Оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полёта по маршруту Екатеринбург-Дудинка - Курсовая работа
Физико-географическое описание района полета. Количественный анализ отклонения температуры воздуха. Оценка изменения предельно допустимой высоты полёта самолёта по маршруту Екатеринбург–Дудинка при средней температуре за месяц с учётом выработки топлива.
При низкой оригинальности работы "Оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полёта по маршруту Екатеринбург-Дудинка", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Погода с устойчивой положительной температурой устанавливается, в среднем, в конце марта-начале апреля , а с устойчивой средней температурой ниже нуля - в конце октября-начале ноября.За всю историю наблюдений в Екатеринбурге было 15 зим без оттепелей и 5 зим с 1 оттепелью. Взаиморасположение кривых стратификации и кривой распределения температуры с высотой в СА дает возможность провести качественный анализ температурного режима. Для определения количественных характеристик отклонений температуры реальной атмосферы от стандартной снимаем значение с кривых стратификации средней, минимальной и максимальной температуры, а также температуры СА на высотах 1, 5, 10, 15 км. Проанализировав данные нанесенные на аэрологическую диаграмму и данные полученные в таблицах 1-4 можно сделать выводы, что: В марте в Дудинке средняя температура ниже СА на 27?С на высоте 1км. По этим данным на кривой распределения температуры воздуха с высотой в СА отмечаем предельно допустимые высоты для каждого полетного веса. температура самолет топливоИсходя из вышеприведенной физико-географической и климатической характеристик маршрута Екатеринбург-Дудинка, анализа изменения высоты тропопаузы и распределения температур по высотам в различные сезоны года, можно сделать вывод, что с повышением температуры уменьшается высота полета воздушного судна для одной и той же полетной массы. Основное отрицательное влияние на полет будут оказывать повышение температуры воздуха осенью, в сентябре, выше стандартной в среднем на 16С для Дудинки и более 20 градусов по Цельсию (а максимальные превышения температуры на маршруте доходит до 18С), в районе Дудинки.
Введение
Задачи, которые будут выполнены в курсовой работе: Физико-географический анализ района полета;
Характеристика и графический анализ аэроклиматических данных путем построения кривых распределения (стратификации) средней, максимальной и минимальной температуры по высотам за теплый и холодный периоды года и выполнение качественного анализа температурного режима района полета;
Количественный анализ данных по отклонению температуры реальной атмосферы от стандартной, оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельно допустимую высоту полета самолета Ил-62;
Построение вспомогательной номограммы и выполнение анализа по предельно-допустимой высоте полета в зависимости от полетного веса самолета Ил-62;
Построение зависимости полетного веса и предельно допустимой высоты полета;
Анализ влияния температурного режима на уровне предельно допустимой высоты на максимально допустимую истинную скорость полета самолета Ил-62 за каждый месяц пунктов вылета и назначения;
Конечная цель этой курсовой работы - это выполнение анализа по особенностям температурного режима по заданному маршруту полета и практические рекомендации при выборе безопасного эшелона полета и максимально допустимой скорости полета по заданной трассе.
1. Маршрут полета: Екатеринбург-Дудинка
Физико-географическое описание района полета
Екатеринбург
Екатеринбург находится в зоне умеренно-континентального климата с характерной резкой изменчивостью погодных условий, хорошо выраженными сезонами года. Уральские горы , несмотря на их незначительную высоту, преграждают путь массам воздуха, поступающим с запада, из европейской части России. В результате Средний Урал оказывается открытым для вторжения холодного арктического воздуха и сильно выхоложенного континентального воздуха Западно-Сибирской равнины; в то же время с юга сюда могут беспрепятственно проникать теплые воздушные массы Прикаспия и пустынь Средней Азии. Поэтому для Екатеринбурга и характерны резкие колебания температур и формирование погодных аномалий: зимой - от суровых морозов до оттепелей и дождей, летом - от жары выше 35 °C до заморозков. Снежный покров умеренный, достигает своей максимальной высоты в феврале - 42 см, однако абсолютный максимум высоты снежного покрова принадлежит марту (81 см).
