86300

Оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полёта по маршруту Санкт-Петербург – Новосибирск

Курсовая

Астрономия и авиация

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.

Русский

2015-04-05

772.89 KB

1 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 Санкт-Петербург - Новосибирск»

Выполнил:

студент 1 курса, 222 уч. группы,

специальность «ЭВС и ОрВД»,

специализация «ОЛР»

Хабаров Андрей Евгеньевич

Проверил:

ст. преподаватель

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

основные эксплуатационных характеристик самолета.

                                                   Глава 1.

1.1 Физико-географическая и авиационно-климатическая характеристика трассы.

Расстояние по маршруту 3109 километров (1930 миль). Местность по всему участку трассы равнинная и горная. Пролетаем над Восточно-Европейской равниной, Уральскими горами и Западно-Сибирской равниной.

     1.2 Климатическая характеристика городов.

 Ленинградская область относится к зоне умеренного климата, переходного от океанического к континентальному, с умеренно мягкой зимой и умеренно теплым летом.

 Основной особенностью климата здесь является непостоянство погоды, обусловленное частой сменой воздушных масс, которые, в зависимости от района формирования, подразделяются на морские, континентальные и арктические. Морские воздушные массы поступают с запада, юго-запада или северо-запада при перемещении через северо-западные районы России атлантических циклонов. Циклоны приносят пасмурную, ветреную погоду и осадки. Зимой они являются причиной резких потеплений, а летом, наоборот, несут прохладу. С востока, юга или юго-востока входит сухой континентальный воздух. В антициклонах, сформировавшихся в этих воздушных массах, устанавливается малооблачная и сухая погода, летом жаркая, а зимой холодная. С севера и северо-востока, главным образом со стороны Карского моря, приходит сухой и всегда очень холодный арктический воздух, формирующийся надо льдом. Вторжения арктических воздушных масс сопровождаются наступлением ясной погоды и резким понижением температуры воздуха. В областях повышенного давления, сформировавшихся в этих воздушных массах, даже летом наблюдаются заморозки, а зимой - наиболее сильные морозы. Разнообразие синоптических процессов и частая смена воздушных масс являются причиной больших междусуточных колебаний метеопараметров. Перепады температуры воздуха, обусловленные сменой воздушных масс, могут значительно превышать амплитуду суточных колебаний и нередко достигают ± 20° и более.    

 Климат Новосибирска и его пригородов — континентальный. Он заметно более континентальный, чем климат европейских районов России, находящихся на той же географической широте. Зимы здесь существенно (на 5-10 градусов) холоднее, а лето, как правило, немного (на 1-2 градуса) теплее, и с большим количеством солнечных дней. Однако, климат здесь всё же менее суровый, чем на аналогичных широтах Американского континента (Канада), и примерно соответствует климату гораздо более южного (на 5 градусов) Виннипега.

 Зима в Новосибирске суровая и продолжительная, с устойчивым снежным покровом, сильными ветрами и метелями. Во все зимние месяцы возможны оттепели, но они кратковременные и наблюдаются не ежегодно.

 Вследствие обилия солнечного света и тепла лето жаркое, но сравнительно короткое. Оно характеризуется незначительными изменениями от месяца к месяцу и большим количеством осадков.

 Переходные сезоны (весна и осень) короткие и отличаются неустойчивой погодой, весенними возвратами холодов, поздними весенними и ранними осенними заморозками.            

                         

                                                  Глава 2.  

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,  15км. Используя эти данные рассчитываюtса=tф-tса.

  

    

      Результаты расчетов оформлю в виде таблиц:

Таблица 1.

Петебург,Март

Высота,км

tср

tmin

tmax

tсa

tср

tmin

tmax

1

-6

-26

+7

+8

-14

-34

-1

5

-25

-39

-8

-18

-7

-21

+10

10

-52

-68

-38

-50

-2

-18

+12

11

-54

-70

-39

-56

+2

-14

+17

11,4

-55

-71

-39

-56

+1

-15

+17

11,7

-55

-72

-40

-56

+1

-16

+16

12

-55

-72

-40

-56

+1

-16

+16

15

-53

-69

-42

-56

+3

-13

+14

Таблица 2.

Петебург,Сентябрь

Высота,км

tср

tmin

tmax

tсa

tср

tmin

tmax

1

+7

-5

+20

+8

-1

-13

+12

5

-14

-26

-4

-18

+4

-8

+14

10

-46

-58

-31

-50

+4

-8

+19

11

-49

-60

-34

-56

+7

-4

+22

11,4

-51

-60

-34

-56

+5

-4

+22

11,7

-52

-61

-35

-56

+4

-5

+21

12

-52

-61

-36

-56

+4

-5

+20

15

-50

-62

-33

-56

+6

-8

+23

Таблица 3.

