Количественная оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельно допустимую высоту полета самолета Ту-154

 

Министерство  транспорта Российской Федерации (Минтранс России)

Федеральное агентство воздушного транспорта (Росавиация)

ФГБОУ ВПО  «Санкт-Петербургский государственный 
университет гражданской авиации»

Кафедра метеорологии и экологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по

Авиационной метеорологии

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Санкт-Петербург, 2014г.

Оглавление

Оглавление 2

Введение 3

ГЛАВА 1.  Физико-географическое описание района полета по трассе Костанай – Пермь. Аэроклиматическое описание аэропортов и анализ температурного режима воздуха. 4

1.1. Физико-географическое описание аэропорта Костанай – Пермь 4

1.2. Физико-географическое описание Перми 5

1.3. Физико-географические и климатические особенности района прохождения воздушной трассы Костанай – Пермь 6

ГЛАВА 2. Анализ многолетнего температурного режима воздуха для Костаная и Перми 8

2.1. Качественный анализ температурного режима воздуха по кривым стратификации 8

2.2. Определение количественных характеристик температурного режима 8

ГЛАВА 3. Количественная оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельно допустимую высоту полета самолета Ту-154 10

3.1. Аналитический расчёт максимально допустимой высоты полёта 10

3.2. Графическое определение максимально допустимой высоты полёта 12

3.3. Графическое определение изменения Н_пр.доп. за счёт изменения полетного веса при выработке горючего на маршруте Костанай – Пермь 13

3.4. Влияние температурного режима на максимально допустимую истинную скорость полета самолета Ту-154 в СА в спокойной и в турбулентной атмосфере. 14

Заключение 16

Использованная литература 17

 

 

 

Введение

Задачей данной работы является приобретение навыков самостоятельной оценки влияния температурного режима реальной атмосферы на летно-технические характеристики современных самолетов при полетах на больших высотах.

При выполнении курсовой работы требуется проанализировать многолетний режим температуры  на высотах над разными участками  заданной воздушной трассы, рассчитать отклонения реальной температуры от ее значений в стандартной атмосфере (СА), возможные пределы изменения  практического потолка и предельно  допустимой высоты полета для конкретного  типа самолета.

В реальных условиях полета температура, плотность  воздуха и атмосферное давление на высоте могут существенно отличаться от значений СА, что оказывает влияние  на характеристики полета самолета. Особенно заметно может изменяться тяга двигателя, практический потолок и предельно  допустимая высота полета (исходя из условий  достаточного запаса устойчивости по перегрузке).

Если  учитывать, что высота полета задается по барометрическому высотомеру, то вдоль  всего профиля полета атмосферное  давление остается постоянным. В этом случае изменение плотности воздуха  на высоте происходит только за счет отклонения температуры от значения СА. Поэтому, в каждом реальном полете необходимо использовать данные температурно-ветрового  зондирования, прогноза температуры  воздуха по высотам и наблюдать  за температурой наружного воздуха  непосредственно в полете для  расчета предельно допустимой высоты полета.

 

ГЛАВА 1.  Физико-географическое описание района полета по трассе Костанай – Пермь. 
Аэроклиматическое описание аэропортов и анализ температурного режима воздуха.

Физико-географическое описание аэропорта Костанай – Наримановка

 

Аэропорт Наримановка ГА расположен в Костанайской области, на западе г.Костанай. Географические координаты КТА UAUU (WGS 84): широта 53°12′24″ , долгота 63°33′00″,высота над уровнем моря 181 м. Ландшафт области характеризуется смешанным рельефом. Имеется большое количество, около 8 тыс., больших и малых озер, почти половина которых, особенно на юге области. 

Общая климатическая характеристика

Климат Костанайской области резко континентальный: жаркое и сухое лето меняется холодной и малоснежной зимой. 

