3394

2

УДК 630* 587

Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве. Технические средства аэрофотосъемки, космической съемки и лазерного дистанционного зондирования [Текст] : методические указания для самостоятельной работы студентов спец. 260400 (250201) – Лесное хозяйство и 260500 (250203) – Садово-парковое и ландшафтное строительство / М.Т. Сериков, А.И. Ревин, А.В. Мироненко, А.В. Лобыкин ; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2007. – 35 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ГОУ ВПО «ВГЛТА»

Рецензент главный инженер ФГУП «Воронежлеспроект» А.П. Кабанцов

Ответственный редактор д-р с.-х. наук, проф. М.П. Чернышов

3

Введение

В условиях интенсивного развития производительных сил проблема рационального использования лесных ресурсов приобретает первостепенное значение. Хозяйственное освоение лесных территорий неизбежно ставит перед аэрокосмическим зондированием ряд сложных задач, связанных с разработкой новых подходов к способам оценки комплексной продуктивности лесов, долгосрочного прогнозирования их структуры и воспроизводства.

Применение методов аэрофотосъемки для целей лесного хозяйства имеет почти восьмидесятилетнюю историю. За этот период были разработаны наиболее приемлемые для съемки лесов технические средства и методы, включающие новейшие достижения в области космонавтики.

Студенты лесохозяйственных специальностей знакомятся с этими методами при изучении дисциплины "Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве".

Данные методические указания составлены для студентов с целью оказания практической помощи при самостоятельном изучении этой дисциплины и посвящены техническим средствам аэрофотосъемки и космической съемки, а также лазерному дистанционному зондированию. Освоению материала будут способствовать вопросы и списки рекомендуемой литературы, помещенные в конце каждого подраздела.

1 Летательные аппараты лесной авиации

Рабочая программа

Основные сведения о строении атмосферы, ее составе как среды, влияющей на работу летательных аппаратов. Принципы создания подъемной силы летательными аппаратами. Самолеты и вертолеты, применяемые в лесном хозяйстве и лесной промышленности, их технические характеристики, преимущества и недостатки их использования. Основные требования к самолетам и вертолетам, применяемым в лесном хозяйстве.

К техническим средствам аэрофотосъемки относятся: носители (самолеты, вертолеты), аэрофотоаппаратура, аэропленка, фотобумага, фотолабораторное оборудование.

1.1 Самолеты и вертолеты

Аэрофотосъемка лесов в нашей стране осуществляется с самолетов ТУ-134 СХ, AН-30, ИЛ-14 ФК, реже АН-2, крупномасштабная съемка - с вертолетов МИ-2 и КА-26.

Самолет АН-З0 используется при получении снимков для дешифровочных целей мелкого и сверхмелкого масштабов. В комплект аэрофотосъемочного оборудования самолета входят: аэрофотоаппарат АФА-ТЭ (fk=50…500 мм) с гиростабилизирующей аэрофотоустановкой; аэрофотоаппарат АФА-ТЭ и АФА-42/20 с плановой аэрофотоустановкой; статоскоп ТАУ

4

или С-51 М; топографический радиовысотомер PB-18 Ж; аэроэкспонометр АЭ-2. В самолете оборудованы три люка для размещения АФА-ТЭ с гиростабилизирущей установкой, оптического командного прибора, аэрофотоаппарата для плановой аэрофотосъемки.

Самолет ИЛ-14 ФК предназначен для аэрофотосъемки в средних и крупных масштабах. В грузовой части кабины расположены три шахты, где оборудованы фотолюки, в которые могут быть установлены различные АФА в зависимости от поставленных задач, выполняемых аэрофотосъемкой.

Самолет АН-2 предназначен в основном для аэрофотосъемки в крупном масштабе. В комплект аэрофотосъемочного оборудования этого самолета могут входить аэрофотоаппарат AФA-31, АФА-ТЭ, БАФ-21, радиовысотомер, статоскоп С-51, аэроэкспонометр. Вертолет КА-26 применяют для крупноили сверхкрупномасштабной аэрофотосъемки. Аэрофотосъемочное оборудование состоит из аэрофотоаппарата АФА-ТЭ с тремя кассетами. Аэрофотоустановка крепится над люком грузопассажирской кабины вертолета. Для свархкрупномасштабной маршрутной и выборочной аэрофотосъемки В настоящее время применяется вертолет МИ-2. К его фюзеляжу крепятся два АФА для выполнения синхронной аэрофотосъемки. К вертолету могут крепиться аэрофотоаппараты АФА-TЭ-200, АФА-ТЭ-70, БАФ-21 С, БАФ-40 Р.

