Курсовая Метеорология. курсовая метео. Курсовая работа тема Оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полёта по маршруту Омск Нижний Новгород
 Скачать 93.53 Kb.
|
|
Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации” Кафедра №10 Авиационной метеорологии и экологии КУРСОВАЯ РАБОТА Тема: “Оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полёта по маршруту Омск - Нижний Новгород”. Направление подготовки: “Аэронавигация”, профиль “Лётная эксплуатация гражданских воздушных судов” по заочной форме обучения 2-го ВПО. Исполнил: студент 1 курса заочной формы обучения учебный шифр : г. Санкт-Петербург, 2014 г. Введение Задачей курсовой работы является приобретение навыков самостоятельной оценки влияния реального температурного режима атмосферы на полёт самолётов с ТРД. В курсовой работе требуется оценить значимость многолетнего режима температуры на высотах над участками воздушной трассы для обеспечения безопасности и повышения экономичности полётов, рассчитать возможные пределы изменения практического потолка, предельно допустимой высоты полёта и максимальной скорости полёта конкретного типа самолёта. Экономическая выгода полётов самолётов гражданской авиации на больших высотах заключается в том, что с высотой уменьшается расход топлива, а вместе с ним повышается практическая дальность полёта. Кроме этого, улучшается манёвренность, что позволяет успешно преодолевать зоны грозовой деятельности, турбулентности и обледенения, и соответственно, увеличивает качественные параметры состояния безопасности полётов. Вместе с тем, при выполнении полётов на больших высотах и наличии значительных вертикальных порывов воздуха (порядка 9 - 10 м/c) для сохранения продольной устойчивости воздушное судно (ВС) должно иметь определённый запас по перегрузке. На больших высотах допустимые перегрузки определяются значением Су св , при котором возникает тряска и возможность сваливания. Этим фактором определяется необходимость ограничения максимальной высоты полёта ВС на такое значение, чтобы гарантированно исключить возможность сваливания самолёта. Поэтому, кроме понятий статического и практического потолка используется понятие предельно допустимой высоты полёта, которую определяют с учётом полётного веса. Эту высоту а так же другие ЛТХ ВС определяют исходя из условий стандартной атмосферы (СА). В реальных условиях температура, плотность воздуха и атмосферное давление по высотам могут существенно отличаться от их значений в СА, что оказывает влияние на характеристики полёта самолёта. Особенно заметно может измениться тяга двигателей, потолок и предельно допустимая высота. С учётом того, что высота полёта задаётся по барометрическому высотомеру, то вдоль профиля полёта атмосферное давление остаётся постоянным. В этом случае изменение плотности воздуха в полёте происходит только за счёт отклонения температуры от СА. Соответственно, для обеспечения безопасности полётов, необходимо иметь данные температурно-ветрового зондирования, прогноза температуры воздуха на высотах или наблюдения за температурой непосредственно в полёте для расчёта изменения предельно допустимой высоты в каждом реальном полёте. Практическое значение курсовой работы заключается в определении влияния температурного режима воздуха на основные эксплуатационные характеристики ВС и потенциальных возможностей для обеспечения безопасности и повышения экономичности полётов, возникающих при учёте этого влияния. Для выполнения курсовой работы получено индивидуальное задание, включающее следующие исходные данные: Название воздушной трассы: - воздушная трасса Омск – Нижний Новгород; Многолетние данные по температуре воздуха до высоты 100гПа(16 км) в аэропортах Омск и Нижний Новгород за холодный и теплый периоды; Бланк аэрологической диаграммы. Для расчёта курсовой работы выбран самолёт Ту – 134 А со следующими ТТХ: рис.1  табл. 1
Зависимость предельно допустимой высоты от полётного веса для самолёта Ту-134 табл.2
