экипаж устанавливает на высотомерах при помощи подвижных индексов, вращая кремальеру по часовой стрелке. В этом случае при посадке самолета бортовые высотомеры должны показать нуль высоты.
24. Горные волны, их интенсивность.
Роторно-волновая деформация воздушного потока характеризуется наличием вихрей в атмосфере над подветренной стороной гор и образованием системы подветренных волн различной длины и амплитуды, которые называются горными или орографическими волнами. Горные волны могут достигать тропопаузы и даже проникать в стратосферу. Развитию горных волн благоприятствует устойчивая стратификация воздушной массы, взаимодействующей с горным препятствием, а также увеличение скорости ветра с высотой при неизменности его направления в этой воздушной массе.
Горные волны характеризуются длиной и амплитудой. Длина горной волны почти прямо пропорционально зависит от средней скорости ветра в слое атмосферы, где образуется горная волна. Поскольку с высотой скорость ветра увеличивается, длина горных волн в верхней тропосфере больше, чем в нижней тропосфере. Длина горных волн часто близка к 10 км, но может изменяться от 2 до 30 км.
Амплитуда горных волн зависит от высоты горного препятствия: чем выше горный хребет, тем больше амплитуда горных волн. С увеличением амплитуды горных волн увеличиваются скорости вертикальных движений в атмосфере, которые могут достигать 15 м/с и более.
При полёте воздушного судна в области горных волн может наблюдаться циклическая болтанка, обусловленная сильными упорядоченными восходящими движениями воздуха в гребнях волн и нисходящими движениями в ложбинах волн.
Признаком наличия горных волн в атмосфере являются чечевицеобразные облака, которые образуются в гребнях волн в результате восходящих движений достаточно влажного воздуха. Эти облака называются орографическими.
Горные волны обычно образуются на высотах выше 500 м. В мировой практике наблюдения за горными волнами оценивается их интенсивность. Горная волна считается:
а) сильной, если она сопровождается нисходящим потоком со скоростью 3 м/с или более и/или наблюдается или прогнозируется сильная турбулентность;
б) умеренной, если она сопровождается нисходящим потоком со скоростью от 1,75 до 3 м/с и/или наблюдается или прогнозируется умеренная турбулентность.
Влияние С движениями горных волн может быть связана турбулентность, особенно, если вертикальные потоки сильные, а длина волны маленькая. Как и все гравитационные волны, горные волны могут также опрокидываться, вызывая тогда сильную турбулентность.
При полете над горами мощная турбулентность воздуха вызывает сильную болтанку самолета. Расчеты показывают, что скоростные реактивные самолеты при полете в горах могут испытывать перегрузки, представляющие опасность для их конструкции.
25. Сдвиг ветра в приземном слое.
Сдвиг ветра - изменение скорости и/или направления ветра в пространстве, включая восходящие и нисходящие потоки воздуха. Сдвиг ветра можно обнаружить, наблюдая за движущимися в разных направлениях слоями облаков и шлейфами дыма.Причиной сдвига ветра может стать любое атмосферное явление или физическое препятствие на пути преобладающего воздушного потока, приводящее к изменению скорости и/или направления ветра.
Сильный сдвиг ветра на малых высотах (ниже 1000 м) - опасное для авиации метеорологическое явление. Неблагоприятное воздействие сдвига ветра особенно сильно проявляется на этапах набора высоты и захода воздушного судна на посадку.
Реакция воздушного судна на сдвиг ветра зависит от многих факторов: типа ВС, этапа полёта, интенсивности и длительности воздействия сдвига ветра на воздушное судно. Сдвиг ветра является невидимым и внезапным явлением для лётного экипажа. В настоящее время сдвиг ветра представляет серьёзную опасность для авиации, несмотря на то, что в последние годы число авиационных происшествий в мире, связанных со сдвигом ветра, уменьшилось.
