68807

Оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полёта по маршруту Сыктывкар - Мурманск

Курсовая

Астрономия и авиация

В курсовой работе требуется оценить значимость многолетнего режима температуры на высотах над участками воздушной трассы указанной в индивидуальном задании на курсовую работу для обеспечения безопасности и повышения экономичности полетов рассчитать возможные пределы изменения практического потолка...

Русский

2014-09-26

343.23 KB

31 чел.

Министерство транспорта Российской Федерации (Минтранс России)

Федеральное агентство воздушного транспорта (Росавиация)

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет

Гражданской авиации»

Кафедра авиационной метеорологии и экологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Авиационная метеорология»

на тему «Оценка влияния температурного режима

на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полёта по маршруту Сыктывкар - Мурманск»

Выполнил:

студент 1 курса, 222 уч. группы,

специальность «ЭВС и ОрВД»,

специализация «ОЛР»

Белосвет Никита Анатольевич

Проверила:

Соколова Наталья Владимировна

Санкт-Петербург

2013


Введение

Задачей курсовой работы является приобретение мной навыков самостоятельной оценки влияния реального температурного режима атмосферы на полет современных самолетов.

В курсовой работе требуется оценить значимость многолетнего режима температуры на высотах над участками воздушной трассы, указанной в  индивидуальном задании  на курсовую работу, для обеспечения безопасности и повышения экономичности полетов, рассчитать возможные пределы изменения практического потолка и предельно допустимой  высоты полета конкретного типа самолета, а также максимально допустимой скорости полета.

Полеты самолетов на больших высотах выгодны потому, что с высотой уменьшается расход топлива, а вместе с этим возрастает дальность и повышается экономичность полетов, улучшается маневренность, что позволяет успешно преодолевать зоны с грозовой деятельностью, сильной

турбулентностью, обледенением.

Вместе с тем при полетах на больших высотах и наличии значительных вертикальных порывов воздуха (порядка 9-10 м/с) для сохранения продольной устойчивости самолета необходимо иметь определенный запас перегрузки. На больших высотах допустимые перегрузки определяются значением Сусв, при котором возникает тряска и возможность сваливания. Этим определяется необходимость ограничения максимальной высоты полета на столько, чтобы исключить возможность сваливания самолета. Поэтому, кроме понятий статического и практического потолка, сейчас для некоторых типов самолетов используют понятие предельно допустимой высоты полета, которую определяют с учетом полетного веса. Эту высоту, как и другие летно-технические характеристики самолетов, определяют исходя из условий стандартной атмосферы (СА).

В реальных условиях температура, плотность воздуха и атмосферное давление на высотах могут существенно отличаться от их значений в СА, что сказывается на характеристиках полета самолета. Особенно заметно может изменяться тяга двигателя, потолок и предельно допустимая высота. Если учесть, что высота полета задается по барометрическому высотомеру, то вдоль профиля полета атмосферное давление остается постоянным. В этом случае изменение плотности воздуха в полете происходит только за счет отклонения температуры от СА.

Поэтому в каждом реальном полете необходимо иметь данные температурно-ветрового зондирования, прогноза температуры воздуха на высотах или наблюдения за температурой непосредственно в полете для  расчета изменения предельно допустимой высоты.

Практическое значение курсовой работы заключается в том, что я узнаю, как велико влияние температурного режима воздуха на одну из основных эксплуатационных характеристик самолета.


  1.  Глава

  1.  Краткое физико-географическое описание воздушной трассы

Физико-географическое описание воздушной трассы помогает оценить влияние подстилающей поверхности на распределение основных метеорологических элементов, а также облегчает выбор естественных ориентиров и профиля полета, позволяет оценить особенности воздушных подходов к аэродрому.

Общее сведения: Воздушная трасса Сыктывкар – Мурманск пересекает республику Коми, Архангельскую и Мурманскую области. Аэропорт вылета Сыктывкар (UUYY) располагается на высоте +104 м над уровнем моря, аэропорт посадки Мурманск (ULMM) – на высоте +81 м над уровнем моря. Протяженность воздушной трассы 1150 км.