Значения М макс(доп) на предельно допустимой высоте полёта для спокойной и турбулентной атмосферы для самолёта Ту – 134 табл.3
Глава 1. Физико-географические и авиационно-климатические особенности района полёта. Характеристика исходных аэроклиматических данных. Согласно заданию на курсовую работу выбран маршрут полёта Омск – Нижний Новгород. Протяжённость маршрута 1858 км, истинный путевой угол (ИПУ) 283°, маршрут расположен в широтном направлении с востока на запад. Аэропорт вылета: Омск (Центральный). Коды аэропорта: ИКАО – UNOO, ИАТА – OMS, внутренний – ОМС. Местонахождение: Россия, г. Омск РЦ УВД (FIR): УНОО KTА: 54°58´N 073°18´E, ∆М +12°, ∆Н + 92,5 м Местное время (UTC): +7 Время работы (UTC): Круглосуточно Принимаемые воздушные суда: Ан-12, -24, Ан-148, Ил-18, 76Т (ТД), Ил-114, Ту-134, -154, -204, Ту-204С, Ту-204-100, Ту-214, Як-40, -42, А-319-100/200, А-320-214, ATR-42, ATR-72, Boeing-737-200/300/400/500/700/800, Boeing-757-200, Boeing-757, ВАе-125-700, ВАе-146-200, EMB-120, Embraer-190, Fokker-50, RRJ-95, СRJ-200 и другие типы ВС 3 и 4 классов, а также вертолеты всех типов. ВПП: ИВПП 07/25, класс В, размеры 2500м х 45м, максимальный взлетный вес ВС 191 т, PCN 50/F/C/X/T, МКп 65°/245°, покрытие асфальтобетон. Аэропорт назначения: Нижний Новгород (Стригино) Коды аэропорта: ИКАО – UWGG, ИАТА – GOJ, Внутренний – НЖС Местонахождение: Россия, 15 км к юго-западу от центра г. Нижний Новгород РЦ УВД (FIR): УУВЖ KTА: 56°13´N 043°47´Е, ∆М +11,6°, ∆Н +78 м Местное время (UTC): +3 Время работы (UTC): Круглосуточно Принимаемые воздушные суда: Ил-62, Ил-76, Ил-86, Ту-134, Ту-154, Ту-204, Як-42, А-319, А-320, Б-737 и ВС кл. ниже, вертолеты всех типов. ВПП: ИВПП18л/36п класс ВПП: В. 2509 м х 45 м цементобетон, ИВПП 18п/36л класс ВПП: Б. 2805 м х 45 м цементобетон, ИВПП 06/24 класс ВПП: Е. 500 м x 22 м асфальт, ИВПП 15/33 класс ВПП: Е 600 м х21 м асфальт. Маршрут полёта проходит над следующими физико-географическими странами: Западно - Сибирская равнина, Урал, Восточно – Европейская (Русская) равнина. Физико - географическая страна - это обширная часть материка, соответствующая крупной тектонической структуре и достаточно единая в орографическом отношении, характеризующаяся общностью макроциркуляционных процессов и своеобразной структурой географической зональности (набором природных зон или спектром высотных поясов). Страна занимает площадь в несколько сот тысяч или миллионов квадратных километров. Западно - Сибирская равнина занимает всю западную часть Сибири от Уральских гор на западе до Среднесибирского плоскогорья на востоке. Площадь равнины - около 2,6 миллионов км.кв.; протяжённость с севера на юг - 2500 км, а с запада на восток - до 1900 км. Главные реки - Обь, Иртыш и Енисей, имеющие многочисленные притоки. Также на равнине есть много озёр и болот. Территория опускается с юга на север, что косвенно подтверждает форма эстуария рек. Равнина обладает исключительно ровным рельефом с высотами в основном до 100 м над уровнем моря. Только на юге, западе и востоке есть возвышенности до 300 метров. Западная Сибирь - страна с континентальным климатом. Большая протяженность ее с севера на юг обусловливает отчетливо выраженную зональность климата и значительные различия климатических условий северных и южных частей Западной Сибири, связанные с изменением количества солнечной радиации и характером циркуляции воздушных масс, особенно потоков западного переноса. Южные провинции страны, расположенные в глубине материка, на большом расстоянии от океанов, характеризуются, кроме того, большей континентальностью климата. В холодный период в пределах страны осуществляется взаимодействие двух барических систем: области относительно повышенного атмосферного давления, располагающейся над южной частью равнины, области пониженного давления, которая в первой половине зимы протягивается в виде ложбины исландского барического минимума над