Интенсивность сдвига ветра принято выражать в м/с на 30 м высоты. В случае посадки или взлёта воздушного судна, когда глиссада или траектория взлёта составляет известный угол (например, 3°), а путевая скорость ВС известна и относительно постоянна, величину сдвига ветра можно перевести из м/с/30м в м/с 2. выражая интенсивность сдвига ветра в единицах ускорения, что очень удобно для пилотов.
Интенсивность сдвига ветра
Сдвиг ветра, м/с на 30 м
Устойчивый сдвиг ветра сохраняется в определённом районе в течение относительно длительного периода времени (несколько часов) и связан со следующими объектами: а) атмосферными фронтами; б) фронтами морского бриза; в) горными волнами; г) препятствиями на пути преобладающего воздушного потока; д) струйными течениями на малых высотах.
Неустойчивый сдвиг ветра чаше всего наблюдается в зонах грозовой деятельности. Будучи связан с кучево-дождевыми облаками, фронтами порывов, нисходящими порывами, микропорывами, неустойчивый сдвиг ветра является маломасштабным, скоротечным, продолжаясь несколько минут. Неустойчивый сдвиг ветра перемещается с большой скоростью, обладает большой интенсивностью и является более опасным для авиации, чем устойчивый сдвигветра.
26. Влияние сдвига ветра на взлет и посадку ВС.
Сдвиг ветра влияет как на угол атаки, так и на воздушную скорость, тем самым оказывая воздействие на подъёмную силу и лобовое сопротивление и нарушая состояние равновесия ВС.
При наличии сдвига ветра горизонтальный ветер может резко измениться на сравнительно небольшом отрезке пути. Если ВС попадает в условия быстро изменяющегося ветра, то из-за действия силы инерции оно не может мгновенно ускорить или замедлить движение для восстановления исходной воздушной скорости. В течение короткого периода времени воздушная скорость меняется соответственно с изменением ветра.
Сдвиг ветра оказывает кратковременное влияние на воздушную скорость. Кратковременное изменение воздушной скорости приводит к изменению подъёмной силы и лобового сопротивления и нарушает равновесие сил, действующих на воздушное судно. Сдвиг ветра изменяет траекторию полёта ВС, и для того, чтобы ВС вернулось на заданную траекторию полёта, требуется вмешательство пилота.
При посадке и взлёте значительные отклонения воздушного судна от траектории полёта представляют большую опасность в связи с близостью земной поверхности, дефицитом времени и отсутствием мгновенной реакции ВС на управляющее воздействие пилота.
В случае посадки при ослабевающем встречном ветре ВС может опуститься ниже глиссады и приземлиться до начала ВПП («недолёт»).
В случае взлёта при ослабевающем встречном ветре ВС может опуститься ниже расчётной траектории полёта, что может стать причиной столкновения ВС с препятствиями вблизи аэродрома.
При усиливающемся встречном ветре в случае посадки воздушное судно может подняться выше глиссады и выкатиться за пределы ВПП.
При взлёте в условиях резкого усиления встречного ветра ВС может подняться выше расчётной траектории полёта, что может привести к переходу на закритические углы атаки и сваливанию ВС.
При быстром уменьшении воздушной скорости наблюдается «проваливание» воздушного судна относительно расчётной траектории полёта, а при внезапном увеличении воздушной скорости происходит «подбрасывание» воздушного судна. Наиболее опасным для полётов считается сдвиг ветра, приводящий к потере высоты, т.е. к «проваливанию».
Быстро ослабевающий встречный ветер точно так же уменьшает воздушную скорость, как и быстро усиливающийся попутный ветра. Усиление встречного ветра оказывает такое же кратковременное воздействие на воздушную скорость, увеличивая её, как и ослабление попутного ветра.
Сдвиг ветра, создаваемый восходящими или нисходящими воздушными потоками, оказывает влияние на угол атаки крыла, кратковременно изменяя этот угол. Со временем первоначальный угол атаки восстанавливается благодаря продольной устойчивости воздушного судна.