Схема воздушной трассы Сыктывкар – Мурманск и профиль рельефа вдоль воздушной трассы представлены на рис 1, 2.

Рис. 1. Схема воздушной трассы Сыктывкар – Мурманск

Рис. 2. Профиль рельефа вдоль воздушной трассы Сыктывкар – Мурманск


  1.  Краткая авиационно-климатическая характеристика воздушной трассы

Климат Республики Коми умеренно-континентальный. Зима продолжительная, холодная, лето короткое, на юге теплое, в северных районах прохладное.

Средняя температура января: −20 °C (в северной части) и −17 °C (в южной части)

Средняя температура июля: +11 °C (в северной части) и +15…+17 °C (в южной части)

Осадки: от 700 мм в год.

Летом циклоническая активность снижается, осенью вновь возрастает, вследствие чего увеличивается количество осадков, понижается температура.

Климат Мурманской области в южной части умеренно холодный, в северной — субарктический морской, смягчённый тёплым Северо-Атлантическим течением (северо-восточное продолжение Гольфстрима), это позволяет осуществлять судоходство круглый год. Зимой характерна полярная ночь, летом — полярный день. Средняя температура воздуха наиболее холодных месяцев (январь-февраль) составляет от −8 градусов на севере области (влияние теплого течения) до −12-15 градусов в центральных районах. Летом, соответственно, +8 градусов и +14 градусов. Заморозки возможны в любой день лета, в июне нередки снегопады. На морском побережье и горных плато часты сильные ветры (в порывах до 55-60 м/с). Снег лежит в среднем с середины-конца октября до середины мая (в горных районах с конца сентября-начала октября до начала-середины июня).

  1.  Характеристика исходных аэроклиматических данных

Сыктывкар

Изобарические поверхности

февраль

август

H

tср

tmin

tmax

H

tср

tmin

tmax

1000

0,14

-

-11

12

0,1

-

12

34

900

0,99

-1,5

-18

12

1,01

17,4

8

28

850

1,46

-2,1

--22

10

1,5

13,9

4

24

700

2,94

-10,8

-35

2

3,1

5,2

-4

14

500

5,45

-26,4

-47

-10

5,77

-9,8

-20

-2

300

9,97

-49,6

-63

-36

9,51

-35,3

-53

-18

200

11,58

-54,4

-69

-40

12,24

-47,6

-59

-34

100

16,3

-54

-69

-40

16,78

-52,7

-59

-34

Давление и температура на уровне тропопаузы

Pтр

200

Pтр

100

tтр

-54?4

tтр

-52,7

Мурманск

Изобарические поверхности

февраль

август

H

tср

tmin

tmax

H

tср

tmin

tmax

1000

0,09

-

-31

2

0,13

-

1

27

900

0,89

-9,7

-37

0

0,98

6,6

-3

22

850

1,34

-9,6

-39

2

1,46

5,1

-6

19

700

2,8

-18,2

-49

-3

3

-3,3

-14

8

500

5,24

-33,4

-58

-14

5,6

-17,4

-36

-9

300

8,7

-53,4

-64

-38

9,25

-40,7

-55

-22

200

11,2

-57,3

-67

-46

11,98

-48

-60

-34

100

-

-

-

-

16,62

-42,4

-51

-30

Давление и температура на уровне тропопаузы

Pтр

200

Pтр

200

tтр

-57,3

tтр

-48

По исходным данным на бланке аэрологических диаграмм строим кривые распределения (кривые стратификации) средней, минимальной и максимальной температуры соответственно за тёплый и холодный период года. Взаиморасположение кривых стратификации и кривой распределения температуры с высотой в СА даёт возможность провести качественный анализ температурного режима. Если кривая стратификации расположена правее аналогичной кривой в СА, то воздух в реальной атмосфере теплее, чем в СА, и наоборот.