Новосибирск,Март

Высота,км

tср

tmin

tmax

tсa

tср

tmin

tmax

1

-9

-28

+7

+8

-17

-36

-1

5

-27

-42

-13

-18

-9

-24

+5

10

-53

-62

-42

-50

-3

-12

+8

11

-55

-65

-44

-56

+1

-9

+12

11,4

-56

-66

-44

-56

0

-10

+12

11,7

-57

-66

-45

-56

-1

-10

+11

12

-58

-67

-45

-56

-2

-11

+11

15

-

-

-

-56

-

-

-

Таблица 4.

Новосибирск,Сентябрь

Высота,км

tср

tmin

tmax

tсa

tср

tmin

tmax

1

+8

-7

+27

+8

0

-15

+19

5

-16

-34

-8

-18

+2

-16

+10

10

-47

-58

-42

-50

+3

-8

+8

11

-51

-60

-44

-56

+5

-4

+12

11,4

-52

-61

-45

-56

+4

-5

+11

11,7

-53

-62

-45

-56

+3

-6

+11

12

-54

-62

-46

-56

+2

-6

+10

15

-53

-60

-43

-56

+3

-4

+13

Вывод: Из таблиц видно, что с высотой температура падает. Соответственно более экономичным будет полёт на верхних эшелонах.

 

                                                    Глава 3.

  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*∆t

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-154М.

Результаты расчетов занесу в таблицы:

Таблица 5.

Полётный вес, Т

Нnр.доп.м

Петербург,Март

tmin °С

∆Нnр.доп.м

tср °С

∆Нnр.доп.м

tmax °С

∆Нnр.доп.м

86

11000

-14

+700

-2

+100

+17

-850

80

11400

-15

+750

-1

+50

+17

-850

74

11700

-16

+800

-1

+50

+16

-800

≤70

12000

-16

+800

+1

-50

+16

-800

Таблица 6.

Полётный вес, Т

Нnр.доп.м

Петербург,Сентябрь

tmin °С

∆Нnр.доп.м

tср °С

∆Нnр.доп.м

tmax °С

∆Нnр.доп.м

86

11000

-4

+200

+7

-350

+22

-1100

80

11400

-4

+200

+5

-250

+22

-1100

74

11700

-5

+250

+4

-200

+21

-1050

≤70

12000

-5

+250

+4

-200

+20

-1000

Таблица 7.

Полётный вес, Т

Нnр.доп.м

Новосибирск,Март

tmin °С

∆Нnр.доп.м

tср °С

∆Нnр.доп.м

tmax °С

∆Нnр.доп.м

86

11000

-9

+450

+1

-50

+12

-600

80

11400

-10

+500

0

0

+12

-600

74

11700

-10

+500

-1

+50

+11

-550

≤70

12000

-11

+550

-2

+100

+11

-550

Таблица 8.

Полётный вес, Т

Нnр.доп.м

Новосибирск,Сентябрь

tmin °С

∆Нnр.доп.м

tср °С

∆Нnр.доп.м

tmax °С

∆Нnр.доп.м

86

11000

-4

+200

+5

-250

+12

-600

80

11400

-5

+250

+4

-200

+11

-550

74

11700

-6

+300

+3

-150

+11

-550

≤70

12000

-6

+300

+2

-100

+10

-500

Вывод: Потолок самолета существенно зависит от  массы самолета, температуры, 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.

3.2 Оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на      

предельно-допустимую скорость.

   Для следующего расчёта мне необходимы данные по ВС ТУ-154м, которые я получаю из РЛЭ ВС ТУ-154м, 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.

Таблица 9. Результаты расчётов Vmax(доп) для ВС ТУ-154м.

Санкт-Петербург, Март

Спокойная атмосфера

Турбулентная атмосфера

вес

tср

tmin

tmax

Vмд(ср)

Vмд(min)

Vмд(max)

Vмд(ср)

Vмд(min)

Vмд(max)

86

-54

-70

-39

253

244

261

238

229

246

80

-55

-71

-39

252

243

261

237

228

246

75

-55

-72

-40

252

242

260

237

228

245

≤70

-55

-72

-40

252

242

260

237

228

245

Таблица 10.

