Особенности полета в условиях вихревого следа за самолетом

После пролета самолета за ним в атмосфере образуется так называемый спутный след, т. е. зона возмущений. В образовании спутного следа участвует три составляющих:

– аэродинамический след, образованный отдельными частями самолета,

– струи, отбрасываемые винтами,

– вихревые концевые жгуты.

Влияние первых двух составляющих исчезает уже на расстоянии 150–200 м, и основную опасность для самолетов представляют концевые вихри. Причина их образования – перетекание воздуха на концах крыла с нижней поверхности крыла на верхнюю, которое индицирует поле вертикальных скоростей, направленных вниз по нормали к вектору скорости (рис. 9.3).

Интенсивность спутного следа увеличивается с увеличением полетной массы самолета, с уменьшением плотности воздуха, скорости полета и размаха крыла.

На большой высоте за счет взаимного влияния вихри снижаются с небольшой вертикальной скоростью на 50–100 м, в зависимости от размеров самолета. Вблизи земли возможно боковое смещение спутного следа под действием бокового ветра и появление отраженных от земли вихрей.

Рис. 9.3. Образование концевых вихрей за летящим самолетом

Время существования спутного следа зависит от многих эксплуатационных факторов (состояния атмосферы, конфигурации самолета, силы и направления ветра и т.п.).

Поведение «легкого» самолета зависит от того, в какую часть спутного следа он попадет (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Варианты попадания «легкого» самолета в спутный след

Наиболее неблагоприятный случай – попадание самолета вдоль оси вихря или под небольшим углом. При этом на самолет действует момент крена, для парирования которого может не хватить даже полного отклонения элеронов.

При попадании между вихрями на самолет действует нисходящий поток, резко отклоняя траекторию вниз.

Для предотвращения попадания самолета в спутный след не следует уменьшать рекомендуемые интервалы между самолетами. При взлете за тяжелым самолетом желательно, чтобы траектория взлета проходила выше.

9.4. Изменение летных характеристик при попадании
в условия сдвига ветра

Сдвиг ветра – изменение скорости и направления ветра в атмосфере, измеренное на небольшом расстоянии (30 или 100 м). Для полета наибольшую опасность представляет вертикальный сдвиг ветра, который может быть положительным (скорость ветра возрастает с высотой) и отрицательным. (Горизонтальный сдвиг опасности не представляет.)

Сдвиги ветра различной интенсивности существуют в природе всегда. Основная проблема сдвига ветра заключается в том, что самолет в силу инерции некоторое время сохраняет путевую скорость постоянной. При резком изменении скорости ветра будет меняться воздушная скорость, а следовательно, и аэродинамические силы. Рассмотрим движение самолета по глиссаде (рис. 9.5). На приведенной схеме видно, что из-за уменьшения воздушной скорости подъемная сила (Y_a) падает и становится меньше силы веса. Самолет переходит на снижение, стремясь восстановить скорость за счет устойчивости самолета по скорости.

Восстановить положение самолета на глиссаде можно за счет увеличения тяги двигателей, а следовательно, увеличения путевой скорости. Увеличение V_пут за счет уменьшения высоты требует большого запаса высоты и времени.

Рис. 9.5. Влияние сдвига ветра на траекторию полета самолета

Основная проблема для увеличения скорости – это инертность самолета, приемистость двигателя и замедленная реакция пилота. Для повышения безопасности полетов при взлете и заходе на посадку в условиях сдвига ветра экипажам воздушных судов необходимо руководствоваться следующими рекомендациями.

Перед вылетом:

– экипаж ВС во время предполетной подготовки должен быть проинформирован о фактическом ветре у земли, на высоте 100 м и на высоте круга;

– командир ВС должен оценить характер и величину сдвига ветра и с диспетчером службы движения принять соответствующее решение.

При взлете:

– если встречная составляющая ветра у земли больше, чем на высоте, или ветер переходит в попутный, закрылки необходимо убирать на высоте не менее 200 м в два-три приема;

– если встречная составляющая скорости ветра на высоте 100 м по своей величине меньше на 10 м/с и более, чем у земли, следует отложить взлет до ослабления сдвига ветра.

При заходе на посадку:

– при сдвиге ветра менее 5 м/с на 100 м заход на посадку выполнять на обычных режимах;

– при сдвиге ветра 5 м/с и более на 100 м высоты, если встречная составляющая скорости ветра у земли меньше, чем на высоте, необходимо скорость полета увеличить на 10–15 км/ч по сравнению с рекомендованной;

– при отсутствии информации о скорости и направлении ветра на высоте 100 м пилоту необходимо тщательно наблюдать за характером возможного изменения скорости на глиссаде. Если для выдерживания скорости требуется ряд последовательных увеличений режима работы двигателей, необходимо повысить приборную скорость на 15–20 км/ч по сравнению с требуемой;

– если для выдерживания расчетной скорости требуется номинальный режим работы двигателей, необходимо установить режим MAX и уйти на второй круг;

– если встречная составляющая скорости ветра у земли меньше на 15 м/с и более, чем на высоте 100 м, заход на посадку представляет опасность;

– диспетчерский состав службы движения при выборе рабочего курса для взлета и посадки должен детально анализировать метеообстановку в районе аэродрома и при получении информации о сдвиге ветра сообщать об этом экипажам воздушных судов.

При воздействии сдвига ветра ситуация осложняется, если в районе посадки наблюдаются ливневые осадки, так как происходит:

– торможение самолета из-за воздействия капель воды,

– увеличение массы самолета,

– увеличение шероховатости поверхности самолета,

– ухудшение условий работы щелевой механизации.