При полёте ВС в нисходящем или восходящем потоке воздух ударяет в крыло не горизонтально, а под небольшим углом к горизонтальной плоскости, который зависит от относительных величин воздушной скорости и скорости нисходящего или восходящего потока. Угол атаки крыла изменяется без изменения положения воздушного судна по тангажу.
Особую опасность представляет нисходящий поток, уменьшающий угол атаки при неизменности угла тангажа. Воздействие нисходящего потока на полёт ВС зависит от: конфигурации последнего, интенсивности нисходящего потока, положения нисходящего потока относительно траектории полёта ВС.
Нисходящий поток приводит к уменьшению подъёмной силы крыла и нарушает равновесие сил, действующих на воздушное судно. Появляется результирующая сила, направленная вниз от заданной траектории полёта. Действие восходящего потока имеет противоположную направленность.
Нисходящий поток оказывает на полёт воздушного судна такое же начальное воздействие, что и ослабевающий встречный или усиливающийся попутный ветер. Восходящий поток воздействует на воздушное судно таким же образом, как и усиливающийся встречный или ослабевающий попутный ветер. Однако воздействие нисходящего и восходящего потоков связано с кратковременным изменением угла атаки, а воздействие изменяющегося встречного или попутного ветра связано с изменением воздушной скорости.
27. Электризация ВС в полете.
Электризация ВС - процесс приобретение воздушным судном электрического заряда. Если полёт происходит при ясном небе и отсутствии явлений погоды, то воздушное судно приобретает незначительный электрический заряд, т.к. встречается с небольшим количеством атмосферных частиц. При полёте в облаках и осадках электризация воздушного судна может быть значительной.
Электрический заряд, приобретаемый воздушным судном, зависит от следующих факторов:
а) характеристики облаков и осадков - форма, размеры и число частиц облаков и осадков, их фазовое состояние, электрические заряды на частицах; напряжённость электрического поля атмосферы;
б) характеристики воздушного судна - его конструкция, материал покрытия, тип двигателей, параметры статических разрядников;
в) режим полёта - мощность двигателей, высота и скорость полёта.
Электрический заряд, приобретаемый воздушным судном, зависит от силы токов, заряжающих и разряжающих воздушное судно. Эти токи возрастают с увеличением скорости полёта ВС. Токи разряжения прямо пропорциональны квадрату скорости полёта, а токи заряжения воздушного судна возрастают прямо пропорционально примерно третьей степени скорости полёта ВС. Поэтому скоростные самолёты заряжаются сильнее, чем самолёты с небольшой скоростью. На крейсерских режимах полёта заряжение воздушного судна является более сильным, чем на минимально допустимых скоростях.
Заряжение воздушных судов в облаках и осадках - это проявление трибоэлектричества - статической электризации. При столкновении электрически нейтральной частицы облаков или осадков с поверхностью незаряженного воздушного судна частица отскакивает от неё и заряжается, а воздушное судно приобретает заряд, равный по абсолютной величине заряду частицы, но имеющий противоположный знак. Значения зарядов определяются характеристиками поверхностей частицы и воздушного судна.
Заряжение воздушных судов в кристаллических облаках происходит интенсивнее, чем в капельных облаках. Особенно сильная электризация воздушных судов отмечается при полётах в плотных перисто-слоистых облаках. Обледеневшее воздушное судно заряжается сильнее, чем воздушное судно с чистой металлической поверхностью.
Распределение электрического заряда на поверхности воздушного судна неоднородно. Плотность заряда резко повышается на концах крыльев, стабилизатора, киля, в носовой части фюзеляжа самолёта. Особенно сильное заряжение происходит на неметаллических частях поверхности воздушного судна.
