Ветер и его характеристики. Ветер и его характеристики

Тема 3. ВЛИЯНИЕ ВЕТРА НА ПОЛЕТ ВОЗДУШНОГО СУДНА

Ветер и его характеристики

ВС не падает на земную поверхность благодаря подъемной силе, которая возникает у самолета на крыле вследствие его движения, у вертолетов – из-за вращения несущего винта, а у дирижаблей и воздушных шаров благодаря действию закона Архимеда. Таким образом, ВС «опирается» на воздух и не имеет непосредственной связи с землей. Но воздушные массы атмосферы практически всегда находятся в движении, которое вызвано различием температуры и давления в различных районах земной поверхности. Причины и характер такого движения изучает метеорология.

Воздушные массы перемещаются как в горизонтальном направлении параллельно земной поверхности, так и в вертикальном, меняя свою высоту. Конечно, и вертикальное перемещение воздуха имеет для авиации важное значение и может быть опасным. Например, попадание ВС в нисходящий воздушный поток (опускающуюся воздушную массу) может привести к резкой потере высоты ВС и столкновению с земной поверхностью («воздушная яма»). Но аэронавигация рассматривает главным образом горизонтальное перемещение воздуха и влияние его на траекторию ВС.

Ветер(wind) – это горизонтальное перемещение воздушных масс. В каждой точке пространства в данный момент времени имеется определенное направление (direction) и скорость (velocity) ветра, которые образуют вектор ветра, обозначаемый U или u. Скорость ветра u, то есть модуль вектора U, в авиации принято измерять при полете по маршруту в километрах в час (км/ч), а при заходе на посадку и при вылете – в метрах в секунду (м/с).

Направление ветра можно характеризовать одной из следующих двух взаимосвязанных величин.

Навигационное направление ветра (δн или НВ) – угол, заключенный между северным направлением меридиана и направлением перемещения воздушной массы (куда дует ветер). Таким образом, НВ – это просто направление вектора U. В приведенном определении не указан вид меридиана, поскольку в общем случае навигационное направление может отсчитываться от любого из используемых в навигации меридианов (истинного - δн. и, магнитного δн. м, опорного δн. о) – как удобно штурману или пилоту. Но чаще всего под навигационным направлением ветра понимают направление, измеряемое от магнитного меридиана, поскольку путевые углы участков маршрута на карте, посадочные путевые углы и многие другие величины являются магнитными. Метеорологическое направление ветра δ – угол, заключенный между северным направлением истинного меридиана и направлением, откуда перемещается воздушная масса (откуда дует ветер). Очевидно, что это направление противоположно направлению вектора U. Оно отсчитывается только от истинного меридиана. Нетрудно запомнить, почему это именно так. Ведь метеорологов не интересует, куда движется воздушная масса, для них важнее откуда она пришла и что несет с собой (тепло из Африки или холод из Арктики). И когда мы слышим, что «ветер южный», это означает, что воздушная масса движется с юга на север. А от истинного меридиана это направление измеряют потому, что это обычный географический меридиан. Прочих, чисто навигационных меридианов (магнитных, опорных и т.п.), метеорологи знать не обязаны (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Навигационное и метеорологическое направления ветра

Направления куда и откуда дует ветер, являются геометрически противоположными. Но значения навигационного и метеорологического направлений ветра не различаются ровно на 180°, ведь они отсчитываются от разных меридианов. Эти два направления (см. рис. 3.1) связаны следующими формулами:

δ = δн ± 180˚ + ΔМ;

δн = δ ± 180˚ – ΔМ.

На практике вместо этих формул удобнее пользоваться правилом учета поправок: при переходе от приборных величин (в данном случае от навигационного направления, являющегося магнитным) к истинным величинам (метеорологическому направлению, измеряемому от истинного меридиана) магнитное склонение прибавляется, а при переходе от метеорологического направления к навигационному – вычитается. Разумеется, надо не забыть еще «развернуть» направление на 180˚.

В жизни мы часто встречаемся с ветром и думаем, что имеем о нем достаточное представление. К сожалению, оно обычно является неверным или неполным с точки зрения влияния ветра на движение ВС.

Если у земли ветер обычно бывает порывистым, может резко менять скорость и направление, то с подъемом на высоту перемещение воздушной массы становится все более плавным и регулярным. Это связано с тем, что нерегулярность ветра сказывается лишь в так называемом слое трения, простирающемся примерно до высоты 1000 м над землей, где на движение воздушной массы влияют рельеф, неравномерный нагрев земной поверхности и другие факторы. На больших высотах изменение скорости и направления ветра становится более плавным. Скорость ветра с высотой, как правило, увеличивается, а его направление поворачивает вправо. Но в конкретной метеорологической обстановке может быть любой другой характер его изменения.

В большинстве случаев скорость ветра на высотах, на которых выполняются полеты, составляет 40…120 км/ч, но, конечно, бывает и больше, и меньше. При очень маленьких скоростях ветер характеризуется как «неустойчивый», поскольку и его направление может непредсказуемо меняться. Вблизи тропопаузы, разделяющей тропосферу и стратосферу, иногда наблюдаются струйные течения – воздушные потоки шириной несколько сотен километров, а длиной до нескольких тысяч. В струйных течениях скорость ветра может составлять 200-300 км/ч и более. Отмечались отдельные случаи, когда она была 700-800 км/ч.

Ветер влияет на движение ВС совсем не так, как скажем, на идущего по дороге в бурю человека. Человеку ветер мешает идти или, наоборот, помогает, если дует в спину, сдувает его с пути, а человек сопротивляется ветру, упираясь ногами в дорогу и цепляясь руками за предметы. Легкого человека скорее сдует, чем тяжелого. Если ветер дует, например, справа, то человек это очень хорошо ощущает, хотя бы уже потому, что правый бок мерзнет.

С самолетом по-другому. Ему нечем «цепляться» за землю, он полностью опирается на воздушную массу и перемещается вместе с ней, если она движется. Подобно воздушному шару, неподвижному относительно воздуха и перемещающемуся вместе с ним, полностью повторяют движение воздушной массы и самолет, и вертолет. Но у них, в отличие от воздушного шара, имеется еще и скорость движения относительно воздуха вследствие наличия тяги, создаваемой двигателями.

Ветер не «сдувает» воздушное судно как человека, а полностью переносит его в ту же сторону и с такой же скоростью, с какой перемещается воздушная масса. Большой и маленький, легкий и тяжелый самолет переносятся воздушной массой одинаково. Пассажиры воздушного шара не ощущают никакого ветра, даже если шар уносит ураганом. Точно так же равномерный ветер не создает никаких сил, действующих на самолет. Разумеется, он влияет на траекторию его движения относительно земли, но это влияние носит не динамический, а чисто кинематический характер: движение ВС относительно земли геометрически складывается из его движения относительно воздушной массы и движения самой воздушной массы (ветра).