Карским морем и северными полуостровами. Зимой преобладают массы континентального воздуха умеренных широт, которые поступают из Восточной Сибири или образуются на месте в результате выхолаживания воздуха над территорией равнины. В пограничной полосе областей повышенного и пониженного давления нередко проходят циклоны. Особенно часто они повторяются в первой половине зимы. В целом же зима характеризуется устойчивыми низкими температурами, оттепелей мало. Минимальные температуры на всей территории Западной Сибири почти одинаковы. Даже вблизи южной границы страны бывают морозы до -50 -52°, т. е. почти такие же, как на крайнем севере, хотя расстояние между этими пунктами составляет более 2000 км. Весна короткая, сухая и сравнительно холодная; апрель даже в лесоболотной зоне еще не вполне весенний месяц. В теплое время года над страной устанавливается пониженное давление, а над Северным Ледовитым океаном формируется область более высокого давления. В связи с этим летом преобладают слабые северные или северо-восточные ветры и заметно усиливается роль западного переноса воздуха. В мае происходит быстрое повышение температур, но нередко, при вторжениях арктических масс воздуха, бывают возвраты холодов и заморозки. Наиболее теплый месяц - июль, средняя температура которого - от 3,6° до 21-22°. Абсолютный максимум температуры - от 21° до 40°. Высокие летние температуры в южной половине Западной Сибири объясняются поступлением сюда прогретого континентального воздуха с юга - из Казахстана и Средней Азии. Осень наступает поздно. Еще в сентябре днем стоит теплая погода, но ноябрь даже на юге уже настоящий зимний месяц с морозами до - 20 -35°. Большая часть осадков выпадает летом и приносится воздушными массами, приходящими с запада, со стороны Атлантики. С мая по октябрь Западная Сибирь получает до 70 - 80% годовой суммы осадков. Особенно много их в июле и августе, что объясняется интенсивной деятельностью на арктическом и полярном фронтах. Количество зимних осадков сравнительно невелико и составляет от 5 до 20 - 30 мм/мес. На юге в некоторые зимние месяцы снег иногда совсем не выпадает. Характерны значительные колебания количества осадков в разные годы. Даже в тайге, где эти изменения меньше, чем в других зонах, осадков, выпадает от 339 мм в засушливый год до 769 мм во влажный. Особенно большие различия наблюдаются в лесостепной зоне, где при средней многолетней сумме осадков около 300 - 350 мм/год во влажные годы выпадает до 550 - 600 мм/год, а в сухие - всего 170 - 180 мм/год. Зимой территория Западной Сибири надолго одевается снежным покровом, продолжительность залегания которого в северных районах достигает 240 - 270 дней, а на юге – 160 - 170 дней. В связи с тем что период выпадения осадков в твердом виде продолжается более полугода, а оттепели начинаются не ранее марта, мощность снежного покрова в тундровой и степной зонах в феврале составляет 20 – 40 см, в лесоболотной полосе - от 50 – 60 см на западе до 70 – 100 см в восточных приенисейских районах. Авиационно-климатические характеристики района прохождения маршрута обусловлены его расположением на Западно - Сибирской низменности. Среднегодовая температура составляет -1,4°; T min = -54°; T max = +37°. Климат континентальный. Туманы наблюдаются в среднем 3-4 раза в месяц. Метели начинаются в октябре, в среднем наблюдаются 4 - 6 раз в месяц, максимальное количество в марте. В середине зимы территория находится под влиянием Сибирского антициклона. В этот период преобладают простые метеоусловия, иногда по утрам наблюдаются морозные туманы, устанавливается очень низкая температура воздуха. Облачность 100 - 200 метров наблюдается в передней части циклонов, в среднем 4 - 5 случаев в месяц. Наиболее сложные метеорологические условия наблюдаются в переходные периоды года. Связаны они с прохождением циклонов. Урал располагается между Восточно - Европейской и Западно-Сибирской равнинами. Основной частью этого региона является Уральская горная система. Урал находится на стыке Европы и Азии и является границей между этими регионами. Каменный пояс Урала и примыкающие к нему возвышенные равнины Приуралья простираются от берегов Северного Ледовитого океана на севере до полупустынных районов Казахстана на юге: на протяжении более 2500 км они разделяют Восточно-Европейскую и Западно - Сибирскую равнины. Маршрут полёта, указанный в задании на курсовую работу, проходит над территорией Среднего Урала. Средний Урал - самая низкая часть Урала, лежит между 56° и 59° с.