Зимой преобладают северные и северо-восточные  ветры, несущие стужу. 
Зима в этих местах наступает рано и тянется около 6 месяцев. Подолгу стоят сильные морозы с ветрами и буранами, которые зачастую совершенно сдувают снежный покров. Наступавшие иногда среди зимы оттепели становятся причиной жестокого бедствия для местных скотоводов - джута (гололедицы). 
Весной снег большей частью сходит быстро, в какую-нибудь неделю - две. Земля к этому времени не успевает еще оттаять, и значительная часть талых вод стекает по поверхности, образуя бурные ручьи и потоки. К середине апреля приурочивается вскрытие рек, а в мае уже наступает жаркая погода.

Средняя температура июля: +20,9 °C (Максимальная +42,5 С), января: −14,5 °C (Минимальная −49,7 С); характерны резкие перепады температур в течение дня; средняя скорость ветра — 3,2 м/с, преимущественно южного направления — зимой, и северного направления — летом. Осадки в среднем в год: 300—350 мм, максимум осадков приходится на летний период. Среднегодовая влажность воздуха — 71 %. Вегетационный период около 170 суток.

 

Физико-географическое описание аэропорта Пермь - Большое Савино

Город Пермь расположен на востоке европейской  части России, на берегах реки Камы, крупнейшего левого притока Волги, к югу от устья реки Чусовой. Кама выполняет роль градообразующей оси: город протянулся вдоль неё на 70 км и на 40 км вглубь суши. Благодаря Каме, Пермь связана водными путями с пятью европейскими морями: Каспийским, Белым, Чёрным, Азовским и Балтийским.

Географические  координаты КТА аэропорта Большое Савино USPP (WGS 84): широта 57°91, долгота 56°02',высота над уровнем моря 123м. Пермь находится в 715 километрах к северо-западу от Костаная.

Рельеф  в черте города — всхолмленная равнина в долине реки Камы. Левый берег выше правого, сильнее расчленен логами и оврагами. Особенностью Перми является то, что в пределах города течёт множество малых рек, которые протекают преимущественно по многочисленным городским оврагам. Это затрудняет транспортное сообщение между районами города.

Климатическая характеристика погоды Перми

Для всей территории Пермского края характерен умеренный континентальный  климат. Климатические условия региона  формируются под определяющим влиянием западного переноса воздушных масс. Значительное влияние на климатические  условия Пермского края оказывают  также особенности рельефа территории. За счет барьерного влияния Уральских  гор на востоке и особенно на северо-востоке края среднегодовые температуры воздуха несколько ниже, чем на той же широте на западе территории, и выпадает значительно больше осадков.

Среднегодовая температура воздуха  на территории края изменяется от 0°на  севере до +2°на юге территории, но на северо-востоке (в горной части  края) среднегодовые температуры  воздуха отрицательные. В Перми  среднегодовая температура воздуха  за период осреднения 1961–1990 гг. составляет +1,5°. В последние годы среднегодовые  температуры заметно повысились, что видимо, связано с общим  потеплением климата.

Зимой погоду в Пермском крае формирует  западный отрог азиатского антициклона. Атлантические циклоны чаще всего  проходят севернее 60°с.ш, и оказывают большее влияние на погоду в северной части края, где зимой выпадает больше осадков, чем на юге. Средние температуры января изменяются от –14°на юго-западе до –18°в горных восточных районах. Абсолютный минимум в Перми –47°(отмечался в ночь на 31 декабря 1978 года).

Осадки в зимний сезон выпадают в основном в виде снега, их количество возрастает в восточном направлении. Наибольшее количество осадков выпадает в декабре (в Перми в среднем 41 мм), наименьшее – в феврале-марте (в Перми в среднем 27 мм). Максимальная высота снежного покрова, которая обычно наблюдается в первой половине марта, на юге края достигает в среднем 50–60 см, на северо-востоке – до 100см. Зимой на всей территории края преобладают ветра южного и юго-западного направлений. Средние скорости ветра на севере края намного выше, чем на юге.

В летний период погоду на территории Пермского края в основном формируют  циклоны. Средние температуры июля изменяются от +13° на хребте Кваркуш до +18,7°на станции Ножовка. Абсолютные максимумы летней температуры составляют от +35°до +38°в разных районах края. 

