76094

Оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полёта по маршруту Москва - Югорск

Курсовая

Астрономия и авиация

В данной 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...

Русский

2015-01-28

440.73 KB

2 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 Москва - Югорск»

Выполнил:

студент 1 курса, 224 уч. группы,

специальность «ЭВС и ОрВД»,

специализация «ОЛР»

Леонов Илья Владиславович

Проверил:

ст. преподаватель

Афанасьева Юлия Сергеевна

Санкт-Петербург

2013

Введение

Погода является одним из важнейших факторов, влияющих на выполнение полёта. Авиационная метеорология изучает, анализирует и передаёт данные о погоде всем авиационным службам, нуждающимся в этом. Правильная работа метеорологических центров и умение пилотов и других служб умело, а главное правильно воспринимать эти данные, есть огромный процент обеспечения безопасности в полёте.

Авиационная метеорология – это наука, изучающая влияние метеорологических факторов на деятельность авиации, разрабатывающая теоретические основы и практические вопросы метеорологического обеспечения полетов. Она является самостоятельным разделом метеорологии – науки о земной атмосфере, ее строении, свойствах и происходящих в ней процессах.

Под погодой принято понимать физическое состояние атмосферы, в какой – либо момент или промежуток времени. Погода характеризуется совокупностью метеорологических элементов и явлений, таких, как атмосферное давление, ветер, влажность, температура воздуха, видимость, осадки, облака, обледенение, гололед, туманы, грозы, метели, пыльные бури, шквалы, смерчи, различные оптические явления.

В данной 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.


  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 Москва – Югорск пересекает Московскую, Ивановскую, Костромскую, Кировскую, Пермскую, Свердловскую и Тюменскую области. Аэропорт вылета Внуково (VKO) располагается на высоте +209 м над уровнем моря, аэропорт посадки Советский (USHS) – на высоте +107 м над уровнем моря. Протяженность воздушной трассы 1600 км.

Схема воздушной трассы Москва – Югорск и профиль рельефа вдоль воздушной трассы представлены на рис 1, 2.

Рис. 1. Схема воздушной трассы Москва – Югорск

Рис. 2. Профиль рельефа вдоль воздушной трассы Москва – Югорск


  1.  Краткая авиационно-климатическая характеристика воздушной трассы

Климат Московской области умеренно-континентальный, сезонность чётко выражена; лето тёплое, зима умеренно холодная. Вместе с тем, в восточных и юго-восточных районах континентальность климата выше, что выражается, в частности, в более низкой температуре зимой и более высокой температуре летом. Период со среднесуточной температурой ниже 0 °C длится 120—135 дней, начинаясь в середине ноября и заканчиваясь в середине-конце марта. Среднегодовая температура на территории области колеблется от 3,5 до 5,8 °C. Самый холодный месяц — январь. Летом вторжения арктического воздуха способствуют установлению ясной, безоблачной, обычно тёплой погоды. Самый тёплый месяц — июль. Среднегодовое количество осадков 500—700 мм.

Климат Югорска.

Среднегодовая температура воздуха — −0,7 °C

Относительная влажность воздуха — 74,7 %

Средняя скорость ветра — 3,1 м/с

Климат Югорска

Показатель

Янв.

Фев.

Март

Апр.

Март

Июнь

Июль

Авг.

Сен.

Окт.

Нояб.

Дек.

Год

Средняя температура, °C

−16,5

−15,1

−8,1

−2

6,7

14,5

17,5

13,4

7,0

−0,4

−10,9

−15,1

−0,7


  1.  Характеристика исходных аэроклиматических данных

Москва

Изобарические поверхности

март

сентябрь

H

tср

tmin

tmax

H

tср

tmin

tmax

1000

0,13

 

-27

-6

0,11

 