Санкт-Петербург, Сентябрь

Спокойная атмосфера

Турбулентная атмосфера

вес

tср

tmin

tmax

Vмд(ср)

Vмд(min)

Vмд(max)

Vмд(ср)

Vмд(min)

Vмд(max)

86

-49

-60

-34

255

249

264

240

235

248

80

-51

-60

-34

254

249

264

239

235

248

75

-52

-61

-35

254

248

263

239

234

248

≤70

-52

-61

-36

254

248

263

239

234

247

Таблица 11.

Новосибирск, Март

Спокойная атмосфера

Турбулентная атмосфера

вес

tср

tmin

tmax

Vмд(ср)

Vмд(min)

Vмд(max)

Vмд(ср)

Vмд(min)

Vмд(max)

86

-55

-65

-44

252

246

258

237

232

243

80

-56

-66

-44

251

246

258

237

231

243

75

-57

-66

-45

251

246

258

236

231

243

≤70

-58

-67

-45

250

245

258

235

230

243

Таблица 12.

Новосибирск, Сентябрь

Спокойная атмосфера

Турбулентная атмосфера

вес

tср

tmin

tmax

Vмд(ср)

Vмд(min)

Vмд(max)

Vмд(ср)

Vмд(min)

Vмд(max)

86

-51

-60

-44

254

249

258

239

235

243

80

-52

-61

-45

254

248

258

239

234

243

75

-53

-62

-45

253

248

258

238

233

243

≤70

-54

-62

-46

253

248

257

238

233

242

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

Заключение.

В данной курсовой работе были проанализированы и приведены данные по маршруту Санкт-Петербург - Новосибирск. Проделана оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полета. С помощью этих данных можно дать практические рекомендации по выполнению более эффективного и безопасного полета по заданному маршруту, такие как:

-предельно допустимую скорость следует выдерживать менее 235м/с (846км/ч)  в Марте  и менее 253м/с (911км/ч) в Сентябре;

-в целях безопасности рекомендуется занимать эшелон: в Марте и в Сентябре 9900м.

Рассмотрев значения предельно допустимой высоты полёта, можно сказать, что она очень сильно зависит от температурного режима, точно так же как и максимально допустимая скорость полёта.

    Список использованной литературы:

  1.  Руководство по лётной эксплуатации самолёта Ту-154; РИО МГА 1975
  2.  Астапенко, Баранов, Шварёв. Авиационная метеорология.
  3.  Воздушный транспорт
  4.  Таблица стандартной атмосферы.
  5.  Аэроклиматический справочник.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2489. Общий физический практикум. Задача 125.79 KB
  Цель работы: Изучение законов динамики вращательного движения. Экспериментальное определение момента инерции диска с помощью маятника Максвелла.
2490. Изучение физического маятника 99.16 KB
  Цель работы: Исследование законов колебательного движения физического маятника и определение ускорения свободного падения.
2491. Изучение физических свойств маятника 57.82 KB
  Математический маятник. Физический маятник. Его характеристика. В данной работе используется универсальный маятник FPM-04, изображённый на рис.2. Основание 1 оснащено регулируемыми ножками 2, которые позволяют произвести выравнивание установки.
2492. Изучение маятника Максвелла 55.4 KB
  Движение твёрдого тела можно рассматривать как движение системы большого числа материальных точек, сохраняющих неизменное положение друг относительно друга. Одним из примеров такой системы является маятник Максвелла.
2493. Проверка основного закона динамики вращения твердого тела с помощью маятника Обербека 132.45 KB
  Математическая форма записи основных закономерностей для поступательного и вращательного движений остается неизменной.
2494. Определение ускорения свободного падения посредством математического маятника 97 KB
  Цель работы: определить ускорение свободного падения в поле тяготения Земли методом математического маятника.
2495. Перевірка вмінь запису чисел римською системою числення. 32.5 KB
  Сформувати практичні навички в учнів про запис чисел римською системою числення. Розвивати увагу; розвивати процес зорового сприймання чіткості.
2496. Изучение математического маятника. Изучение колебаний груза на пружине 28.97 KB
  Цель: определить ускорение свободного падения методом математического маятника. Математический маятник – это материальная точка, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити. Составить уравнение гармонических колебаний для пружинного маятника.
2497. Изучение зависимости периода колебаний нитяного маятника от длины нити 18.51 KB
  Цель: установить математическую зависимость периода нитяного маятника от длины нити маятника. Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на невесомой и нерастяжимой нити. Моделью может служить тяжёлый шарик, размеры которого весьма малы по сравнению с длинной нити, на которой он подвешен (не сравнимы с расстоянием от центра тяжести до точки подвеса).