  1.  Глава

2.1.Анализ многолетнего режима температуры воздуха

Для определения количественных кривых стратификации необходимо снять значение средней, минимальной и максимальной температуры, а так же температуры в СА на высотах 1, 5, 10, 15 км. Используя эти данные рассчитываюtса = tф - tса.

Таблица 1

Значения средней, минимальной и максимальной температур и их отклонений от температуры стандартной атмосферы, Сыктывкар, гр. °С

Высота, км

tсa

Сыктывкар

Февраль, °С

Август, °С

tср

tmin

tmax

∆tср

∆tmin

∆tmax

tср

tmin

tmax

∆tср

∆tmin

∆tmax

1

8,5

-1,5

-18,0

12,0

-10,0

-26,5

3,5

17,4

8,0

28,0

8,9

-0,5

19,5

5

-17,5

-23,0

-44,4

-7,4

-5,5

-26,9

10,1

-6,5

-16,5

1,5

11,0

1,0

19,0

10

-50

-51,1

-64,9

-37,3

-1,1

-14,9

12,7

-39,2

-54,9

-23,1

10,8

-4,9

26,9

15

-56,5

-54,1

-69,0

-40,0

2,4

-12,5

16,5

-51,4

-59,0

-34,0

5,1

-2,5

22,5

Таблица 2

Значения средней, минимальной и максимальной температур и их отклонений от температуры стандартной атмосферы, Мурманск, гр. °С

Высота, км

tсa

Мурманск

Февраль, °С

Август, °С

tср

tmin

tmax

∆tср

∆tmin

∆tmax

tср

tmin

tmax

∆tср

∆tmin

∆tmax

1

8,5

-9,7

-37,0

0,0

-18,2

-45,5

-8,5

6,6

-3,0

22,0

-1,9

-11,5

13,5

5

-17,5

-30,1

-56,0

-11,6

-12,6

-38,5

5,9

-14,3

-31,2

-5,3

3,2

-13,7

12,2

10

-50

-54,6

-65,0

-40,5

-4,6

-15,0

9,5

-43,0

-56,6

-25,8

7,0

-6,6

24,2

15

-56,5

-

-

-

-

-

-

-43,8

-53,3

-31,0

12,7

3,3

25,5

Проанализировав данные нанесенные на аэрологическую диаграмму и данные полученные в таблицах 1 и 2 можно сделать вывод о том, что в Сыктывкаре с ростом высоты отклонение от среднего уменьшается с -10° до 2,4°. В августе же температура воздуха в среднем выше температуры в СА.

В Мурманске в феврале температура воздуха в среднем ниже чем температура в СА, причём с ростом высоты отклонение от СА уменьшается с -18,2° до -4,6°. В августе наблюдается аналогичная картина, с ростом высоты отклонение от СА уменьшается и даже меняет знак с -1,9° до 12,7°

  1.  Глава

3.1.Влияние многолетнего режима температуры воздуха на полёт ВС

Предельная высота самолётов всегда зависит от атмосферных условий. При полётах на высотах, близких к «потолку», ухудшается управляемость и устойчивость самолёта. Если самолёт в данных условиях попадёт в область сильных восходящих потоков воздуха и температуры выше, чем в СА, то угол атаки на крыле может стать закритическим, что может привести к сваливанию, плоскому штопору и помпажу двигателя. Именно поэтому правильная оценка «потолка» самолёта необходима для обеспечения безопасности полёта. Для каждого воздушного судна устанавливается своя предельно допустимая высота полёта, которая обычно на 1-2 км меньше высоты практического потолка.

Изменение барометрической высоты полёта от температуры можно рассчитать по формуле:

∆Нпр.доп = -К*∆tСА

К - эмпирический коэффициент, показывающий на сколько изменится предельно-допустимая высота полёта при отклонении температуры от СА на 1° С. Для турбореактивных самолётов К=50м/1° ∆t.