Интенсивность электризации воздушных судов растёт с увеличением мощности и водности облаков, количества облачных элементов и напряжённости электрического поля.Электризация воздушных судов более интенсивна при полёте в облаках с более мелкими частицами, чем в облаке с более крупными частицами, но с такой же водностью.
Наибольшая вероятность приобретения воздушным судном значительного заряда - в ливневых кучево-дождевых облаках и мощных кучевых облаках. В слоистообразных облаках (Ns, As, Cs) вероятность электризации существенна, а в слоистых облаках (St) - очень мала.
28. Условия поражения воздушных судов электрическими разрядами вне зон грозовой деятельности.
Подавляющее число случаев поражения воздушных судов электрическими разрядами (около 80 %) происходит в облаках вне зон грозовой деятельности: в системе слоистообразных облаков Ns-As, маскирующих конвективную облачность; в массиве облаков Ns-As при отсутствии конвекции; в слоисто-кучевых облаках.
Поражение воздушного судна электрическим разрядом непосредственно связано с наличием электрического заряда на его поверхности и происходит в результате взаимодействия заряженного воздушного судна с облаком, имеющим заряд, знак которого противоположен знаку заряда воздушного судна. Электрическое заряжение воздушного судна, возникшее в результате электризации, является существенным фактором поражения его электрическим разрядом.
Электрическое поле в атмосфере существует всегда. При отсутствии облаков, явлений погоды (осадков, тумана, дымки, метели) и при слабом ветре напряжённость электрического поля у поверхности земли составляет около 100 В/м и убывает с высотой в тропосфере по экспоненциальному закону. Появление в атмосфере облаков и осадков сильно изменяет её электрические характеристики: увеличивается проводимость, возникают сильные электрические поля.
Сильное электрическое поле, существующее у поверхности воздушного судна вследствие его заряжения, может, во-первых, изменить траекторию молнии, возникшей естественным путём; во-вторых, инициировать электрический разряд в облаке. Уменьшая электрический заряд воздушного судна, можно снизить вероятность поражения его электрическим разрядом.
Поражения воздушных судов электрическими разрядами вне зон грозовой деятельности чаще всего происходят при взлёте, наборе высоты и при снижении воздушных судов на высотах от 0,5 до 4,0 км в слоистообразных облаках при выпадении осадков. В горизонтальном полёте, например, при полёте по кругу, также может произойти поражение воздушного судна электрическим разрядом.
Продолжительность полёта воздушного судна в облаках и осадках перед возникновением электрического разряда составляет от нескольких десятков секунд до 15 мин, чаще всего 1-2 мин.
Наличие частиц осадков в облаке, смешанное фазовое состояние облака являются необходимыми условиями образования в нём зон высокой электрической активности.
Электрически активные зоны в массиве облаков Ns-As и в слоисто-кучевых облаках - это неоднородности, для которых характерны повышенные значения водности, радиолокационной отражаемости и напряжённости электрического поля по сравнению с фоновыми характеристиками этих облаков.
При полёте ВС в электрически активных зонах облаков происходит быстрое увеличение напряжённости электрического поля вблизи пластмассовых обтекателей бортовых РЛС, концов крыльев и заострённых частей ВС. Именно в эти части ВС чаще всего происходят электрические разряды.
Электрические разряды в воздушное судно напоминают вспышку при электросварке и сопровождаются негромким хлопком. При разряде чаще всего повреждаются антенно-фидерные устройства, радиолокатор, выходит из строя радиосвязь. В корпусе воздушного судна при разряде часто прожигается отверстие размером от 1 до 20 см. Обычно это происходит в лобовой части корпуса, где оседает большая часть электрических зарядов. При разряде может нарушиться герметичность кабины экипажа, могут выйти из строя аэронавигационные и пилотажные приборы. Самолеты с турбореактивными двигателями поражаются электрическими разрядами примерно в три раза чаще, чем самолеты с турбовинтовыми двигателями.
