4.1. Движение воздуха относительно земной поверхности

Воздействие на полет воздушного судна постоянного и переменного ветров

Ветром называется движение воздуха относительно земной поверхности, которое может происходить в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

В зависимости от величины градиентов вектора ветра по скорости и направлению различают постоянный и переменный ветры.

Постоянный ветер – ветер, при котором движение воздуха близко к ламинарному потоку, при этом возможны небольшие изменения ветра, соизмеримые с погрешностями выдерживания скорости и курса полета. В этом случае можно считать, что воздействие ветра на систему «экипаж – воздушное судно» проявляется только в изменении путевой скорости и угла сноса.

Путевая скорость – скорость полета ВС относительно земной поверхности.

Угол сноса (УС) – угол, заключенный между вектором воздушной скорости (или продольной осью ВС) и вектором путевой скорости. С небольшой погрешностью можно принять, что вектор воздушной скорости совпадает с продольной осью ВС. УС отсчитывается от вектора воздушной скорости вправо со знаком «плюс», влево – «минус». Диапазон изменения УС составляет ± 180 °.

С небольшой погрешностью, приемлемой в летной эксплуатации, путевая скорость определяется сложением скорости полета ВС относительно воздуха и встречной или попутной составляющей скорости вектора ветра:

Расчеты выполняются на линейке НЛ-10 или навигационном калькуляторе.

Значение угла сноса ВС зависит от воздушной скорости полета и боковой составляющей скорости вектора ветра и приблизительно может быть рассчитано по формуле

где Uбок – боковая составляющая скорости ветра, м/с;

60 – округленный коэффициент перевода радиан в градусы.

Формула (4.2) дает приемлемую точность расчета для небольших значений угла сноса, т. е. в диапазоне выполнения условия

Из формулы (4.2) видно, что УС при одинаковой боковой составляющей будет обратно пропорционален воздушной скорости полета, т. е. чем больше Vист, тем меньше УС, и наоборот.

Неустойчивый, переменный ветер – ветер, характеризующийся высокочастотными колебаниями скорости и (или) направления (1–3 Гц). Переменный ветер определяет турбулентное состояние воздушных потоков, которые приводят к болтанке ВС, проявляющейся в возникновении знакопеременных перегрузок. При слабой болтанке возможны отдельные легкие вздрагивания ВС. Умеренная болтанка сопровождается частыми толчками, связанными с покачиванием ВС и изменением высоты, не вызывающими затруднений в пилотировании. Резкие вздрагивания и отдельные броски ВС, сопровождающиеся большими частыми кренами и рысканьями, происходят при сильной болтанке. Последняя ухудшает устойчивость и управляемость ВС, искажает показания некоторых пилотажных приборов (указателя скорости, высотомера и др.), создает дополнительные напряжения в отдельных узлах, деталях и может привести к их деформации и даже разрушению, вызывает утомляемость, а иногда воздушную болезнь у пассажиров и членов экипажа.

Болтанка возникает и при горизонтальных порывах ветра, которые изменяют подъемную силу и силу лобового сопротивления. Но изменения эти небольшие, так как скорость горизонтального порыва ветра мала по сравнению со скоростью полета. Горизонтальные порывы ветра существенного влияния на равновесие ВС не оказывают.

Интенсивность болтанки оценивается приращением перегрузки (табл. 4.1).

Вертикальные или горизонтальные порывы ветра, характеризующиеся низкочастотными колебаниями градиента ветра, при воздействии на ВС приводят к резкому изменению значений угла атаки (a), вертикальной скорости (Vу) и перегрузки (Nу).

Поскольку величина перегрузки при этом может достигнуть разрушающих значений, то «Нормы летной годности самолетов транспортной категории» [7] накладывают ограничение на величину вертикального порыва, равное 18 м/с, которое учитывается при расчете на прочность конструкции ВС, а при эксплуатации ВС ГА величина вертикального порыва из-за возможности выхода на критические углы атаки ограничивается скоростью, равной 6–9 м/с, в зависимости от высоты полета и типа ВС. Восходящие (нисходящие) потоки воздуха при воздействии на ВС не создают знакопеременных нагрузок, так как воздушный поток стабилен и имеет вектор движения в вертикальной плоскости. При встрече с восходящим (нисходящим) потоком воздуха ВС испытывает бросок вверх (или вниз) и может перейти в пикирование с недопустимым увеличением скорости или кабрирование с потерей скорости. При воздействии вертикального порыва ветра значительной силы возможен выход ВС за критические углы атаки, в результате чего происходит его сваливание. Вне грозовых облаков вертикальные порывы ветра могут достигать 10–12 м/с и вызывать приращение перегрузки ВС до 0,9 – 1g. В грозовых кучево-дожде- вых облаках были зарегистрированы порывы ветра до 15 м/с, вызывающие перегрузку до 2g.