   

∆t - отклонение температуры от СА на соответствующем уровне.

Для практического учёта изменений расчёт проводят в фактическом состоянии атмосферы. Барометрическую и абсолютную высоту полёта можно определить с помощью аэрологической диаграммы. При графическом расчёте на аэрологической диаграмме строится вспомогательная номограмма. Для этой цели из РЛЭ самолёта выписывают значения предельно-допустимой высоты полёта в зависимости от полётного веса. И далее по этим данным на кривой распределения температуры с высотой в СА отмечают предельно-допустимые высоты для каждого полётного веса. В данной курсовой работе я выбрал самолет ТУ-154.


Результаты расчетов занесу в таблицы:

Таблица 3

Предельно допустимая высота полёта в зависимости от температуры воздуха, февраль

Сыктывкар, февраль

Мурманск, февраль

Вес

86 т

80 т

74 т

70 т

Вес

86 т

80 т

74 т

70 т

Нпр.доп

11000

11400

11700

12000

Нпр.доп

11000

11400

11700

12000

tсa

-56,5

-56,5

-56,5

-56,5

tсa

-56,5

-56,5

-56,5

-56,5

tср

-53,0

-53,7

-54,2

-54,4

tср

-56,1

-56,7

-57,1

-

tmin

-67,2

-68,1

-68,7

-69,0

tmin

-66,1

-66,6

-66,9

-

tmax

-38,8

-39,4

-39,8

-40,0

tmax

-43,6

-44,8

-45,6

-

∆tср

3,5

2,8

2,3

2,1

∆tср

0,4

-0,2

-0,6

-

∆tmin

-10,7

-11,6

-12,2

-12,5

∆tmin

-9,6

-10,1

-10,4

-

∆tmax

17,7

17,1

16,7

16,5

∆tmax

12,9

11,7

10,9

-

∆Нпр.доп.,ср

-175

-140

-115

-105

∆Нпр.доп.,ср

-20

10

30

-

∆Нпр.доп.,min

535

580

610

625

∆Нпр.доп.,min

480

505

520

-

∆Нпр.доп.,max

-885

-855

-835

-825

∆Нпр.доп.,max

-645

-585

-545

-

Нпр.доп.,ср

10825

11260

11585

11895

Нпр.доп.,ср

10980

11410

11730

-

Нпр.доп.,min

11535

11980

12310

12625

Нпр.доп.,min

11480

11905

12220

-

Нпр.доп.,max

10115

10545

10865

11175

Нпр.доп.,max

10355

10815

11155

-

Таблица 4

Предельно допустимая высота полёта в зависимости от температуры воздуха, август

Сыктывкар, август

Мурманск, август

Вес

86 т

80 т

74 т

70 т

Вес

86 т

80 т

74 т

70 т

Нпр.доп

11000

11400

11700

12000

Нпр.доп

11000

11400

11700

12000

tсa

-56,5

-56,5

-56,5

-56,5

tсa

-56,5

-56,5

-56,5

-56,5

tср

-43,9

-45,8

-47,0

-47,9

tср

-45,8

-46,9

-47,6

-47,7

tmin

-57,2

-58,1

-58,7

-59,0

tmin

-58,5

-59,3

-59,8

-59,6

tmax

-29,2

-31,6

-33,2

-34,0

tmax

-30,4

-32,2

-33,4

-33,8

∆tср

12,6

10,7

9,5

8,6

∆tср

10,7

9,6

8,9

8,8

∆tmin

-0,7

-1,6

-2,2

-2,5

∆tmin

-2,0

-2,8

-3,3

-3,1

∆tmax

27,3

24,9

23,3

22,5

∆tmax

26,1

24,3

23,1

22,7

∆Нпр.доп.,ср

-630

-535

-475

-430

∆Нпр.доп.,ср

-535

-480

-445

-440

∆Нпр.доп.,min

35

80

110

125

∆Нпр.доп.,min

100

140

165

155

∆Нпр.доп.,max

-1365

-1245

-1165

-1125

∆Нпр.доп.,max

-1305

-1215

-1155

-1135

Нпр.доп.,ср

10370

10865

11225

11570

Нпр.доп.,ср

10465

10920

11255

11560

Нпр.доп.,min

11035

11480

11810

12125

Нпр.доп.,min

11100

11540

11865

12155

Нпр.доп.,max

9635

10155

10535

10875

Нпр.доп.,max

9695

10185

10545

10865

 