Средняя температура воздуха в Екатеринбурге, по данным многолетних наблюдений, составляет 3 °C. Самый холодный месяц в городе - январь со средней температурой ?12,6 °C. Самый теплый месяц - июль, его среднесуточная температура 19 °C. Самая высокая температура, отмеченная в Екатеринбурге за весь период наблюдений, 38,8 °C (1 июля 1911 года ), а самая низкая ?46,7 °C (31 декабря 1978 года ). Погода с устойчивой положительной температурой устанавливается, в среднем, в конце марта -начале апреля , а с устойчивой средней температурой ниже нуля - в конце октября -начале ноября.За всю историю наблюдений в Екатеринбурге было 15 зим без оттепелей и 5 зим с 1 оттепелью.
Осадки, относительная влажность воздуха и облачность
Среднегодовая сумма осадков в Екатеринбурге - около 537 мм. Влажность воздуха за год составляет около 71 %, от 57 % в мае до 79 % в декабре-январе.
Большая часть атмосферных осадков выпадает летом, максимум их приходится на июль, а минимум - на март. В течение года среднее количество дней с осадками - около 230 (от 14 дней в мае до 24 дней в декабре). Самым дождливым месяцем был сентябрь 1987 года , когда выпало 229 мм осадков (при норме 55 мм). Самым засушливым месяцем был апрель 1904 года , когда в Екатеринбурге не наблюдалось осадков вообще.
Климат Екатеринбурга
Показатель Янв. Фев. Март Апр. Май Июнь Июль Авг. Сен. Окт. Нояб. Дек. Год
Город Дудинка относится к районам Крайнего Севера . Климат Дудинки суровый субарктический. Среднегодовая температура составляет ?9.4 °C. Зима долгая и суровая, морозы могут достигать ?50 °C и более. Зимой оттепели исключены. Всего четыре месяца в Дудинке наблюдается положительная средняя температура. Лето короткое и прохладное, хотя в отдельные годы возможны температуры 30 °C и более.
Климат Дудинки
Показатель Янв. Фев. Март Апр. Май Июнь Июль Авг. Сен. Окт. Нояб. Дек. Год
Абсолютный максимум, °C ?0,3?0,74,58,826,531,232,828,524,512,32,0?0,132,8
Средний максимум, °C ?22,9 ?22,7 ?16,2 ?9,3 ?1,1 11,0 18,9 15,6 7,4 ?5 ?16,4 ?21,2 ?5,2
Средняя температура, °C ?26,8 ?26,6 ?21,2 ?15,1 ?5 6,4 13,8 11,2 4,0 ?7,9 ?20,5 ?25,1 ?9,4
Средний минимум, °C ?30,6 ?30,7 ?26,1 ?19,7 ?8,3 3,5 9,7 7,8 1,8 ?10,7 ?24,1 ?28,9 ?13
2. Количественный анализ отклонения температуры воздуха от СА
Характеристика исходных аэроклиматических данных: Наименование аэрологического пункта: Екатеринбург
Изобар. пов-ти Месяц: Март Месяц: Сентябрь
Н tcp tmin tmax Н tcp tmin tmax
1000 0,13 - -28 14 0,12 - -4 26
850 1,42 -7,8 -29 9 1,48 6,4 -10 22
700 2,99 14,9 -33 0 3,00 -3,5 -21 19
500 5,58 -29,0 -48 -15 5,59 -18,3 -38 7
300 9,12 -51,0 -62 -36 9,15 -43,0 -57 -30
200 11,72 -52,8 -71 -40 11,75 -52,0 -66 -37
100 16,12 52,3 -64 -44 16,12 -49,0 -59 -39
Давление и температура на уровне тропопаузы ртр = 200 ртр = 200 мбар ттр = -57,8 ттр = -52
Наименование аэрологического пункта: Дудинка
Изобар. пов-ти Месяц: Март Месяц: Сентябрь
Н tcp tmin tmax Н tcp tmin tmax
1000 0,12 - -40 -3 0,09 - -8 17
850 1,32 -20,1 -34 -8 1,40 -2,0 -9 11
700 2,75 -24,6 -38 -12 2,91 -8,9 -11 3
500 5,13 -38,1 -51 -27 5,44 -23,9 -19 -10
300 8,52 -54,5 -61 -42 9,02 -47,2 -36 -34
200 11,13 -54,5 -66 -39 11,64 -50,6 -56 -40
100 15,23 -40,8 -63 -40 16,18 -46,9 -61 -40