ш., примерно на 60° в.д. Средние высоты 250 – 500 м, на севере до 994 м (гора Средний Басег). Южной границей считается гора Юрма. Климат Среднего Урала умеренно континентальный с достаточным увлажнением, средняя t января -16° -20°С, средняя t июля: +15° +18°С. Осадки: 400 - 700 мм В формировании климата Среднего Урала играют главную роль западные ветры, дующие с Атлантического океана. Из-за смены теплых и холодных потоков погода нередко меняется не только в течение недели, но и суток. Удаленность от Атлантического океана и соседство Сибири делают климат Среднего Урала континентальным, что сказывается в более резких сменах температур. Уральские горы, вытянувшиеся с севера на юг, мешают движению воздушных потоков с запада. Поэтому на западном склоне гор осадков выпадает больше, чем на восточном и за Уралом. В то же время горы не мешают перемещению воздуха в южном или северном направлениях. Холодный воздух Арктики, нередко проникает вдоль хребта далеко к югу, а теплый и сухой с юга продвигается на север. Особенно весной и летом, к востоку от Урала эти перемещения вызывают неустойчивую погоду. Средняя температура воздуха колеблется в январе от - 16° до - 20°, в июле от +18° до + 19°. Иногда случаются морозы - 40 - 50°. Безморозный период продолжается на юге Среднего Урала 110 - 120 дней, на севере 90 - 95 дней. Здесь выпадает много осадков. Восточная часть получает осадков 400 - 500 мм в год, юго-восточная - до 380 мм. Горная часть Урала более увлажнена, и количество осадков в горах северной части Среднего Урала доходит до 700 мм в год. В зимний период накапливается масса снега, особенно в горах. Стаивает он на юго-востоке Среднего Урала в середине апреля, а на северо-востоке - в конце апреля. На вершинах гор и в густых лесах таяние продолжается и в мае. Лето в горах прохладнее и короче, чем в соседних районах. В это время здесь чаще бывает дождливая и облачная погода. 3има длится около 5 месяцев, с ноября до апреля, и начинается с появлением устойчивого снежного покрова. При ясном небе и безветрии, когда приходит сильно охлажденный воздух из Арктики, наступают сильные морозы (-20°- 40°). Зима - наиболее устойчивый сезон года. Оттепели и дождь среди зимы - редкое явление и чаще наблюдаются в юго-западных районах Среднего Урала. Весна продолжается с апреля до конца мая. В этот период характерны возвраты холодов, связанные с распространением воздуха с севера. Морозы прекращаются в мае, но заморозки по ночам продолжаются до конца весны. Лето для Среднего Урала нередко связано с пасмурными, дождливыми днями и похолоданиями. В южной части сухая погода чаще бывает в июне, в остальной части Среднего Урала - в июле. Авиационно-климатические характеристики района прохождения маршрута обусловлены физико-географическими особенностями района: холмистая Зауральская равнина, переходящая на востоке в Западносибирскую низменность, на западе располагается Восточно – Европейская равнина, в центре - Уральский хребет. Наибольшее влияние на направленность синоптических процессов оказывает горный массив Среднего Урала. Климат континентальный. Количество пасмурных дней достигает 19 - 22. Туманы, возникающие в ночные и утренние часы (с заходом и восходом солнца), иногда переходят в низкую облачность и, перемещаясь на высоте 100 - 200 метров, могут опускаться до земли, повторно закрывая аэродромы. На юге территории