Влияние температуры воздуха на полеты воздушных судов.

 

Температура воздуха в значительной мере влияет на производство полетов. С повышением температуры воздуха увеличивается длина разбега самолета, которая зависит от силы тяги двигателя. При повышение температуры сила тяги падает, самолет с меньшим ускорением набирает скорость, что увеличивает его пробег по взлетно-посадочной полосе (ВПП) до набора нужной скорости отрыва. Поэтому при высоких температурах, чтобы самолет смог набрать нужную скорость и оторваться от земли уменьшается его коммерческая загрузка.

При посадке самолета температура воздуха тоже влияет на длину пробега самолета. При более высоких температурах длина пробега несколько увеличивается.

Одной и важнейших летно-технических характеристик самолета является его потолок. Потолком самолета называется наибольшая высота, на которую может подняться самолет при определенном режиме полета. С увеличением температуры воздуха потолок самолета понижается.

Таким образом, сведения о температуре воздуха на уровне ВПП и на высотах является очень важной метеорологической информацией для обеспечения полетов воздушных судов.

 

Атмосферное давление

 

На все предметы, находящиеся в атмосфере и на земную поверхность атмосфера оказывает давление своим весом. Атмосферное давление – это сила, действующая на 1 см² горизонтальной поверхности, вызываемая весом столба воздуха находящегося над данной поверхностью. Чем больше высота этого столба и чем плотнее воздух в нем, тем больше атмосферное давление. Следовательно, значение атмосферного давления уменьшается с высотой.

Атмосферное давление измеряет барометром, в котором вес столба воздуха уравновешивается высотой столба ртути, измеряемого в миллиметрах. Следовательно, единицей измерения давления служат миллиметры ртутного столба (мм рт.ст). это величина относительная, но мм рт.ст. можно перевести в абсолютные единицы давления гектопаскали (гПа) или миллибары (Мб)

1 мм.рт.ст.=1,333 гПа или мб.

1 гПа (мб)=0,75 мм.рт.ст.

 

Изменение давления с высотой

Атмосферное давление изменяется с высотой по логарифмическому закону: в нижних слоях атмосферы оно уменьшается быстрее, чем в верхних. Высота, в пределах которой атмосферные давление изменяется на одну единицу (1 мм.рт.ст. или 1 мб.) называется барической ступенью.

Величина барической ступени определяется по формуле:

h= (l+ ) (2.6.)

P_ср и t_ср- средние величины атмосферного давления и температуры слоя толщиной h метров.

Из формулы (2.6.) видно, что величина барической ступени обратно пропорционально давлению воздуха. Чем меньше давление, тем больше барическая ступень. С высотой барическая ступень возрастает, т.к. давление уменьшается. Величина барической ступени прямо пропорциональна температуре воздуха. Поэтому в теплых воздушных массах уменьшение давления с высотой

происходит медленнее, чем в холодных.

Барическая ступень у поверхности земли изменяется сравнительно мало и составляет в среднем 8м на 1 мб(гПа). Однако с высотой она резко возрастает и на высоте порядка 16км (100мб) при температуре -40⁰ величина барической ступени уже около 70м.

 

Таблица 2.1.

Барическая ступень (h м/мб) при разных значениях

Температуры и давления

Давление, мб	Температура, 0С
-40	-20
	6,7	7,4	8,0	8,6	9,3
	13,4	14,7	16,0	17,3	18,6
	67,2	73,6	80,0	86,4	92,8

 

Из данных таблицы (2.1) видно, что колебания величины барической ступени на одном и том же уровне при разной температуре воздуха менее значительны, чем изменение величины барической ступени от высоты.

Для анализа изменения давления у земли используется величина барометрической тенденции. Барометрическая тенденция – это величина и характер (повышение или понижение) давления за последние 3 часа. При понижения давления барометрическая тенденция отрицательная, при повышения давления – положительная. Барометрическая тенденция определяется по барографу (самописцу давления).

Величина давления на аэродроме измеряется до десятых долей мм.рт.ст. или вычисляется до десятых долей ГПа и округляется в меньшую сторону до ближайшего целого числа. В работе авиации используется давление не приведенное к уровню моря (QFE) в мм.рт.ст. и приведенное к уровню моря (QNH) в гПа. Давление не приведенное к уровню моря – это давление, измеренное на аэродроме.

Давление приведенное к уровню моря –это, когда в давление, измеренное на аэродроме, вводится поправка на высоту аэродрома над уровнем моря. При этом получается такое давление, которое было бы на аэродроме, если бы он находился на уровне моря.