Давление и тем-ра на уровне тропопаузы ртр 11,13 ртр 11,64 ттр -54,5 ттр -50,6
По исходным данным на бланке аэрологических диаграмм строим кривые распределения (кривые стратификации) средней, минимальной и максимальной температуры соответственно за теплый и холодный период года. Взаиморасположение кривых стратификации и кривой распределения температуры с высотой в СА дает возможность провести качественный анализ температурного режима. Если кривая стратификации расположена правее аналогичной кривой в СА, следовательно, воздух в реальной атмосфере теплее, чем в СА и наоборот.
Для определения количественных характеристик отклонений температуры реальной атмосферы от стандартной снимаем значение с кривых стратификации средней, минимальной и максимальной температуры, а также температуры СА на высотах 1, 5, 10, 15 км. Используем эти данные для того, чтобы рассчитать ?t: отклонения реальной температуры тф от стандартной тса на указанных высотах по формуле: ?t = тф - тса
Таблица расчетов отклонения реальной температуры от температуры СА на определенных высотах.
Таблица 1.
Высота, км Дудинка МАРТ тср tmin tmax tca ?tср ?tmin ?tmax
Проанализировав данные нанесенные на аэрологическую диаграмму и данные полученные в таблицах 1-4 можно сделать выводы, что: В марте в Дудинке средняя температура ниже СА на 27?С на высоте 1км. По мере возрастания высоты разница фактической температуры и СА уменьшается. На высоте 15км температура становиться на 12 ?С теплее СА.
В сентябре в Дудинке средняя температура ниже СА на 8,5?С на высоте 1км. По мере возрастания высоты разница фактической температуры и СА уменьшается. На высоте 15км температура становиться на 8,5 ?С теплее СА.
В Екатеринбурге в марте температура на высоте 1км в среднем на 14,5 ?С ниже стандартной. Разница между фактической температурой и СА сокращается по мере набора высоты.
В Екатеринбурге в сентябре практически совпадает со стандартной во всем диапазоне высот.
В среднем, при полете по маршруту Екатеринбург-Дудинка в марте будет наблюдаться понижение температуры: от -3С ниже СА до -4,5С ниже СА на высоте 10км;
и повышение температуры: от 2,5С выше СА до 12С выше СА на высоте 15км;
При полете по маршруту Екатеринбург в сентябре будет наблюдаться следующий характер температуры: от 3С выше СА до 1,5С выше СА на высоте 10км;
от 6,5С выше СА до 8,5С выше СА на высоте 15км;
3. Количественная оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на потолок самолета
В данной главе произведем оценку влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельную допустимую высоту полета ВС, а также на предельно допустимую истинную скорость ВС.
Предельно допустимая высота полета самолета зависит от многих факторов, в т.ч. и от атмосферных условий. При полетах на высотах, близких к потолку, ухудшается устойчивость и управляемость самолетов. Полет на таких высотах выполняется с большим, чем обычно, углом атаки. В случае попадания самолета в область сильных восходящих потоков воздуха и положительных отклонений температуры от СА, возможен выход на закритический угол атаки, и как следствие возможна потеря устойчивости, срыв воздушного потока, помпаж и остановка двигателей.