Большинство электрических разрядов в ВС происходит на атмосферных фронтах (97 % случаев) и очень редко (3 % случаев) - во внутримассовой облачности. Наибольшая вероятность поражения воздушных судов электрическими разрядами вне зон грозовой деятельности характерна для холодных фронтов и фронтов окклюзии на удалении примерно до 100 км от приземной линии этих фронтов. В зоне тёплых фронтов поражение воздушных судов электрическими разрядами наблюдается редко.
Сдвиг ветра - изменение направления и/или скорости ветра в пространстве, включая восходящие и нисходящие потоки.
Различают вертикальный и горизонтальный сдвиг ветра.
Особо опасным является резкое изменение ветрового режима в приземном слое вдоль траектории движении ВС, которое может оказаться неожиданным для экипажа. ВС пересекает самый нижний слой атмосферы в такое короткое время, что ограниченный запас высоты, скорости, и приемистости двигателей не всегда позволяет своевременно парировать влияние резкого изменения ветра. В таблице указаны критерии интенсивности сдвига ветра, как по направлению, так и по интенсивности.
Вертикальный сдвиг ветра на 30 м высоты; горизонтальный сдвиг ветра на 600 м, м/с
Вертикальный сдвиг ветра (включая восходящие и нисходящие потоки), равный 4-6 м/с и более, в слое 30 м высоты относится к опасным для полетов метеорологическим условиям в районе аэродрома. Взлет, заход на посадку ВС в условиях сильного сдвига ветра запрещаются.
Причинами возникновения сдвига ветра на малых высотах могут быть:
1. Микропорывы представляют собой нисходящие потоки холодного воздуха, поперечные размеры которых, как правило, колеблются от не менее 1 км до более 3 км, а скорость приближения к земле может превышать 125 км/ч.
2. Нисходящие потоки расходятся по мере приближения к поверхности земли, создавая сильные горизонтальные ветры, а затем сворачиваются в "вихревые кольца".
3. При попадании ВС в микропорыв оно может первоначально столкнуться с дополнительной подъемной силой вихревых и встречных ветров, а затем с сильными нисходящими потоками в центре микропорыва, за которыми возникают сильные попутные ветры по мере достижения ВС противоположной границы микропорыва.
На участке протяженностью 3 км ВС может сталкиваться со средним ветровым смещением равным 88 км/ч и со смещением, которое может превысить 120 км/ч. В некоторых случаях ВС испытывает неоднократные изменения ветра, превышающие 80 км/ч за период менее 30 с, сталкиваясь одновременно с разными вращательными смещениями. Все это создает значительные трудности для экипажа, особенно на малых высотах, на которых возникают такие условия.
Сильный сдвиг ветра может привести к катастрофе. По мнению экспертов, за последнее десятилетие количество авиапроисшествий и инцидентов, в которых сдвиг ветра был отмечен как сопутствующий фактор, заметно уменьшилось. Однако именно сдвиг ветра представляет серьезную опасность для авиации.
За прошедшие 40 лет по меньшей мере два десятка случаев были напрямую связаны с его Величеством ветром. Насколько серьезна проблема сдвига ветра, показывают следующие примеры.
1972, 4 мая. Як-40 потерпел катастрофу при посадке на аэродром Братска (Россия). В зоне сильного сдвига ветра экипаж потерял контроль над воздушным судном. Погибли все 18 человек, находившиеся на борту.
1975, 24 июня. Boeing 727-225 при заходе на посадку на аэродроме Нью-Иорк попал в сдвиг ветра и сильную грозу. Самолет начал сносить огни подхода на удалении 2400 футов от посадочного торца ВГШ, загорелся и упал до аэродрома. Погибли 106 пассажиров и 6 членов экипажа. Между тем, за 10 минут до катастрофы экипаж выполнившего посадку DC-8 сообщил диспетчеру о сильном сдвиге ветра на ВПП. Однако посадки продолжались.