Значение атмосферного давления на аэродроме очень важно при посадке воздушных судов. Полет происходит на эшелонах рассчитанных по среднему (стандартному) давлению над уровнем моря. Но на каждом аэродроме есть значение стандартной высоты над уровнем моря, когда приборы переключаются на фактическое давление на аэродроме. Эта высота называется эшелоном перехода. При вводе фактического давления аэродрома на эшелоне перехода летчик получает значение истинной высоты воздушного судна над поверхностью ВПП. Поэтому очень важно иметь самые точные сведения о фактическом

давление на аэродроме.

Давление воздуха зависит от его плотности. Плотность воздуха – это отношение массы воздуха к его объему. Обычно плотность воздуха (ρ) выражается в г/м³.

При температуре 0⁰ и давления 760 мм.рт.ст. плотность сухого воздуха равна - 1293 г/м³.

В Европе средняя величина плотности воздуха у поверхности земли составляет 1250 г/м³, на высоте 5 км она равна 735 г/м³, а на высоте 10км равна 411 г/м³. У экватора значения плотности воздуха меньше чем в Европе, а у полюсов – больше. Зимой плотность воздуха больше, чем летом.

 

Стандартная атмосфера

 

Стандартная атмосфера (СА) – характеристика некоторого независимого от времени суток и года постоянного состояния атмосферы. При этом предполагается, что воздух представляет собой идеальный газ и основные его параметры имеют определенные общепринятые исходные значения.

Реальная атмосфера в конкретный момент и конкретном пункте может отличаться от стандартной, поэтому нужно иметь возможность объективного сопоставления между собой данных о летных характеристиках, полученных в различных условиях или в разное время. Это осуществляется приведением летных характеристик к условиям СА.

В практике возможны случая, когда требуется перейти от реальных наблюдавшихся условий к стандартным или наоборот. Например, в разные дни разные самолеты достигли различных максимальных высот, и требуется определить, у какого самолета выше потолок. В этом случае нужно перейти от реальной атмосферы к стандартной. Или в другом случае известна расчетная максимальная скорость полета в условиях СА, а какая может быть достигнута реальная скорость. В этом случае надо перейти к реальным условиям конкретного дня.

Введение СА позволяет получить сравнимые между собой показания приборов, данные летных испытаний, результаты аэродинамических расчетов, геофизических и метеорологических измерений. Параметры и физические характеристики СА принимаются с учетом многолетних средних значений метеорологических элементов.

Основные параметры СА на уровне моря:

Р₀= 1013,25 мб(гПа)=760 мм.рт.ст.

Т₀=15⁰С h=11м. J=0,65º

 

Для верхней тропосферы и нижней стратосферы Т=-56⁰С. Для оценки метеорологических условий полета необходимо знать климатические характеристики и реальное распределение параметров атмосферы по высотам. Очень важны при этом данные о распределение температуры и ее отклонений от стандартных. 15

Влажность воздуха

В атмосферном воздухе всегда находится водяной пар. Более 70% нашей планеты покрыто морями и океанами, с поверхности которых происходит непрерывное испарение влаги. Эта влага переносится воздушными потоками в вертикальном и горизонтальном направлениях. Таким образом, она поступает на континенты. На континентах кроме того имеются свои источники увлажнения воздуха. Это озера, реки, болота. Влага испаряется также с поверхности почвы, льда и растительного покрова. По этим причинам атмосферный воздух содержит то или иное количество водяного пара, которое называется влажностью воздуха. Причем, влажность связана не только с содержанием в воздухе водяного пара, но и с его температурой.

Различают действительную влажность воздуха на данный момент времени и максимально возможную при данной его температуре, когда будет достигнуто состояние насыщения, и станет невозможным дальнейшее увеличение в воздухе количества водяного пара, поскольку процессы испарения и конденсации водяного пара будут взаимно компенсировать друг друга.

 

Влажность воздуха характеризует ряд величин.

А (г/м³)

tº C

-30 -20 -10 0 +10 +20 +30

 

Рис. 2.2 Зависимость количества насыщающего пара А от температуры.

 

Упругость водяного пара – эта та часть атмосферного давления которая создается водяным паром, обладающим, как и всякий газ некоторой упругостью. Выражается упругость в миллибарах или миллиметрах ртутного столба. Различают фактическую упругость водяного пара (е) и максимально возможную приданной температуре (Е).