-13

15

850

1,33

-12,3

-36

-9

1,42

-1,3

-16

10

700

2,78

-24,8

-37

-14

2,95

-8,1

-24

5

500

5,14

-38,7

-49

-26

5,49

-22,8

-39

-7

300

8,52

-45,7

-66

-43

9,06

-46,9

-64

-30

200

11,16

-51,9

-63

-42

11,73

-50,4

-59

-38

100

15,73

-48,9

16,36

-46,2

Давление и температура на уровне тропопаузы

pтр

7,80

pтр

10,00

tтр

-55,7

tтр

-53,8

Югорск

Изобарические поверхности

март

сентябрь

H

tср

tmin

tmax

H

tср

tmin

tmax

1000

850

1,39

-15,2

-33

1

1,44

5,0

-6

17

700

2,83

-22,3

-38

-6

2,99

-4,0

-14

8

500

5,24

-36,4

-54

-20

5,57

-19,1

-30

-9

300

8,65

-55,0

-67

-40

9,19

-44,8

-57

-27

200

11,24

-52,6

-69

-40

11,84

-51,6

-65

-38

100

15,71

-50,0

16,41

-47,9

Давление и температура на уровне тропопаузы

pтр

8,40

pтр

10,30

tтр

-56,21

tтр

-52,9


  1.  Глава

2.1.Анализ многолетнего режима температуры воздуха

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. Для определения количественных кривых стратификации необходимо снять значение средней, минимальной и максимальной температуры, а так же температуры в СА на высотах 1, 5, 10, 11, 11,4, 11,7, 12,  15 км. Используя эти данные рассчитываюtса = tф - tса.

  

Результаты расчетов оформлю в виде таблиц:

Таблица 1

Москва, Март

Высота, км

tср

tmin

tmax

tсa

tср

tmin

tmax

1

-

-32,5

-8

8,5

-

-41

-16,5

5

-35,5

-46,5

-23,5

-17,5

-18

-29

-6

10

-47,5

-65

-42,5

-50

2,5

-15

7,5

15

-49,5

-

-

-56,5

7

-

-

Результаты расчетов для ТУ-154

11

-50

-64

-42,3

-56,5

6,5

-7,5

14,2

11,4

-51

-63,5

-42,2

-56,5

5,5

-7

14,3

11,7

-51,9

-63,1

-42,1

-56,5

4,6

-6,6

14,4

12

-51,5

-

-

-56,5

5

-

-

От высоты 9200 м до высоты 11800 м минимальная и максимальная температуры увеличивается с высотой (слой инверсии). От высоты 11800 м до высоты 16200 м средняя температура увеличивается с высотой (слой инверсии).


Таблица 2

Москва, Сентябрь

Высота, км

tср

tmin

tmax

tсa

tср

tmin

tmax

1

-

-15

11,8

8,5

-

-23,5

3,3

5

-19,5

-35,5

-4,5

-17,5

-2

-18

13

10

-48

-62,5

-33

-50

2

-12,5

17

15

-47,5

-

-

-56,5

9

-

-

Результаты расчетов для ТУ-154

11

-49,5

-60,5

-36

-56,5

7

-4

20,5

11,4

-50

-59,7

-37

-56,5

6,5

-3,2

19,5

11,7

-50,2

-59,2

-37,8

-56,5

6,3

-2,7

18,7

12

-50

-

-

-56,5

6,5

-

-

От высоты 9200 м до высоты 11800 м минимальная температура увеличивается с высотой (слой инверсии). От высоты 11800 м до высоты 16200 м средняя температура увеличивается с высотой (слой инверсии).

Таблица 3

Югорск, Март

Высота, км

tср

tmin

tmax

tсa

tср

tmin

tmax

1

-

-

-

8,5

-

-

-

5

-33,2

-47

-17

-17,5

-15,7

-29,5

0,5

10

-54,2

-67,5

-40

-50

-4,2

-17,5

10

15

-50,8

-

-

-56,5

5,7

-

-

Результаты расчетов для ТУ-154

11

-53,3

-68,5

-40

-56,5

3,2

-12

16,5

11,4

-53

-68,7

-40

-56,5

3,5

-12,2

16,5

11,7

-52,6

-69,9

-40

-56,5

3,9

-13,4

16,5

12

-52,5

-

-

-56,5

4

-

-

От высоты 9200 м до высоты 16200 м средняя температура увеличивается с высотой (слой инверсии), а максимальная температура не изменяется с высотой от 9200 до 11800 м (слой изотермии).

Таблица 4

Югорск, Сентябрь

Высота, км

tср

tmin

tmax

tсa

tср

tmin

tmax

1

-

-

-

8,5

-

-

-

5

-16

-26,5

-5

-17,5

1,5

-9

12,5

10

-47

-59,5

-30,5

-50

3

-9,5

19,5

15

-49

-

-

-56,5

7,5

-

-

Результаты расчетов для ТУ-154

11

-49,5

-62,5

-35

-56,5

7

-6

21,5

11,4

-50,5

-63,8

-36,8

-56,5

6

-7,3

19,7

11,7

-51,2

-64,5

-38,5

-56,5

5,3

-8

18

12

-51,2

-

-

-56,5

5,3

-

-

От высоты 11800 м до высоты 16200 м средняя температура увеличивается с высотой (слой инверсии).