Вывод: Потолок самолета существенно зависит от  массы самолета, давления воздуха и от отклонения фактической температуры от температуры в стандартной атмосфере.  В таблицах представлено изменение предельно допустимой высоты полета из-за отклонений температуры. Расчеты проведены для каждого полетного веса выбранного типа самолета.

На аэрологической диаграмме построены номограммы, которые наглядно показывают изменение потолка ВС за счет отклонения температуры от температуры СА.

Протяженность маршрута Сыктывкар – Мурманск 1150 км, крейсерская скорость полета самолета ТУ-154 850 км/ч, время полета 1 час 21 минута. Часовой расход топлива 6 т/час. Следовательно, за время полета будет выработано 8,12 т топлива. Согласно таблице «Зависимость предельно допустимой высоты от полётного веса для самолёта Ту-154»  предельно допустимая высота увеличится примерно на 500 м. (рис. 3).

Зависимость предельно допустимой высоты от полетного веса

для самолетов Ту-154

Вес, т

Предельно допустимая высота

86

11000

80

11400

74

11700

≤70

12000

Рис. 3. Изменение предельно допустимой высоты самолёта за счёт полетного веса на маршруте Сыктывкар – Мурманск


3.2.Оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельно-допустимую скорость.

Для следующего расчёта мне необходимы данные по ВС ТУ-154, которые я получаю из РЛЭ ВС ТУ-154, а именно значения числа Мmax(доп) на предельно-допустимой высоте полёта для спокойной и турбулентной атмосферы. Для спокойной атмосферы число М=0.85, для турбулентной число М=0.80.

Данные расчёты выполняются исходя из соотношения:

Мmax(доп)= Vmax(доп)/a

Откуда Vmax(доп)= Ммах(доп)* а

Где Ммах(доп)-максимально допустимое число Маха,  а - скорость звука, с достаточной степенью точности равная 20,1√Т.

При расчёте Vmax(доп) берут значения средней, минимальной, максимальной температуры в градусах Кельвина.

Максимально допустимая скорость для Ту-154 в СА для всех полётных весов (в м/c):

Состояние атмосферы

Vmax(доп)

Спокойная

251,4

Турбулентная

236,6


Результаты расчётов Vmax(доп) для ВС ТУ-154. Скорость выражена в м/c.

Таблица 5

Максимальная допустимая истинная скорость полёта в спокойной и турбулентной атмосферах в зависимости от температурного режима и полётного веса, февраль

Сыктывкар, февраль

Мурманск, февраль

Вес

86 т

80 т

72 т

70 т

Вес

86 т

80 т

72 т

70 т

Спокойная

Vм.д. ср

253,4

253,0

252,7

252,6

Спокойная

Vм.д. ср

251,6

251,3

251,0

-

Vм.д. min

245,1

244,6

244,2

244,0

Vм.д. min

245,8

245,5

245,3

-

Vм.д. max

261,5

261,1

260,9

260,8

Vм.д. max

258,8

258,1

257,6

-

Турбулентная

Vм.д. ср

238,5

238,1

237,9

237,7

Турбулентная

Vм.д. ср

236,8

236,5

236,3

-

Vм.д. min

230,7

230,2

229,8

229,7

Vм.д. min

231,3

231,0

230,8

-

Vм.д. max

246,1

245,8

245,6

245,5

Vм.д. max

243,5

242,9

242,5

-

Таблица 6

Максимальная допустимая истинная скорость полёта в спокойной и турбулентной атмосферах в зависимости от температурного режима и полётного веса, февраль