Правильная оценка и анализ фактической температуры необходим для обеспечения безопасности полета на высотах близких к практическому потолку.
В гражданской авиации для обеспечения безопасности полета устанавливается предельно допустимая высота полета Нп.д. Она на 1 - 2 км меньше практического потолка.
Изменение потолка (барометрической высоты полета) можно рассчитать по следующей приближенной формуле: ?Нп.д.= - k*(тф-tca) = -k*?tca
Где:k - эмпирический коэффициент (для большинства реактивных самолетов равный приблизительно 50 м/1°?t), показывающий, на сколько метров изменится потолок самолета, если стандартная температура воздуха изменится на 1?С;
тф и тст - соответственно фактическая и стандартная температуры воздуха.
Для практического учета изменения потолка ВС и предельных высот полета необходима информация о фактическом состоянии атмосферы. Потолок ВС меняется аналогично изменению высот изобарических поверхностей. Барометрическую и абсолютную высоту полета можно определить с помощью аэрологической диаграммы, содержащей конкретные температуры зондирования атмосферы.
При графическом расчете на аэрологической диаграмме строим вспомогательную номограмму. Для этой цели из РЛЭ самолета Ил-62 выписываем значение предельно допустимой высоты полета в зависимости от полетного веса. По этим данным на кривой распределения температуры воздуха с высотой в СА отмечаем предельно допустимые высоты для каждого полетного веса. температура самолет топливо
После этого строим номограммы для каждого полетного веса, которые должны быть параллельны друг другу. Данные для построения номограмм заносим в таблицы 5-8 для пунктов вылета и назначения маршрута, и месяца соответственно.
На аэрологической диаграмме построены номограммы, которые наглядно показывают изменение потолка ВС за счет отклонения температуры от СА.
При полете по маршруту Екатеринбург-Дудинка в сентябре средняя температура будет выше СА (на 3С над Екатеринбургом). Данное повышение t относительно СА будет постепенно уменьшаться до 1,5С над Дудинкой. Это потребует уменьшить предельно допустимую высоту над Екатеринбургом на 150 метров, над Дудинкой на 75 метров. Невыполнение данного требования может привести к увеличению угла атаки, потере управляемости и как следствие сваливанию и попаданию самолета в штопор.
При полете по маршруту Екатеринбург-Дудинка в марте средняя температура над Екатеринбургом будет ниже СА на -3C. По мере приближения к Дудинке фактическая температура будет ниже СА на -4,5C. Это дает возможность незначительно увеличить предельно допустимую высоту над Екатеринбургом на 150 метров. По мере подлета к Дудинке предельно допустимую высоту можно увеличить 225 метров.
Таблица 5
Полетный вес, т Нп.д. М Екатеринбург (март) тса тср тмин тмакс ?тср ?тмин ?тмакс ?Нп.д. ср ?Нп.д. мин ?Нп.д. макс
3.1 Оценка изменения предельно допустимой высоты полета самолета Ил-62 по маршруту Екатеринбург-Дудинка при средней температуре за месяц с учетом выработки топлива
Для построения графика зависимости предельно допустимой высоты полета при средней температуре с учетом выработки топлива возьмем следующие значения: Vcp ? 850 км/ч
S от Екатеринбурга до Дудинки ? 1670 км тполета ? 2,2 часа
Расход топлива Ил-62 ? 7 300 кг/ч
Вес самолета (Екатеринбург) = 160 000 кг
Вес самолета (Дудинка) = 160 000 - 2,2*7 300 ? 143 940 кг
Из таблицы 5 и 6 берем значения Нп.д..макс для соответствующего веса при средней температуре за сентябрь: Нп.д..макс. (Екатеринбург, 160 тонн) = 10 000 - 875 = 9 125 м
3.2 Оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельно допустимую скорость
Произведем анализ оценки влияния температурного режима на уровне предельно допустимой высоты на максимально допустимую истинную скорость полета для Анапы и Брянска за сентябрь и март. Расчеты производим по формуле: Mmax(доп) = Vmax(доп)/а
Откуда
Vmax(доп) = Mmax(доп) *а Где: M мах(доп) - максимально допустимое число Маха;
a - скорость звука, с достаточной степенью точности, равная 20.1
Ограничение по Ммах.доп самолета Ил-62 в спокойной и турбулентной атмосфере: Тип самолета Предельно допустимые значения в атмосфере
Спокойной турбулентной
Ил-62 0,83 0,78
При расчете Vmakc.доп берут значение средней, минимальной, максимальной температуры в градусах Кельвина, Mmax.доп. - для спокойной и турбулентной атмосферы. Результаты вычислений представляются в виде таблицы.