В летний сезон выпадает до 40% всей годовой суммы осадков – как  в виде кратковременных ливней, так  и в виде затяжных дождей. Максимальное количество осадков выпадает в июле – от 70 мм на юге края до 100 и более - в горных районах. Для летнего  периода характерны опасные погодные явления, связанные с конвективной неустойчивостью – грозы, сильные  ливни, шквалы и град. В летний период в Пермском крае преобладают ветра северных направлений. Средняя скорость ветра в июле минимальна, в сравнении с другими месяцами года. 
 
Физико-географические и климатические особенности района прохождения воздушной трассы Костанай – Пермь

Полет проходит над Костанайской, Челябинской, Екатеринбургской и Пермской областями. Протяженность трассы составляет около 715км. В начале маршрута полёт проходит над большим количество, больших и малых озер. Примерно на середине маршрута рельеф меняется от смешанного к равнинному. Аэродром Перми расположен на берегу реки Камы, крупнейшего левого притока Волги, к югу от устья реки Чусовой. Климатические особенности района обусловлены в основном особенностями климата Костанайской области и Пермской области, т.к. наиболее существенное влияние метеоусловия оказывают на полёт на этапах взлёта, набора высоты в начальной точке маршрута и при снижении и заходе на посадку в пункте назначения.

 

Рис.1. Маршрут на карте.

 

ГЛАВА 2. Анализ многолетнего температурного режима воздуха для Костаная и Перми

2.1. Качественный анализ температурного режима воздуха по кривым стратификации

На представленной аэрологической диаграмме построены 12 кривых стратификации – линий  распределения температуры воздуха  с высотой, построенных по значениям  давления и температуры на высотах  над разными участками воздушной  трассы в пунктах г.Костанай и г.Пермь.

2.2. Определение количественных характеристик температурного режима

С построенных  кривых сняты значения средней, максимальной и минимальной температур в стандартных  и реальных условиях на высотах 1, 5, 10 и 15км.

Определение отклонения реальной температуры t_ф от стандартной t_СА производится по формуле:

t = tф – tСА

Результаты  вычислений представлены в таблицах 2.1-2.4.

Высота,  км	Костанай, апрель
	tср	tmin	tmax	tCА	∆tср	∆tmin	∆tmax
1		-5,5	24,0	8,5		-14,0	15,5
5	-9,0	-24,5	3,0	-17,5	8,5	-7,0	20,5
10	-41,0	-53,5	-23,5	-50,0	9,0	-3,5	26,5
15	-43,5	-53,5	-32,5	-56,5	13,0	3,0	24,0

Табл. 2.1.

Высота,  км	Костанай, октябрь
	tср	tmin	tmax	tCА	∆tср	∆tmin	∆tmax
1		-6,0	22,0	8,5		-14,5	13,5
5	-12,0	-30,0	-3,0	-17,5	5,5	-12,5	14,5
10	-42,5	-52,5	-26,5	-50,0	7,5	-2,5	23,5
15	-48,0	-57,0	-37,	-56,5	8,5	-0,5	19,5

Табл. 2.2.

 

 

Высота,  км	Пермь, апрель
	tср	tmin	tmax	tCА	∆tср	∆tmin	∆tmax
1		-16,5	16,0	8,5		-25,0	7,5
5	-19	-36,0	8,0	-17,5	-1,5	-18,5	25,5
10	-49,5	-61,0	-33,5	-50,0	0,5	-11,0	16,5
15	-51,0	-63,0	-41,5	-56,5	5,5	-6,5	15,0

Табл. 2.3.

Высота,  км	Пермь, октябрь
	tср	tmin	tmax	tCА	∆tср	∆tmin	∆tmax
1		-12,5	14,5	8,5		-21,0	6,0
5	-21,0	-32,5	-6,0	-17,5	-3,5	-15,0	11,5
10	-46,5	-57,0	-36,0	-50,0	3,5	-7,0	14,0
15	-50,0	-60,0	-45,5	-56,5	6,5	-3,5	11,0