  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 5

Полётный вес, Т

Нпр.доп, м

Москва, Март

tmin °С

∆Нпр.доп,м

tср °С

∆Нпр.доп, м

tmax °С

∆Нпр.доп, м

86

11000

-7,5

375

6,5

-325

14,2

-710

80

11400

-7

350

5,5

-275

14,3

-715

74

11700

-6,6

330

4,6

-230

14,4

-720

≤70

12000

-

-

5

-250

-

-

Таблица 6

Полётный вес, Т

Нпр.доп, м

Москва, Сентябрь

tmin °С

∆Нпр.доп,м

tср °С

∆Нпр.доп, м

tmax °С

∆Нпр.доп, м

86

11000

-4

200

7

-350

20,5

-1025

80

11400

-3,2

160

6,5

-325

19,5

-975

74

11700

-2,7

135

6,3

-315

18,7

-935

≤70

12000

-

-

6,5

-325

-

-

Таблица 7

Полётный вес, Т

Нnр.доп.м

Югорск, Март

tmin °С

∆Нпр.доп,м

tср °С

∆Нпр.доп, м

tmax °С

∆Нпр.доп, м

86

11000

-12

600

3,2

-160

16,5

-825

80

11400

-12,2

610

3,5

-175

16,5

-825

74

11700

-13,4

670

3,9

-195

16,5

-825

≤70

12000

-

-

4

-200

-

-

Таблица 8

Полётный вес, Т

Нпр.доп, м

Югорск, Сентябрь

tmin °С

∆Нпр.доп,м

tср °С

∆Нпр.доп, м

tmax °С

∆Нпр.доп, м

86

11000

-6

300

7

-350

21,5

-1075

80

11400

-7,3

365

6

-300

19,7

-985

74

11700

-8

400

5,3

-265

18

-900

≤70

12000

-

-

5,3

-265

-

-

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.

Для сравнения влияния температурного режима воздуха и полетного веса самолета на предельно допустимую высоту полета строим график (рис. 3,4), который показывает изменение предельно допустимой высоты на маршруте Москва – Югорск за счет изменения вдоль маршрута средней температуры. Также строим график изменения предельно допустимой высоты за счет изменения полетного веса (рис. 5).

Протяженность маршрута Москва – Югорск 1600 км, крейсерская скорость полета самолета ТУ-154 850 км/ч, время полета 1 час 53 минуты. Часовой расход топлива 6 т/час. Следовательно, за время полета будет выработано 11,3 т топлива. Согласно таблице «Зависимость предельно допустимой высоты от полётного веса для самолёта Ту-154» предельно допустимая высота увеличится на 625 м. (рис. 5).

Март

Рис. 3. Изменение предельно допустимой высоты самолёта за счёт изменения средней температуры на маршруте Москва – Югорск 

Сентябрь

Рис. 4. Изменение предельно допустимой высоты самолёта за счёт изменения средней температуры на маршруте Москва – Югорск

Рис. 5. Изменение предельно допустимой высоты самолёта за счёт изменения полетного веса на маршруте Москва – Югорск

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.

Влияние температуры воздуха на максимально допустимую скорость полета на уровне предельно допустимой высоты для  86 т.

Таблица 9

пункт

Состояние атмосферы

Максимально допустимая скорость Vmax(доп)

Март

Сентябрь

tср

tmin

tmax

tср

tmin

tmax

Москва

Спокойная

255,1

247,0

259,5

255,4

249,1

263,0

Турбулентная

240,1

232,5

244,2

240,4

234,4

247,5

Югорск

Спокойная

253,2

244,3

260,8

255,4

247,9

263,6

Турбулентная

238,3

229,9

245,5

240,4

233,3

248,1

Влияние температуры воздуха на максимально допустимую скорость полета на уровне предельно допустимой высоты для  80 т.

Таблица 10

пункт

Состояние атмосферы

Максимально допустимая скорость Vmax(доп)

Март

Сентябрь

tср

tmin

tmax

tср

tmin

tmax

Москва

Спокойная

254,6

247,3

259,6

255,1

249,5

262,5

Турбулентная

239,6

232,7

244,3

240,1

234,8

247,0

Югорск

Спокойная

253,4

244,2

260,8

254,8

247,1

262,6

Турбулентная

238,5

229,8

245,5

239,9

232,6

247,1

Влияние температуры воздуха на максимально допустимую скорость полета на уровне предельно допустимой высоты для 74 т.