Принципы полета самолета и вертолета

Как известно, любое тело, движущееся в воздушной среде, преодолевает сопротивление, которое прямопропорционально плотности воздуха, площади тела, квадрату скорости движения. Сопротивление зависит от формы и гладкости тела, его положения В воздушном потоке. Если В потоке воздуха поместить тела различной формы, то чем больше разница давлений спереди и сзади их, тем больше область завихрения, меньше скорость продвижения тел В воздухе и больше сила сопротивления. Эта сила, направленная прямо против движения тел, называется лобовым сопротивлением. Если в потоке воздуха поместить каплевидное тело с более совершенной аэродинамической формой, то разность давления спереди и сзади будет незначительной, так как завихрений почти не образуется. Из сказанного становится понятным использование В авиации обтекаемых форм. Крылья создают подъемную силу и делают возможным полет. Образование подъемной силы показано на рис.1.1 (поперечный разрез крыла).

Крыло движется в воздухе под некоторым углом атаки. Частицы воздуха, ударяясь о летящее крыло, будут огибать как верхнюю выпуклую, так и нижнюю плоскую или слегка вогнутую поверхность крыла. В одно и то же время струйкам, обтекающим крыло сверху, приходится пройти больший путь, чем струйкам, обтекающим крыло снизу. Значит, верхние струйки будут двигаться с большей скоростью, чем нижние.

5

Рис. 1.1 Образование подъемной силы: АВ – подъемная сила; АС – полное сопротивление; АД – лобовое сопротивление; α – уголатаки

Из закона Бернулли следует, что чем больше скорость потока, тем меньше в нем давление. Поэтому над крылом создается меньшее давление, чем под крылом. В результате разности давлений крыло, с одной стороны, как бы подсасывается вверх за счет пониженного давления, а снизу – подпирается за счет повышенного давления. Вследствие этого и возникает подъемная сила, действующая снизу вверх и направленная перпендикулярно потоку воздуха. На этом свойстве крыла основан полет самолета и вертолета – аппаратов тяжелее воздуха. Роль крыла у вертолета выполняет лопасть несущего винта. Подъемная сила у самолета появляется только в том случае, если он движется с достаточной скоростью. При подъеме самолета от земли эта сила должна быть больше его веса. Для движения самолета с определенной скоростью он все время должен преодолевать сопротивление воздуха, а при разбеге во время взлета еще и трение колес о землю. Силой, преодолевающей сопротивление воздуха и придающей поступательную скорость самолету, является сила тяги воздушного винта, вращаемого моторами.

Самолеты Основные части самолета: фюзеляж, крылья, силовая установка, орга-

ны приземления, органы управления (рис. 1.2).

1.Фюзеляж представляет собой корпус или остов самолета, к которому крепятся другие его части. Фюзеляж у современных самолетов обычно изготавливается из металла. Металлический каркас снаружи обшивается листовым дюралюминием. В передней части фюзеляжа располагается кабина пилотов, а в средней части находится пассажирская кабина или место для размещения груза и специальной аппаратуры. В пассажирской кабине имеются иллюминаторы, через которые можно вести обзор местности. В случае оборудования самолета для производства аэрофотосъемки в средней части фюзеляжа устанавливается аэрофотосъемочное оборудование, а в том месте, где закрепляется аэрофотоаппарат, в днище фюзеляжа прорезается специальный люк, закрываемый крышкой.

2.Крылья. По числу крыльев самолеты бывают однокрылые (монопланы) и двукрылые (бипланы). Монопланы бывают с низко посаженным

6

крылом (ИЛ-14) и высоко посаженным крылом (АН-24). У бипланов (АН-2) верхние и нижние крылья связаны между собой стойками. Крыло самолета состоит из трех отдельных частей: центральной части (центроплана), жестко прикрепленного к фюзеляжу, и двух консолей, прикрепленных к центроплану. В задней части каждой консоли на шарнирах прикреплены органы управления самолетом – элероны. Элероны являются частью крыла и представляют собой небольшие крылышки, расположенные на концах крыльев самолета. Металлический каркас крыла обшивается листовым дюралюминием. В полости крыла располагаются топливные баки.