В условиях дождя эксплуатационные качества самолета ухудшаются, особенно это относится к дистанции взлета и максимальной горизонтальной скорости. В условиях дождя слабой интенсивности пилотажные характеристики остаются практически без изменений. Полетов в условиях сильного дождя следует избегать из-за ухудшения видимости.

10. Особенности полета самолета при обледенении

Обледенение – одно из опасных для самолета атмосферных явлений, непосредственно влияющих на аэродинамические и летные характеристики, а также на характеристики устойчивости и управляемости самолета.

Ледяные отложения могут значительно изменить форму профиля крыла и горизонтального оперения, создать повышенную турбулентность и преждевременный срыв потока, который особенно опасен при полете на малых скоростях во время захода на посадку в посадочной конфигурации.

Отложение льда в полете происходит одновременно на всех поверхностях: крыле, вертикальном и горизонтальном оперении – это существенно уменьшает a_кр крыла и горизонтального оперения. Сопротивление самолета при обледенении растет за счет увеличения шероховатости поверхности, увеличения сечения профилей, турбулизации потока и вынужденного увеличения угла атаки при потере скорости и подъемной силы (рис. 10.1).

Подъемная сила уменьшается за счет уменьшения скоростей обтекания верхней поверхности крыла при вихреобразовании и уменьшения перепада давления под крылом и над ним.

Аэродинамическое качество уменьшается во всем диапазоне летных углов атаки. Вследствие значительного уменьшения с_{у max} и a_кр скорость сваливания увеличивается; при грубых ошибках пилотирования или сильном обледенении скорость, на которой выполняется полет, и скорость сваливания могут стать равными. Изменяются усилия на органах управления, может появиться тряска самолета или органов управления. Особенно опасно обледенение силовых установок.

Рис. 10.1. Изменение аэродинамических характеристик при обледенении самолета

Взлет на обледеневшем самолете запрещен. При взлете на обледеневшем самолете скорость на разбеге увеличивается медленно, следовательно, значительно увеличивается длина разбега. Но главная опасность заключается в том, что после отрыва самолет может стать неуправляемым и неустойчивым. Небольшие порывы ветра или движения штурвала могут вывести самолет на закритические углы атаки и вызвать срыв потока на крыле. Большой опасностью является снижение эффективности органов управления у обледеневшего самолета.

Обледенение самолета на земле намного опаснее, чем в полете, так как большая поверхность самолета подвержена ледяным отложениям. Поэтому необходимо перед выполнением полета производить удаление инея, льда и снега. Снег или лед, не удаленные с верхних поверхностей самолета, могут привести к сваливанию самолета после отрыва.

Обледенение стабилизатора гораздо опаснее, чем обледенение крыла, поскольку оно не обнаруживается по мере нарастания льда во время обычного крейсерского полета с убранными закрылками, и только на режимах захода на посадку при отклонении закрылков влияние образовавшегося льда может проявиться резко и неожиданно для пилота. В этом случае скос потока за крылом сильно увеличивается и отрицательный угол атаки горизонтального оперения приближается к критическому. В случае срыва потока на горизонтальном оперении на самолете появляется избыточный момент на пикирование (М_{z кр} > М_{z ГО 2}). Это явление называют «клевком» самолета (рис. 10.2). При «клевке» самолет резко опускает носовую часть, и вертикальная скорость может достигать 10–15 м/с.

Рис. 10.2. Изменение продольного момента при обледенении самолета

Своевременные и правильные действия пилота гарантируют небольшую потерю высоты.

Причины, вызывающие «клевок» самолета, следующие:

– обледенение стабилизатора,

– отклонение закрылков в положение LDG при обледеневшем стабилизаторе,

– передние центровки,

– большая масса самолета,

– совмещение довыпуска закрылков в положение LDG с переводом самолета в глиссаду,

– резкие движения штурвала от себя при пилотировании.

В случае попадания в зону обледенения необходимо:

– покинуть зону обледенения (изменив высоту полета или развернув самолет для возврата в зону с более высокой температурой);

– включить обогрев ПВД (PITOT HEAT);

– увеличить мощность во избежание обледенения воздушного винта, периодически изменять мощность;

– известить диспетчера УВД, если ожидается возникновение аварийной ситуации;

– при обледенении выдерживать скорости в диапазоне V_{ops ice} = 118–151 узел;

– не уменьшать скорость для сохранения управляемости ниже V_{mСA ice} = 71 узел.

Для справки. Противообледенительная обработка самолета на земле производится жидкостями TKS 80 (изготовитель Kilfrost), Compound 07, AL-5 (DTD 406B) (изготовитель Aeroshell).

Важно соблюдать рекомендованный РЛЭ порядок очистки самолета ото льда:

1. Очистить самолет от снега, пользуясь мягкой щеткой.

2. Нанести противообледенительную жидкость на обледеневшие поверхности, пользуясь пригодным для этого разбрызгивателем.

3. Мягкой тканью насухо протереть самолет.

Используемая литература

1. Airplane flight manual DA 42. Doc.No 7.01.05-E, 2005. – 354 pg.

2. Николаев, Л. Ф. Аэродинамика и динамика полета транспортных самолетов /
Л. Ф. Николаев. – М. : Транспорт, 1990.

3. Жуков, А. Я. Динамика полета транспортных летательных аппаратов / А. Я. Жуков. – М. : Транспорт, 1996.