1978, 15 ноября. В Шри-Ланке McDonnell Douglas DC-8-63 при попытке приземлится, в условиях грозы и сдвига ветра, столкнулся с землей. Погибли 183 человека.
1980, 7 июля. Через две минуты после взлета с аэропорта Алматы Ту-154 на высоте 120-150м вошел в зону аномально высокой температуры до +40 0 С и сильного попутного ветра. Подъемная сила ВС уменьшилась, и он упал в 5км от ВПП. Погибли 163 человека.
1985, 2 августа. Самолет L-1011 TriStar1 при посадке в аэропорт Лос-Анджелеса (США) в условиях грозы, на высоте 180м попал в сильный сдвиг ветра с вертикальным направлением к земле. При включенных на максимальный режим двигателях произошло столкновение с землей: самолет пересек автодорогу, буквально раздавив проезжавшую машину, и на скорости 400 км/ч врезался в водонапорную башню аэропорта. Погибли 134 из 163 находящихся на борту человек. После этой авиакатастрофы были внесены серьезные дополнения в программы тренировочных центров пилотов, а также в прогнозирование погоды в части сдвига ветра в зонах аэропортов по всему миру. Но…
1989, 4 сентября. Ил-62 потерпел катастрофу при взлете с аэродрома Гаваны (Куба). Экипаж принял решение о взлете в условиях сильного ливневого дождя и сдвига ветра. Погибли все 126 человек, находившиеся на борту, а также 45 человек на земле, после того, как самолет врезался в навигационную вышку и упал на частные дома.
1998, 10 марта. ВАе-146 летел в аэропорт Хванге (Зимбабве). При снижении КВС сообщил, что впереди – гроза, однако диспетчер дал погоду на аэродроме: слабый дождь, ветер у земли – 8 узлов. На высоте 750 футов ВС попал в зону ливневого дождя и сильного сдвига ветра. Со взлетным режимом работы двигателей борт неумолимо снижался с вертикальной скоростью 12 м/сек, «прошелся» по верхушкам деревьев и повредил переднюю стойку шасси. Уйдя на второй круг, КВС решил лететь на запасной аэродром. Экипаж произвел посадку на основных стойках шасси на покрытую пеной ВПП.
2009, 6 октября. Экипаж A319, из-за плохих метеоусловий в Палермо (Италия), решил лететь в Трапани, но при посадке ушел на второй круг – из-за сильного ливневого дождя был потерян визуальный контакт с ВГШ. После этого экипаж решил уйти на аэродром Катания, где самолет попал в зону сильной болтанки и града. Но посадка прошла благополучно. Были повреждены носовой обтекатель и крыло.
2010, 24 сентября. Снова – Палермо. Заход на посадку экипаж A319 выполнял по системе VOR в условиях грозы и сдвига ветра. Борт коснулся земли до ВГШ, столкнулся с антенной ИЛС, повредив носовую часть и антенну, остановился на пересечении двух ВГШ. Основные стойки шасси сложились. Пассажиров эвакуировали по надувным трапам. Самолет получил значительные повреждения.
2011, 8 февраля. А320-214 выполнял рейс в Калининград. На предпосадочной прямой борт попал в зону сильного сдвига ветра с порывами до 27м/сек. Экипаж прекратил заход на посадку и принял решение об уходе на запасной аэродром, где благополучно приземлился.
2011, 8 августа. При посадке Ан-24 в аэропорту Благовещенска в условиях ливня и сильных порывов ветра произошло столкновение с деревьями с боковым уклонением 210м вправо от ВПП и 50м до входного порога. Экипаж и пассажиры получили травмы различной степени тяжести. Самолет – значительные повреждения.
2012, 1 июня. A380 выполнял рейс из Дубая (ОАЭ) в Торонто (Канада). После получения разрешения на посадку экипаж ушел на второй круг с высоты 600 футов из-за предупреждения о сдвиге ветра.