наблюдаются адвективные туманы. В среднем 2 - 4 тумана в месяц, продолжительность их 5 -6 часов. Зимнему периоду характерна повторяемость промышленного дыма, особенно в вечерние и утренние часы. Число дней с осадками 12 - 16. Среднегодовая температура составляет +10°; T min = - 47°; T max = +39°. Грозы могут наблюдаться в любое время суток в период с конца апреля по сентябрь, максимум в июне 9 - 11 случаев. Особенно неблагоприятные метеорологические условия наблюдаются при прохождении южных циклонов. В летний период центральная часть характеризуется интенсивной грозовой деятельностью. Весной в тыловых частях циклонов наблюдаются интенсивные заряды снега, кратковременно ухудшающие видимость до 500 - 1000 метров. Восточно - Европейская равнина, или Русская равнина - одна из крупнейших равнин земного шара, расположенная в большей, восточной части Европы. Является частью Европейской равнины. Относится к низким равнинам. Протяженность с севера на юг - около 2750 км, с запада на восток - около 1500 км. Площадь составляет около 3 млн км.кв. Средняя высота около 150 м, наибольшая 1191 м, наименьшая -28 м . На климат Восточно - Европейской равнины оказывают влияние ее положение в умеренных и высоких широтах, в также соседние территории (Западная Европа и Северная Азия) и Атлантический и Северный Ледовитый океаны. Суммарная солнечная радиация за год на севере равнины достигает 2700 мДж/м.кв (65 ккал/см.кв.), а на юге 4800-5050 мДж/м.кв.(115 - 120 ккал/см.кв). Распределение радиации по территории равнины резко меняется по временам года. Зимой радиация значительно меньше, чем летом, и более 60% ее отражается снежным покровом. В январе суммарная солнечная радиация на широте Калининград - Москва - Пермь составляет 50 мДж/м. кв (около 1 ккал/см.кв.). Наибольшей величины радиация достигает летом и в июле ее суммарные значения на севере равнины около 550 мДж/м.кв (13 ккал/см.кв), а на юге - 700 мДж/м.кв (17 ккал/см.кв). Круглый год над Восточно - Европейской равниной господствует западный перенос воздушных масс. Атлантический воздух летом приносит прохладу и осадки, а зимой - тепло и осадки. При движении на восток он трансформируется: летом становится в приземном слое более теплым и сухим, а зимой - более холодным, но также теряет влагу. За холодное время года из различных частей Атлантики на Восточно-Европейскую равнину приходит от 8 до 12 циклонов. При их движении на восток или северо-восток происходит резкая смена воздушных масс, способствующая то потеплению, то похолоданию. С приходом юго-западных циклонов - атлантико-средиземноморских - (а их бывает за сезон до шести) на юг равнины вторгается теплый воздух субтропических широт. Тогда в январе температура воздуха может подняться до 5° - 7°С и наступают оттепели. С приходом на Русскую равнину циклонов из Северной Атлантики и Юго-Западной Арктики связано вторжение холодного воздуха. Он входит в тыловую часть циклона, и тогда арктический воздух проникает далеко на юг равнины. Арктический воздух поступает свободно на всю поверхность и по восточной периферии антициклонов, медленно передвигающихся с северо-запада. Антициклоны часто повторяются на юго-востоке равнины, обусловленные влиянием Азиатского максимума. Они способствуют вторжению холодных континентальных масс воздуха умеренных широт, развитию радиационного выхолаживания при малооблачной погоде, низких температур воздуха и образованию маломощного устойчивого снежного покрова. В теплый период года, с апреля, циклоническая деятельность протекает по линиям арктического и полярного фронтов, смещаясь к северу. Циклональная погода наиболее типична для северо-запада равнины, поэтому в эти районы с Атлантики часто приходит прохладный морской воздух умеренных широт. Он понижает температуру, но в то же время от подстилающей поверхности нагревается и дополнительно насыщается влагой за счет испарения с увлажненной поверхности. Циклоны способствуют переносу