Удельная влажность – количество водяного пара в граммах, содержащееся в одном килограмме воздуха. Удельная влажность воздуха остается неизменной при любых процессах (нагревание, охлаждение, расширение или

уменьшение объема).Меняется она лишь, когда происходит конденсация или

дополнительное испарение. Поэтому эта характеристика удобна для теоретических расчетов. Обозначается удельная влажность буквой S и измеряется в г/кг. Удельная влажность связана с упругостью водяного пара следующим образом:

(2,7)

P- давление воздуха;

е- упругость водяного пара

 

Абсолютная влажность (а) – это количество водяного пара в граммах, содержащееся в одном кубическом метре воздуха (г/кг). Если в воздухе содержится максимальное количество водяного пара, которое может содержаться при данной температуре, то такое пространство считается насыщенным и обозначается буквой А

Анализируя зависимость максимального количества водяного пара, которое может содержаться в воздухе, от температуры (рис. 2.2) видим, что при низких температурах -30⁰-20⁰ в воздухе может содержаться ничтожное количество водяного пара (до 1 г/м³), а при температурах положительных эта величина резко возрастает: до 18 г/м³ при температуре +20⁰ и до 30г/м³ при температуре +30⁰.

Связь между абсолютной влажностью (а) и упругостью водяного пара (е) выражается соотношениями:

- при измерении е в мм.рт.ст.

 

(2.8)

- при измерении е в мб.

 

(2.9)

α- коэффициент объемного расширения воздуха равный 0,004;

t- температура воздуха в ⁰С.

 

Величина близка к единице, поэтому значения е, выраженные в мм.рт.ст., и значения α, выраженные в г/м³, различаются очень мало, а при температуре 16,5 ⁰ равны между собой.

Кроме упругости водяного пара, удельной и абсолютной влажности важной характеристикой влажности воздуха является относительная влажность.

Относительная влажность – это отношение фактического содержания водяного пара к максимально возможному при данной температуре, выраженное в процентах:

(2.10)

Относительная влажность является одной из важнейших гидрометеорологических характеристик воздушной массы при практическом

метеообеспечении авиации и составлении прогнозов погоды любого назначения. Приближение относительной влажности воздуха к 100% является признаком увеличения опасности возникновения тумана и низкой облачности, которые в значительной мере усложняют выполнение полетов.

Измерение относительной влажности на метеорологических станциях производится с помощью гигрометра.

Влажность воздуха характеризуется соотношением температуры воздуха и температуры точки росы.

 

Точка росы (Тd) – это температура до которой надо охладить имеющийся воздух, чтобы он достиг состояния насыщения водяным паром, т.е. чтобы соотношение стало равно единице, а относительная влажность -100%.

Разность между фактической температурой воздуха и температурой точки росы называется дефицитом точки росы.

d = T-Td (2.11)

 

Дефицит точки росы показывает на сколько градусов надо охладиться воздуху, чтобы количество водяного пара в нем стало максимальным, т.е. воздух стал насыщенным водяным паром.

Основным процессом, приводящим к насыщению атмосферного воздуха водяным паром является процесс понижения температуры воздуха. Когда рассматривается вопрос о максимальном количестве водяного пара, которое может содержаться при разных температурах, то оказывается при более низких температурах надо гораздо меньше водяного пара, чтобы воздух стал насыщенным. Поэтому с понижением температуры воздух приближается к состоянию насыщение, а при повышение температуры удаляется от состояния насыщения водяным паром. При этом реальное количество водяного пара в воздухе не изменяется.

Например абсолютная влажность воздуха равна 10 г/м³. При температуре t 10⁰С и такой абсолютной влажности воздух полностью насыщен водяным паром, так как это максимальное количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе при температуре +10⁰. При этом относительная влажность равна 100%, так как

 

Если те температура воздуха повысится до +20⁰, то при той же абсолютной влажности 10г/м³ воздух в значительной мере удалится от состояния насыщения водяным паром, так как при температуре +20⁰, чтобы воздух был насыщен водяным паром надо увеличение количество водяного пара до 18 г/м³. Поэтому в этом случае

 

 

Таким образом, относительная влажность является достаточно точной характеристикой влагонасыщенности воздушной массы.

Содержание водяного пара в атмосфере ввиду испарения и конденсации изменяется в довольно больших пределах, почти от нуля до 4% (по объему). С высотой его количество в среднем довольно быстро убывает, возрастая лишь под задерживающими слоями.

Водяной пар играет важную роль в атмосферных процессах. С водяным паром связаны многие явления погоды, осложняющие полеты: облака, грозы, осадки, туманы, дымки.

 

Глава III