Сдвиг ветра, его влияние на полет самолета. Обоснование рекомендаций по пилотированию самолета в условиях сдвига ветра

Сущность влияния сдвига ветра на поведение ВС состоит в том, что резкое изменение характера движения воздушных масс относительно ВС индуцирует неустановившееся движение, при котором нарушается равновесие подъемной силы и составляющей веса. При этом вследствие инерции ВС путевая скорость временно остается неизменной, в то время как истинная скорость изменяется практически мгновенно, что, в свою очередь, вызывает соответствующее изменение подъемной силы, пропорциональной квадрату скорости. Следствием этого являются эволюции, выражающиеся в отклонении ВС от расчетной траектории. Величина и направление таких отклонений зависят от интенсивности и направления сдвига ветра по отношению к скорости полета ВС. Если, например, заход на посадку выполняется в условиях положительного сдвига встречного ветра, то по мере предпосадочного снижения ВС пересекает слои воздуха с уменьшающейся в направлении полета скоростью ветра. При этом истинная скорость будет падать, а фактическая траектория располагаться ниже расчетной, что при условии вмешательства пилота в управление ВС приведет к его приземлению до ВПП.

В случае захода на посадку в зоне отрицательного вертикального сдвига ветра фактическая траектория полета располагается выше расчетной, что может привести к позднему приземлению и выкатыванию ВС за пределы ВПП.

Наличие нисходящего потока вызывает опускание, а восходящего — подъем ВС в отличие от турбулентности, вызывающей "болтанку" при сохранении заданной средней траектории полета.

Горизонтальные сдвиги ветра действуют на полет ВС аналогично вертикальным: они либо увеличивают, либо уменьшают истинную скорость полета и соответствующим образом трансформируют траекторию ВС.

Вертикальные и горизонтальные сдвиги ветра, а также вертикальные потоки в нижних слоях атмосферы в зависимости от метеорологических условий могут встречаться (и воздействовать на ВС) в различных сочетаниях. Наиболее опасными являются случаи, когда воздействия нескольких факторов направлены в одну сторону, например при сочетании нисходящего потока и резкого ослабления встречного ветра. Значительные трудности в управлении ВС возникают при резкой смене характера сдвига ветра. Так, увеличение скорости встречного ветра может смениться резким ее уменьшением (или даже попутным ветром), восходящий поток — нисходящим и т.п. Неудачное сочетание запаздывания действий пилота по парированию сдвига с изменением характера влияния сдвига на ВС может привести к значительному суммарному отклонению траектории ВС от расчетной. Сильные сдвиги особенно опасны, когда они встречаются в условиях ухудшенной видимости, низкой облачности, при осадках и в темное время суток. Наиболее опасным фактором, усугубляющим неблагоприятное воздействие сдвига ветра на ВС, является ливневый дождь, который очень часто сопровождает зоны сдвигов.

ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ВС

Попадание ВС в зону сдвига ветра, как правило, сопровождается:

- отклонением от заданной траектории полета (глиссады или траектории начального набора высоты);

- отклонением приборной скорости от расчетной;

- увеличением разности между приборной и путевой скоростями;

- изменением вертикальной скорости по сравнению с расчетной.

В реальных условиях экипаж, как правило, не имеет достоверной и своевременной информации о величине и пространственном расположении зоны сдвига ветра. В связи с этим даже слабый или умеренный сдвиг ветра может создать значительные трудности для его преодоления и безопасного завершения взлета или посадки.

Распространенной рекомендацией экипажам ВС, выполняющим заход на посадку в условиях сдвига ветра, является заблаговременное увеличение скорости полета для парирования воздействия сдвига. Такая рекомендация приемлема для случаев посадки с отрицательным градиентом встречного ветра. При этом, если позволяет длина ВПП, перед входом в зону сдвига ветра следует иметь запас скорости, равный предполагаемой величине сдвига.

Большое значение при парировании сдвига ветра имеет своевременность вмешательства пилота в управление ВС. С увеличением времени запаздывания вмешательства пилота в управление при сдвиге ветра возрастают потребные для возвращения самолета на расчетную траекторию увеличение тяги двигателей и отклонение руля высоты. Скорость нарастания тяги двигателя, как известно, определяется его приемистостью.

Анализ авиационных происшествий, происшедших по причине попадания в сдвиг ветра, показывает, что при небольшом запаздывании вмешательства пилота в управление ВС требуется незначительное изменение режима работы силовой установки и приемистость мало влияет на характер пилотирования и траекторию ВС. Имеющееся у пилота резервное время на распознавание влияния сдвига ветра, принятие решения и выработку управляющих воздействий по увеличению режима работы двигателей должно быть не более 2 с. При большом запаздывании (более 10 с) необходимо существенно изменить тягу и приемистость двигателя будет значительно влиять на характер пилотирования и траекторию ВС. Время выхода двигателя на повышенный режим эквивалентно дополнительному запаздыванию реакции пилота. Это дополнительное запаздывание может быть принято равным половине времени выхода двигателя на повышенный режим.