Таблица 9
Полетный вес, т Нп.д. М Екатеринбург (март)
Температура на высоте Спокойная атмосфера (Vпд=0,83) Турбулентная атмосфера (Vпд=0,78) tca tcp тмин тмакс Vmax(доп) тср Vmax(доп) тмин Vmax(доп) тмакс Vmax(доп) тса Vmax(доп) тср Vmax(доп) тмин Vmax(доп) тмакс Vmax(доп) тса
Проанализировав данные полученные в таблицах 9-12 можно сделать вывод, что при полете по маршруту Екатеринбург - Дудинка Vmax.доп.тср будет меняется незначительно и скорости эти в основном будут выше скорости в СА изза того, что Тса меньше Тфакт, а скорость звука прямо пропорционально зависит от значения температуры.
Следует отметить, что при увеличении Тфакт - увеличивается и Vmax.доп. при сохраненным неизменным Mmax.доп. На нашем маршруте увеличение Vmax.доп не превышает максимальную возможную истинную скорость полета Ил-62.
При попадании самолета из спокойной в турбулентную атмосферу Vmax.доп. следует снизить, т.к. Mmax.доп. прямо пропорционально зависит от Vmax.доп. (при равных Тф, а, соответственно, и значениях скорости звука “а”).
Вывод
Исходя из вышеприведенной физико-географической и климатической характеристик маршрута Екатеринбург-Дудинка, анализа изменения высоты тропопаузы и распределения температур по высотам в различные сезоны года, можно сделать вывод, что с повышением температуры уменьшается высота полета воздушного судна для одной и той же полетной массы.
Согласно профилю рельефа местности по маршруту - преобладает равнинно-холмистая местность, которая находится под влиянием субарктической воздушной массы и воздуха умеренных широт, а также тропического воздуха.
Основное отрицательное влияние на полет будут оказывать повышение температуры воздуха осенью, в сентябре, выше стандартной в среднем на 16С для Дудинки и более 20 градусов по Цельсию (а максимальные превышения температуры на маршруте доходит до 18С), в районе Дудинки. В осеннее время необходимо уменьшение предельной высоты полета самолета на 150-250 метров.
Так же был приведен расчет изменения ?H за счет изменения веса самолета в процессе полета (выработки топлива) и изменения температурных условий в процессе полета. Для выбранного участка полета при расходе топлива в 7300 кг получилось, что влияние от уменьшения веса на Нпр.д. примерно соответствует влиянию от изменения температуры.
Что касается максимально допустимой истинной скорости, то увеличение Vmax.доп в зависимости от температуры не превышает максимально возможную предписанную РЛЭ истинную скорость полета Ил-62.
На основании вышеописанного делаем вывод, что при подготовке к полету и расчету максимально допустимой безопасной высоты полета в пунктах маршрута следует обязательно учитывать загрузку самолета, отклонение температуры от CA в пункте вылета и прибытия, изменение температуры по маршруту (разность температуры между пунктом вылета и прибытия), дальность маршрута (т.к. от этого зависит максимальная допустимая высота полета в связи с выработкой топлива).