Влияние сдвига ветра на полет.
Влияние сдвига ветра на полет самолета основывается на том, что благодаря значительной массе он обладает большой инерцией, которая препятствует быстрому изменению его путевой скорости, в то время как приборная (воздушная) скорость изменяется соответственно изменению ветра.
Изменение приборной скорости происходит в период времени, недостаточный для соответствующего изменения путевой скорости. В результате изменения приборной скорости соответственно увеличивается или уменьшается подъемная сила крыла, и самолет отклоняется вниз или вверх от заданной траектории.
Восстановление приборной скорости, уменьшившейся вследствие изменения скорости ветра, без перевода двигателей на другой режим работы или перевода самолета на снижение требует значительного времени (для увеличения скорости полета на 20 км/ч затрачивается около100 с).
При наличии достаточных запасов высоты и скорости полета современные самолеты, даже без вмешательства пилота, могут восстанавливать режим полета, нарушенный изменением скорости или направления ветра.
При попадании в условия сдвига ветра на малой высоте (заход на посадку) экипаж самолета связан ограниченными запасами высоты и скорости, а также приемистостью двигателей и дефицитом времени.
Наибольшую опасность представляет вертикальный сдвиг ветра, когда самолет в посадочной конфигурации находится на глиссаде. В качестве примера влияния сдвига ветра на самолет рассмотрим его снижение по глиссаде во время значительного вертикального сдвига ветра, когда скорость ветра уменьшается с уменьшением высоты.
Влияние положительного сдвига ветра на самолет
Из рисунке видно, что в слое воздуха выше линии раздела наблюдается встречный ветер скоростью 40 км/ч, ниже ее скорость ветра резко уменьшается до 10 км/ч, а у земли равна нулю (штиль). В точке А на самолет действует встречный ветер 40 км/ч; приборная скорость самолета в этой точке составляет 280 км/ч, а путевая - 240 км/ч. При дальнейшем снижении самолета по глиссаде в точке В происходит резкое уменьшение скорости ветра. Приборная скорость самолета в этой точке резко уменьшается на величину изменения встречного ветра и становится равной 250 км/ч. Чтобы сохранить приборную скорость и положение на глиссаде, необходимо мгновенно увеличить путевую скорость самолета на 30 км/ч (т.е. на величину уменьшения встречного ветра). Однако в связи с инерцией самолета на это потребуется значительное время (на восстановление 18-20 км/ч скорости без вмешательства пилота затрачивается 70-100 с). Временное уменьшение приборной скорости вызовет резкое уменьшение подъемной силы и отклонения самолета вниз от глиссады.
Ниже на рисунках показаны посадка и взлет самолета в различных условиях сдвига ветра.
Поведение самолета в спутной зоне.
Спутная струя. Любой летательный аппарат в полете создает за собой спутную струю, представляющую собой область воздушного пространства, где проявляются возмущения, создаваемые фюзеляжем, двигателями и крылом. По мере удаления от летательного аппарата струя постепенно расширяется и ослабевает.
Интенсивность вихревой зоны. При горизонтальном полете вихри тянутся за самолетом почти горизонтально, очень медленно опускаясь вниз, и затем медленно затухают в результате вязкости воздуха и турбулентности атмосферы. Ослабевает интенсивность вихрей через 15 - 20 секунд после пролета самолета.
Расстояние между вихрями L' = 0,8 L, где L - размах крыла; диаметр вихря d = 0,17 L. Интенсивность вихрей тем больше, чем больше средняя аэродинамическая хорда крыла, угол атаки и скорость полета.
Поле вертикальных вихрей. Вихревая зона создает поле вертикальных скоростей ΔVy, изменяющих угол атаки крыла и оперения самолета, попадающего в спутную зону. Эпюра вертикальных скоростей по размаху крыла показана на рисунке, где также показано влияние спутной струи на позади летящий самолет с размахом крыла, меньшим, чем у самолета, летящего впереди.
Наибольшая величина вертикальных скоростей ΔVy возникает на оси концевого вихревого жгута и медленно затухает с расстоянием. Так, например, на дистанции 500 м вертикальные скорости ΔVy остаются почти постоянными и лишь на расстоянии 2 - 3 км уменьшаются в 1,5 - 2 раза. С изменением высоты относительно плоскости вихревой скос потока быстро затухает и при превышении либо принижении позади летящего самолета, равном половине размаха крыла впереди летящего самолета, скос потока заметного воздействия на позади летящий самолет не оказывает.
На самолет, попавший в спутную струю, действует кренящий момент. Величина и направление его зависят от положения самолета относительно оси вихря и отношения размахов ведущего и ведомого самолетов.
Спутная зона за фюзеляжем и двигателями. Спутная зона за фюзеляжем представляет собой турбулизированную область без индуцированных скоростей. Ось струи наклонена вниз под углом 1,5 - 2 ° по отношению к траектории полета. При попадании в спутную струю за фюзеляжем, самолет, летящий позади, испытывает тряску высокой частоты, что может вызвать опасные вибрации конструкции. Длина спутной зоны за фюзеляжем составляет 100 - 170 м.
Струя от турбинного двигателя представляет собой узкий поток выхлопных газов, скорость и температура которых быстро уменьшаются на расстоянии 50 - 80 м от двигателя и гаснет до 25 - 35 м/с. Поэтому она не оказывает значительного влияния на пилотирование позади летящего самолета, а также не возникает заметной тряски от турбулентности потока. Длительное и близкое пребывание в струе газов может вызвать помпаж и самовыключение двигателя на позади летящем самолете.
Действие спутной струи. Кренящие моменты от спутной струи достигают больших величин и могут превзойти запас отклонения элеронов для парирования этих моментов. Особенно опасные крены возникают в области 2, при попадании, в которую может произойти полный переворот самолета.
Аэродинамика вертолета.