Таблица 11

пункт

Состояние атмосферы

Максимально допустимая скорость Vmax(доп)

Март

Сентябрь

tср

tmin

tmax

tср

tmin

tmax

Москва

Спокойная

254,0

247,5

259,6

255,0

249,8

262,0

Турбулентная

239,1

233,0

244,3

240,0

235,1

246,6

Югорск

Спокойная

253,6

243,5

260,8

254,4

246,7

261,6

Турбулентная

238,7

229,2

245,5

239,5

232,2

246,2

Влияние температуры воздуха на максимально допустимую скорость полета на уровне предельно допустимой высоты для 70 т.

Таблица 12

пункт

Состояние атмосферы

Максимально допустимая скорость Vmax(доп)

Март

Сентябрь

tср

tmin

tmax

tср

tmin

tmax

Москва

Спокойная

254,3

-

-

255,1

-

-

Турбулентная

239,3

-

-

240,1

-

-

Югорск

Спокойная

253,7

-

-

254,4

-

-

Турбулентная

238,8

-

-

239,5

-

-

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 Москва – Югорск 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 Москва – Югорск за март и сентябрь.

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 1

1. Глава 2

1.1. Краткое физико-географическое описание воздушной трассы 3

1.2. Краткая авиационно-климатическая характеристика воздушной трассы 4

1.3. Характеристика исходных аэроклиматических данных 4

2. Глава 6

2.1.Анализ многолетнего режима температуры воздуха 6

3. Глава 9

3.1.Влияние многолетнего режима температуры воздуха на полёт ВС 9

3.2.Оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельно-допустимую скорость. 13

Заключение 15

Литература 16

Приложения 16


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83075. Правовые механизмы деятельности российских и зарубежных профсоюзных организаций 60.06 KB
  Для профсоюзов основной задачей является защита трудовых и иных социальных прав граждан во взаимоотношениях с теми или иными государственными органами работодателями и их объединениями. В силу указанного для профсоюзов очень важное значение будет иметь завершение процесса обретения полной...
83076. Решение задач по закону нормального распределения при помощи редактора электронных таблиц MS Excel 422.04 KB
  Курсовая работа на тему экспериментальный метод в методологии исследования. Данная работа включает в себя: 4 задачи по теории вероятности, 2 задачи по закону нормального распределения, задачу по системам массового обслуживания.
83077. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕПЛОЕМКОСТИ ТЕЛ 101 KB
  При нагревании на датчике 3 установки через каждые 4 с выводятся значения напряжения и силы тока нагревателя, что позволяет определить мощность и количество теплоты, выделившейся на нагревателе. Установка запоминает значения температуры стакана и цилиндра через каждые 4 с, строит графики зависимости...
83078. Технологический процесс построения модели в MatLab 564.5 KB
  Задачи управления: стабилизация на заданном уровне, наблюдение (определение траектории движения, перемещения объекта), настройка параметров или экспериментальное управление (достижение минимальных и максимальных параметров, постоянных во времени), программное управление (обеспечение наперед заданного поведения объекта).
83079. Анализ доходной и расходной частей федерального бюджета РФ за 2012-2014 года 341 KB
  Социально-экономические преобразования происходящие в современной России заставляют критически подойти к постулатам и стереотипам лежащим в основе экономической теории и заново осмыслить законы общественного воспроизводства отражающие связи и зависимости между различными элементами экономической системы.
83080. Розрахунок постійного та синусоїдального струму 6.57 MB
  Для отриманої схеми вибрати та вказати позитивні напрями струмів у вітках. Скласти у загальному вигляді систему рівнянь, використовуючи перший та другий закони Кірхгофа. Знайти струми в одній з віток методом еквівалентних перетворень для кожного з джерел, що діють окремо.
83082. Аналіз фінансово-господарської діяльності ТОВ «Меблі» 115.5 KB
  У процесі господарської діяльності у підприємства виникає необхідність видачі з каси готівки працівникам підприємства під звіт на господарські потреби та службові відрядження. Службовим відрядженням вважається поїздка працівника за розпорядженням керівника підприємства установи та організації...
83083. ПРОБЛЕМИ ТА ШЛЯХИ ПОКРАЩЕННЯ ІННОВАЦІЙНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ ПІДПРИЄМСТВ 207.5 KB
  Очевидним і зрозумілим є те, що вирішення проблем активізації інноваційної діяльності головна запорука здійснення успішних ринкових реформ. Крім того, досвід розвинутих країн свідчить, що вихід з економічної кризи неможливий без активізації інноваційної діяльності.