2013, 15 марта. При взлете Вoeing 737 с аэродрома Красноярска командир принял решение о прекращении взлета при срабатывании сигнализации о сдвиге ветра…
Cкрытое и непредсказуемое
Специалисты знают, что сдвиг ветра (англ. wind shear) это векторная разность (или градиент) скоростей ветра в двух точках пространства, отнесенная к расстоянию между ними. Проще – резкое изменение направления и (или) скорости ветра в атмосфере на очень небольшом расстоянии. Скрытое и трудно предсказуемое явление. Несмотря на его давнюю очевидность («воздушные ямы»), официальной авиационной метеорологией оно отрицалось вплоть до 1970-х, когда заметно изменились летательные аппараты (увеличение массы и инертности), условия и интенсивность их эксплуатации. Рост статистики летных происшествий при взлете и посадке по, казалось бы, необъяснимым причинам, заставил обратить внимание на это явление. Сущность сдвига ветра в том, что если одна из составляющих турбулентного вихревого возмущения воздуха совпадает с направлением полета ВС и его скорость сравнима со скоростью потока, обтекающего крыло, то происходит как бы его торможение (вплоть до нуля) или ускорение. Подъемная сила резко меняется, и ВС, имеющее на посадке малые скорость и высоту, может изменить траекторию движения, вплоть до падения. Горизонтальные составляющие являются продолжением кольцевых струй так же расположенных вихрей, имеющих и вертикальные составляющие. Поэтому можно, с достаточной точностью, оценивать сдвиг по изменению скорости ветра, 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. Сдвиг бывает положительным и отрицательным. Положительный – когда скорость ветра на высоте больше, чем у земли. Отрицательный – когда скорость на высоте меньше, чем у земли. Изменения направления и (или) скорости ветра в определенном слое атмосферы могут сочетаться с турбулентностью и (или) сильными вертикальными потоками воздуха, поэтому-то сдвиги ветра относятся к категории опасных внешних воздействий среды. Классифицируют устойчивые и неустойчивые сдвиги ветра. Устойчивый связан, например, с заметными температурными инверсиями на малых высотах, горными волнами, обтеканием потоком препятствий и т.п. имеет тенденцию затрагивать определенный район и сохраняться долгое время (несколько часов). Неустойчивый сдвиг ветра обусловлен конвективной облачностью, грозами, обычно скоротечен (минуты), маломасштабен, перемещается с большой скоростью, обладает высокой интенсивностью.
ICAO рекомендует следующую градацию сдвига ветра попризнакам вертикального потока :
Согласно правилам полетов над территорией стран СНГ, сильный сдвиг ветра,
при котором запрещаются взлет и посадка, это 5 м/с на 30 м высоты.
Поскольку сдвиг ветра опасен для полета, особенно при взлете и посадке в непосредственной близости от земли, актуальной задачей является разработка систем обнаружения и предупреждения сдвига ветра, оповещения о нем в аэропортах, а также создание и определение стандартных моделей сдвига ветра. Важно также совершенствовать летную подготовку пилотов с помощью имитации сдвига ветра на тренажерных комплексах. Однако действующие системы оповещения о сдвиге ветра носят инструментальный характер, основываясь на измерениях с помощью Л датчиков ветра. Еще в 1983-м ИКАО обращало внимание на моделирование воздушной обстановки в зоне аэропорта с учетом рельефа местности. Это касается, в основном, аэрогидродинамических испытаний на уменьшенных моделях. Но и тогда, и сейчас такой способ получения информации весьма сложный и дорогостоящий. Поэтому он был рекомендован для оценки опасных ситуаций лишь в особых случаях, когда сложившиеся обстоятельства оправдывают производимые затраты, например, в районе Гибралтара или при анализе воздушного потока над Кипром. Прогресс вычислительных технологий последнего десятилетия характеризуется повышенным вниманием к разработке моделей окружающей среды. Так в 1998-м в Оксфорде это научное направление было