Таким образом, для обеспечения безопасной посадки ВС при наличии сдвига ветра следует уменьшить время реакции пилота на воздействие сдвига. Это может быть обеспечено, если пилоту будет предоставлена своевременная и достоверная информация о величине и направлении сдвига.

На взлете, как правило, нет необходимости выдерживать определенную траекторию. На этом этапе полета важно обеспечить требуемые значения градиента начального набора высоты и скорости полета. Если взлет производится при работе двигателей на взлетном режиме, то возможностей для увеличения режима, естественно, нет и обеспечить безопасность взлета в условиях сдвига ветра можно только посредством соответствующего управления самолетом в продольном канале. В связи с этим значительно возрастает ценность достоверной информации о возможных величине и направлении сдвига ветра, которую экипаж должен иметь прежде, чем будет принято решение о взлете в конкретных условиях данного аэродрома.

Основным фактором, определяющим безопасность взлета, является градиент начального набора высоты. В крейсерской конфигурации он значительно выше, чем во взлетной. При взлете в условиях сдвига ветра необходимо как можно быстрее перейти от взлетной конфигурации к крейсерской, для чего надо произвести уборку механизации в несколько этапов. При этом высвобождается часть тяги для увеличения скорости, в результате чего самолет приобретает дополнительные возможности по парированию сдвига ветра.

Наиболее сложная ситуация возникает при взлете в условиях отрицательного сдвига встречного ветра, что, как правило, приводит к внезапной потере скорости и резкому снижению самолета. Особенно опасна такая ситуация в момент уборки закрылков, когда ВС из-за потери скорости может выйти на большие углы атаки.

Использование автоматического режима управления ВС при заходе на посадку, как правило, позволяет успешно парировать воздействие сдвига ветра. Однако при высокой интенсивности сдвига, и особенно при знакопеременных его воздействиях, автоматический режим может не обеспечить необходимой безопасности посадки. Это связано с тем, что эксплуатирующиеся в настоящее время автоматы тяги не всегда достаточно эффективно реагируют на изменение скорости в условиях сдвига ветра. Следовательно, во всех случаях попадания в зону сдвига ветра экипаж должен быть готов к немедленному переходу на ручное управление.

Рекомендации экипажам по пилотированию при заходе на посадку в условиях сдвига ветра в настоящее время сводятся к следующему:

1. Наличие сдвига ветра может быть определено путем сравнения скоростей ветра на высоте 100 м и у земли. Если разность этих скоростей менее 6 м/с, то сдвиг можно не учитывать.

2. При большем чем 6 м/с на 100 м положительном сдвиге ветра необходимо увеличить скорость полета на 10...20 км/ч соответствующим увеличением режима работы двигателей.

3. Если информация о ветре на высоте 100 м отсутствует, то признаком сдвига ветра может быть тенденция к уменьшению приборной скорости при установившемся движении самолета по глиссаде. При этом опасность сдвига оценивается не только разностью путевой и приборной скоростей, но и интенсивностью ее изменения.

Физическая сущность влияния сдвига ветра заключается в том, что ВС, попадая в зону действия сдвига ветра, продолжает некоторое время по инерции сохранять прежнюю путевую скорость, а так как скорость ветра (в данном случае учитывается его продольная составляющая) резко изменяется, то, соответственно, резко изменяется воздушная скорость полета ВС. С погрешностью, которой можно пренебречь при практических выводах, примем, что:

W=const непосредственно перед зоной и в зоне сдвига ветра,

Vист = Vпр (так как скорость менее 400км\ч на высота менее 200 м),

тогда, если: Uсв - продольная составляющая ветра в зоне сдвига ветра, тo, как следует из формулы (1), под воздействием Ucв приборная скорость полета ВС на несколько секунд установится на значение.

 

Влияние ветра на разбег, пробег и руление ВС по аэродрому выражается в возникновении разворачивающих моментов, изменении воздушной скорости и соответственно длины разбега и пробега. Боковая составляющая ветра определяет разворачивающий момент, а продольная составляющая - изменения воздушной скорости, длины разбега и пробега, угла набора и вертикальной скорости снижения по глиссаде.

В целях обеспечения требуемого уровня безопасности полетов скорость продольной и боковой составляющих ветра ограничивается в зависимости от типа ВС, коэффициента сцепления с ВПП, рельефа местности, устойчивости и управляемости ВС, эксплуатационных ограничений по градиентам набора и вертикальной скорости снижения по глиссаде.

Попутная составляющая ветра допускается не более 5 м/с. Это ограничение накладывается из условия обеспечения минимально допустимого угла набора в случае продолженного взлета и вертикальной скорости снижения по глиссаде не более максимально допустимой (равной 5 м/с после пролета БПРМ или в соответствии с инструкцией по производству полетов на аэродроме).