Рис. 1.2. Самолет АН-2:

1 – фюзеляж; 2 – шасси; 3 – руль высоты; 4 – руль направлений; 5 – стабилизатор, 6 – киль; 7– элерон верхнего крыла

3.Силовая установка. Тяга воздушного винта, вращаемого мотором, позволяет самолету преодолевать и сопротивление воздуха, и трение колес. По числу двигательных установок самолеты, используемые в лесном хозяйстве, бывают одномоторные и двухмоторные. Двигатели самолетов бывают поршневые и турбинные с воздушным охлаждением. Воздушный винт изготовляется из металла, и он имеет переменный угол атаки, реже воздушные винты бывают из древесины или пластика.

4.Органы приземления. К органам приземления относятся шасси с передним или хвостовым колесом. Органы приземления необходимы самолету для взлета и посадки, а также для передвижения по земле. Шасси с помощью специальных приспособлений крепятся к фюзеляжу или крыльям самолета. Для смягчения удара самолета о поверхность аэродрома шасси имеют гидравлические амортизаторы. На некоторых типах самолетов (АН-2) предусмотрена смена сухопутного шасси В зимних условиях на лыжи или на поплавки при работе самолета В районах с наличием большого количества открытых водных пространств. В этом случае сухопутный самолет превращается в гидросамолет, которому не требуется аэродром с твердым покрытием.

5.Органы управления. Управление самолетом осуществляется при по-

7

мощи рулей высоты, руля направлений и элеронов. Устойчивость самолету придают стабилизатор и киль, жестко прикрепленные к хвостовой части фюзеляжа. Управление оперением самолета осуществляется из кабины пилота при помощи системы блоков и тросов. Оперение самолета предназначено для обеспечения его устойчивости в горизонтальном полете, а также для необходимого изменения высоты и направления полета. Руль высоты при помощи шарниров крепится в задней части стабилизатора, а руль направлений – к килю самолета.

Для управления самолетом служат штурвал и ножные педали. Штурвал соединен с рулями высоты и элеронами, а ножные педали – с рулем направления. При повороте штурвала влево поднимаются элероны левого крыла и опускаются элероны правого крыла, при этом самолет получает левый крен. При взятии штурвала на себя поднимаются рули высоты, и самолет идет на подъем. Если подать штурвал от себя, то самолет пойдет на снижение. Управление рулем направления осуществляется нажатием ногой педали.

6. Различное оборудование. На приборной доске в кабине пилота установлены приборы, показывающие режим полета самолета и режим работы отдельных агрегатов. К числу таких приборов относятся: указатели скорости и высоты полета, температуры цилиндров двигателя и масла, тахометр, компас, часы, количества топлива и другие.

Для обеспечения нормальной работы экипажа и соблюдения режима полета в самолете устанавливается противообледенительная система, отопление кабины пилота и пассажирского салона. В необходимых случаях самолёты снабжаются кислородным оборудованием. В самолетах, предназначенных для аэрофотосъемки, устанавливается комплект аэрофотоаппарата, радиовысотомера и статоскопа.

Вертолеты Вертолеты отличаются друг от друга по количеству несущих винтов и

по способу привода вращения их.

Вертолеты с одним несущим и одним рулевым винтом, расположенным на хвостовой балке. Вертолеты этого типа имеют наибольшее распространение. Их конструкция разработана конструкторским бюро М.Л. Миля. Несмотря на некоторые недостатки конструкции, вертолеты этого типа широко используются В лесном хозяйстве и лесной промышленности. К числу недостатков конструкции относятся: потеря мощности на хвостовой винт (до 10 %), длинный хвост, увеличивающий габариты вертолета.

Вертолеты с двумя несущими винтами, расположенными соосно один над другим. Винты вращаются в противоположных направлениях, поэтому возникающие реактивные моменты уравновешиваются друг другом. Вертолеты такого типа проектируются конструкторским бюро Н.И. Камова.

Преимущества вертолета: малые размеры, небольшой вес, хорошая управляемость, большая устойчивость и маневренность. В лесном хозяйстве используется вертолет КА-18 (рис. 1.3), КА-26.