холодного воздуха, иногда арктического, с севера в более южные широты и вызывают похолодание, а иногда и заморозки на почве. С юго-западными циклонами (6 - 12 за сезон) связано вторжение на равнину влажного теплого тропического воздуха, который проникает даже в лесную зону. Очень теплый, но сухой воздух формируется в ядрах отрога Азорского максимума. Положение январских изотерм в северной половине Восточно-Европейской равнины субмеридиональное, что связано с большей повторяемостью в западных районах атлантического воздуха и меньшей его трансформацией. Средняя температура января в районе Калининграда составляет - 4°С, в западной части компактной территории России около - 10°С, а на северо - востоке - 20°С. В южной части страны изотермы отклоняются к юго-востоку, составляя -5 - 6°С в районе низовьев Дона и Волги. Летом почти всюду на равнине важнейшим фактором в распределении температуры является солнечная радиация, поэтому изотермы в отличие от зимы располагаются в основном в соответствии с географической широтой. На крайнем севере равнины средняя температура июля повышается до 8°С, что связано с трансформацией поступающего из Арктики воздуха. Средняя июльская изотерма 20°С идет через Воронеж на Чебоксары, примерно совпадая с границей между лесом и лесостепью, а Прикаспийскую низменность пересекает изотерма 24°С. Распределение осадков по территории Восточно-Европейской равнины находится в первую очередь в зависимости от циркуляционных факторов (западного переноса воздушных масс, положения арктического и полярного фронтов и циклонической деятельности). Особенно много циклонов перемещается с запада на восток между 55 - 60° с.ш. (Валдайская и Смоленско-Московская возвышенности). Эта полоса является наиболее увлажненной частью Русской равнины: годовая сумма осадков здесь достигает 700 - 800 мм на западе и 600 - 700 мм на востоке. На увеличение годовой суммы осадков важное влияние оказывает рельеф: на западных склонах возвышенностей выпадает на 150 - 200 мм осадков больше, чем на лежащих за ними низменностях. В южной части равнины максимум осадков приходится на июнь, а в средней полосе - на июль. Зимой образуется снежный покров. На северо - востоке равнины его высота достигает 60-70 см, а продолжительность залегания до 220 дней в году. На юге высота снежного покрова уменьшается до 10-20 см, а продолжительность залегания - до 60 дней. Авиационно-климатические характеристики района прохождения маршрута обусловлены физико-географическими особенностями района: Уральские горы на востоке. Климат умеренно континентальный. Среднегодовая температура составляет +1,5°; T min = - 58°; T max = +36°. Преобладают сложные метеорологические условия. Они связаны с частыми перемещениями циклонов с запада на восток. Погодные условия в Предуралье, как правило, более сложные. Это объясняется натеканием воздушных масс на Уральский хребет. Туманы наблюдаются часто, в период с октября по январь (в среднем 5-6 случаев), в отдельные месяцы их повторяемость составляет 11 - 12 случаев. В октябре и ноябре могут наблюдаться адвективные туманы. Метели наблюдаются в период с октября по март, с максимумом в ноябре. Продолжительность метелей до 6 часов. Весной в тыловых частях циклонов могут наблюдаться сильные заряды снега с видимостью 500 - 1500 метров. В весенне - летний период могут наблюдаться грозы, максимум в июле до 15 случаев. Схема маршрута полёта и профиль разреза местности вдоль неё изображены на рис.2. Максимальная высота естественных препятствий на маршруте полёта – 375 м, средняя высота местности – 155 м, минимальная высота – 74 м над уровнем моря. Исходные аэроклиматические данные представлены в виде таблиц многолетних данных по температуре воздуха до высоты 100гПа(16 км) в аэропортах Омск и Нижний Новгород за холодный и теплый периоды (приложение 1), которые будут подробно рассмотрены в последующих главах. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||