определено как одно из приоритетных в гидродинамике наряду с моделированием турбулентности и решением сопряженных задач. Речь идет о создании автоматизированного прогностического комплекса, позволяющего моделировать орографию местности в районе аэродрома и анализировать ее влияние на формирование ветра, опасных для авиации условий погоды в приземном слое атмосферы. С практической стороны такой комплекс предназначается не только для определения рационального размещения строящихся или перестраиваемых аэропортов, но и может служить основой эксплуатационной системы оперативной оценки критических по сдвигу ветра условий взлета-посадки ВС, особенно в районах со сложным рельефом. Изучению динамики ВС при сдвиге ветра, определению рекомендаций экипажу, гарантирующих безопасность летной эксплуатации при попадании воздушного судна в зону сдвига ветра, последние годы уделялось особое внимание. Уменьшению количества катастроф, связанных со сдвигом ветра способствовали успехи в разработке наземного и бортового оборудования, предназначенного для обнаружения сдвига ветра и предупреждения экипажа ВС и диспетчера УВД о нем. С учетом этих технических разработок внесены поправки в соответствующие нормативные документы ИКАО. Наряду с разработкой оборудования обеспечен более высокий уровень учебной подготовки эксплуатационного персонала по сдвигу ветра, охватывающей такие аспекты, как разъяснение феномена и распознавание сдвига ветра, методы уклонения от него при посадке и взлете. Разработаны рекомендации по технике пилотирования, чтобы пилот мог восстановить нормальное положение ВС при встрече со сдвигом ветра. Проблема продолжает быть актуальной. Экипаж ВС по-прежнему не располагает 100%-но достоверной информацией о сдвиге ветра в районе аэродрома. Динамика ВС при попадании в условия сдвига ветра зависит от многих факторов и в каждый момент полета предельные значения сдвига ветра, при которых возможен благополучный исход полета, могут меняться.
Николай ЗОБОВ, председатель Комиссии по гармонизации и координации программ по обеспечению безопасности полетов МАК:
- Важно, чтобы диспетчеры ОВД, пилоты-любители, коммерческие и линейные пилоты владели знаниями и умениями, позволяющими при выполнении своих профессиональных обязанностей правильно и быстро понимать и использовать метеоинформацию, сводки, прогнозы и предупреждения о турбулентности и сдвиге ветра. Курс подготовки пилотов на тренажере должен включать учебные модули по распознаванию сдвига ветра, уклонению от него и восстановлению нормального положения ВС. Межгосударственный авиационный комитет на 12-й Аэронавигационной Конференции предложил ИКАО, в рамках блочной модернизации авиационной системы, рассмотреть вопрос создания рабочей группы для разработки и внедрения эффективных способов повышения безопасности полетов и пропускной способности аэродромов, зон и районов в условиях вихревой турбулентности. Для уменьшения влияния на безопасность полетов такого аварийного фактора, как сдвиг ветра, органу, обеспечивающему УВД, необходимо неукоснительно выполнять требования Правил аэронавигационного обслуживания ИКАО «Организация воздушного движения» (PANS-ATM), а именно:
Для выявления сдвига ветра на аэродромах используют как обычные метеоприборы, так и спецоборудование для обнаружения и измерения сдвига ветра на малых высотах. В ряде стран устанавливают анемометры с вынесенными датчиками, которые смонтированы на телебашнях и мачтах, расположенных около аэродромов, а также на возвышенностях вблизи траектории захода на посадку. На многих аэродромах необходима установка нескольких анемометров для получения данных о приземном ветре на таких критически важных участках ВПП, как зона взлета и приземления. Установка нескольких анемометров дает информацию о горизонтальном сдвиге ветра, что положено в основу разработки специальной системы предупреждения о сдвиге ветра – система оповещения о сдвиге ветра на малых высотах (LLWAS).