Сыктывкар, август

Мурманск, август

Вес

86 т

80 т

72 т

70 т

Вес

86 т

80 т

72 т

70 т

Спокойная

Vм.д. ср

258,6

257,5

256,8

256,3

Спокойная

Vм.д. ср

257,5

256,9

256,5

256,4

Vм.д. min

251,0

250,5

250,1

249,9

Vм.д. min

250,2

249,8

249,5

249,6

Vм.д. max

266,8

265,5

264,6

264,1

Vм.д. max

266,1

265,1

264,5

264,2

Турбулентная

Vм.д. ср

243,4

242,4

241,7

241,3

Турбулентная

Vм.д. ср

242,4

241,8

241,4

241,4

Vм.д. min

236,2

235,7

235,4

235,2

Vм.д. min

235,5

235,1

234,8

234,9

Vм.д. max

251,1

249,8

249,0

248,6

Vм.д. max

250,5

249,5

248,9

248,7

Вывод:   Из таблиц  видно, что отклонение температуры от стандартной значительно влияет на скорость полёта самолёта. По данным видно, что чем меньше температура на высоте, тем меньше скорость самолета, как в спокойной, так и в турбулентной атмосфере.

Заключение

Летный и диспетчерский состав должны уметь самостоятельно, грамотно и быстро оценивать метеорологическую обстановку в период предполетной подготовки и во время полетов по фактической погоде, аэросиноптическим материалам и по личным наблюдениям за погодой.

Поэтому в данной курсовой работе были проведены анализ и оценка влияния физических характеристик атмосферы и метеорологических условий на воздушной трассе Сыктывкар – Мурманск на летно-технические характеристики и на выполнение полета самолета ТУ-154.

В первой главе было сделано физико-географическое описание воздушной трассы, составлена ее общая авиационно-климатическая характеристика.

Во второй главе по многолетним данным, полученным путем радиозондирования атмосферы, рассмотрен температурный режим пунктов Сыктывкар – Мурманск за февраль и август.

Во третьей главе проведена количественная оценка влияния температуры воздуха на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полета самолета ТУ-154. 

На полет самолета вредное влияние оказывает как положительное, так и отрицательное отклонение температуры воздуха от ее значений в СА. При отрицательных отклонениях температуры от стандартных значений возрастает коэффициент лобового сопротивления, уменьшается максимально допустимая скорость полета.  При положительных отклонениях температуры уменьшается тяга и мощность двигателей, возрастает расход топлива, уменьшается предельно допустимая высота полета.


Литература

  1.  Белоусова Л. Ю., Афанасьева Ю. С., Соколова Н. В. Методические указания к изучению дисциплины и выполнению курсовой работы, 2012.
  2.  Белоусова Л. Ю., Дробышевский С. В., Соколова Н. В.  Методические указания к выполнению лабораторных работ по авиационной метеорологии. СПб., АГА, 2009.
  3.  Самолёт Ту-154. Руководство по летной эксплуатации.-М: РИО МГФ, 1975.
  4.  Богаткин О. Г. Авиационная метеорология.: учебник для вузов. – СПб.: РГГМУ, 2005

Приложения

  1.  Google Планета Земля

Оглавление

Введение 2

1. Глава 3

1.1. Краткое физико-географическое описание воздушной трассы 3

1.2. Краткая авиационно-климатическая характеристика воздушной трассы 4

1.3. Характеристика исходных аэроклиматических данных 5

2. Глава 6

2.1.Анализ многолетнего режима температуры воздуха 6

3. Глава 7

3.1.Влияние многолетнего режима температуры воздуха на полёт ВС 7

3.2.Оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельно-допустимую скорость. 10

Заключение 12

Литература 13

Приложения 13