К основным частям вертолета относятся: корпус, силовая установка и

9

4.Шасси у легких вертолетов имеет три колеса, а у тяжелых – четыре. Шасси служит для гашения возможных ударов или толчков при посадке вертолета, а также для его транспортировки на земле.

5.Управление одновинтовым вертолетом состоит из следующих систем: управления несущим винтом, управления рулевым винтом и управления газом двигателя. У двухвинтовых соосных вертолетов управление несущими винтами и управление газом двигателей.

Управление несущим винтом производится ручкой обычного типа при помощи автомата перекоса "шаг-газ".

Управление рулевым винтом выполняется педалями ножного управления. Управление двигателем осуществляется тем же рычагом "шаг-газ", которым управляется и несущий винт. При уменьшении "газа" одновременно уменьшается установленный угол лопастей несущего винта (угол атаки), снижается мощность двигателя, уменьшается тяга несущего винта и вертолет начинает снижаться. При увеличении "газа" двигатель набирает мощность, увеличивается тяга несущего винта и вертолет поднимается. Горизонтальный полет вертолета обеспечивается тем, что в определенном секторе вращения лопастей угол атаки убирается. Поэтому в этом секторе подъемная сила отсутствует или имеет незначительную величину. Вертолет как бы соскальзывает в направлении сектора и начинает двигаться горизонтально. Пилот может менять положение сектора с нулевым углом атаки лопасти по всей окружности ее вращения. Поэтому вертолет может двигаться в любом горизонтальном направлении.

Втабл. 1.1 приводятся основные технические показатели самолетов и вертолетов, применяемых в лесном хозяйстве и лесной промышленности и для производства аэрофотосъемки.

Начиная с 1976 года, аэрофотосъемка земной поверхности выполняется со специально сконструированного самолета АН-З0. Это тяжелая двухмоторная машина сделана на базе пассажирского самолета АН-24. Самолет АН-30 допускает установку до 5 аэрофотоаппаратов, имеющих разные фокусные расстояния объективов и производящих аэрофотосъемку на пленки с различной спектральной чувствительностью. В самолете установлены два турбовинтовых двигателя, развивающих мощность до 2500 л.с.

Устойчивость самолета при полете на разных высотах позволяет получать материалы аэрофотосъемки с незначительными погрешностями.

Внастоящее время современная авиация широко используется в работах по освоению космического пространства. Так для перевозки на космодром Байконур ракетно-космической системы "Энергия - Буран" был реконструирован стратегический бомбардировщик 201 М. Межконтинентальный бомбардировщик имел высокое аэродинамическое качество, которое компенсировало колоссальное лобовое сопротивление, создаваемое грузом на "спине" самолета. Для большей устойчивости и ликвидации мощного вихревого потока, идущего от груза, фюзеляж самолета был удлинен на семь метров, однокилевое вертикальное оперение было заменено двухкилевым.

10

Таблица 1.1

Летно-техническая характеристика самолетов и вертолетов

1.2 Вопросы для самопроверки

1.Состав и строение атмосферы (по литературному источнику №1).

2.Принципы создания подъемной силы летательных аппаратов.

3.Основные части самолета.

4.Основные части вертолета.

5.Самолеты лесной авиации, их характеристики, преимущества и недостатки.

6.Типы вертолетов, применяемых в лесном хозяйстве. Их характеристики, преимущества и недостатки.

1.3Библиографический список

1.Дмитриев, И.Д. Лесная аэрофотосъемка и авиация [Текст]: учеб. для вузов / И.Д. Дмитртев, Е.С. Мурахтанов, В.И. Сухих. – М.: Лесн. пром-сть, 1981. – 344 с.

2.Дмитриев, И.Д. Лесная аэрофотосъемка и авиация. Лесотаксационное и лесохозяйственное дешифрирование аэрофотоснимков [Текст] / И.Д. Дмитриев, Е.П. Данюлис, П.А. Кропов. – Л.: РИО ЛТА, 1976. – 168 с. (С. 3441)

3.Кармазин, А.У. Вертолеты в лесном хозяйстве [Текст] / А.У. Карма-

зин, Н.К. Таланцев. – М.: Лесн. пром-сть, 1974. – 120 с. (С. 3-7, 118)

4.Лавров, Н.П. Аэрофотосъемка. Аэрофотосъемочное оборудование [Текст]: учеб. для вузов / Н.П. Лавров, А.Ф. Стеценко. – М.: Недра, 1981. –