Метеорологическая и полетная дальность видимости. КУрсовая. Метеорологическая и полетная дальность видимости. Метеорологическая и полетная дальность видимости по междисциплинарному курсу мдк 02. 01. Раздел Метеорологическое обеспечение полетов коммерческой гражданской авиации
 Скачать 0.65 Mb.
|
1.2. Способы измерения метеорологической дальности видимости1  . Трансмиссометр — прибор для измерения метеорологической дальности видимости, определяемой как длина пути в атмосфере, необходимая для ослабления светового потока коллимированного пучка света до значения 0,05 первоначальной величины (рисунок 1).Рисунок 1 - Трансмиссометр, установленный вблизи ВПП Трансмиссометр, излучая и принимая световой пучок, прошедший путь, называемый измерительной базой, определяет коэффициент прозрачности атмосферы, рассчитанный на километровую единицу длины, которая затем пересчитывается на искомую метеорологическую дальность видимости. Одним из достоинств устройства является возможность его самокалибровки основанная на точном знании величины измерительной базы. Обычно трансмиссометры используются на авиаметеорологических станциях для метеообеспечения взлета и посадки воздушных судов. То есть, там, где нужны данные только о прозрачности среды. Существуют трансмиссометры двух типов — однобазовые и двухбазовые. Первые представляют собой два блока, размещённых на концах измерительной базы. Блок излучения на одном конце и блок фотоэлектрического приемника на другом. В двухбазовом трансмиссометре на одном конце измерительной базы находится блок приемоизлучающий, на другом конце — отражатель и приемник света. В настоящее время большее распространение получили двухбазовые трансмиссометры, как устройства имеющие более высокую точность. 2. ПЕЛЕНГ СФ-01 - используется для непрерывного дистанционного измерения коэффициента пропускания слоя атмосферы с автоматическим преобразованием измеренного значения в метеорологическую дальность видимости, регистрацией и отображением информации на внешних устройствах. Измерения могут проводиться в любое время суток как автономно, так и в составе метеорологических станций, в том числе автоматических станций аэропортов. Область применения: метеорология, климатология, метрологическое обеспечение безопасности полётов.  Рисунок 2 - ПЕЛЕНГ СФ-01 Принцип действия основан на измерении коэффициента пропускания слоя атмосферы фиксированной длины (измерительной базы прибора) в направлении близком к горизонтальному. В ПЕЛЕНГ СФ-01 в качестве источника света применяется лампа А12-45+40 по ГОСТ 2023.1-88, а в качестве приёмника - фотодиод ФД-7К. Конструктивно прибор выполнен в виде двух блоков - передатчика и приёмника. В передающем блоке свет от источника света, расположенного в фокусе основного объектива, через защитное стекло параллельным пучком направляется на объектив фотоприёмного блока также через защитное стекло. В фокусе данного объектива расположен фотоприёмник. Фотоприёмник совместно с электронной схемой преобразует световые сигналы в электрические сигналы, которые преобразуются в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя. В каждом из блоков осуществляется внутреннее термостатирование электронных систем. Регистрация света осуществляется с помощью двух фотоприёмных блоков, расположенных на разных расстояниях от передающего блока. Управление работой прибора и расчёт метеорологической дальности видимости производится с помощью микропроцессорной системы. Прибор снабжен последовательным интерфейсом RS-232 для совместной работы с компьютером. Глава 2. Метеорологическая и полетная дальность видимости2.1. Полетная дальность видимостиПолетная дальность видимости (ПДВ) - это предельное расстояние, на котором с борта самолета виден объект на окружающем фоне. Различают горизонтальную, вертикальную, наклонную и посадочную видимость (рисунок 3). Р  исунок 3 - Полетная дальность видимостьГоризонтальная видимость представляет собой видимость объектов в воздухе, находящихся на уровне полета ВС. Beртикальная видимость определяется как видимость объектов, расположенных на земной поверхности под углами, близкими к 90°. Наклонная видимость представляет собой видимость объектов на земной поверхности под различными углами. Посадочная видимость - предельное расстояние по наклону вдоль глиссады снижения, на котором пилот, совершающий посадку, при переходе от пилотирования по приборам к визуальному пилотированию может обнаружить ВПП. В простых метеоусловиях (ПМУ):  В сложных метеоусловиях (СМУ - низкая облачность, туманы, осадки, под слоями инверсии и изотермии)  [10, с.35]2.1.1 Горизонтальная полетная видимостьГоризонтальная полетная видимость представляет собой видимость объектов в воздухе, находящихся примерно на уровне полета самолета. Видимость зависит от освещения рассматриваемого предмета, его величины и цвета, контраста между ним и соседними предметами, от метеорологических элементов и, наконец, от физиологических особенностей глаза наблюдателя. Для авиации наибольшее значение имеет вертикальная видимость сверху вниз, в то время как на метеорологических станциях определяется горизонтальная видимость и в некоторых случаях видимость под некоторым углом к горизонту (видимость вершины горы или высокой башни). Определение вертикальной видимости представляет значительные трудности, так как опыт показывает, что при измерении вертикальной (и наклонной) видимости сверху вниз и снизу вверх получаются весьма различные результаты. Иногда самолет виден с земли, а наблюдатель, находящийся на борту самолета, ничего не различает на земной поверхности. Иногда же наоборот наблюдатель с самолета хорошо видит многие подробности на земле, в то время как самолет не виден с земли. Это зависит от освещения солнечными лучами частиц, взвешенных в воздухе. Эти частицы рассеивают свет, вследствие чего уменьшается освещенность и сглаживаются контрасты в очертании форм на земной поверхности. Несмотря на большое практическое значение вертикальной видимости методы ее измерения еще недостаточно разработаны и о степени видимости по вертикали обычно приближенно судят по степени горизонтальной видимости. На метеорологических станциях общегосударственной метеослужбы и на аэрометеостанциях горизонтальная видимость измеряется в метрах расстояния, на котором при данных условиях погоды виден предмет наиболее удаленный от наблюдателя из числа заранее выбранных для этой цели вокруг станции. Для оценки горизонтальной видимости в службе погоды применяется следующая шкала (таблица 1). Таблица 1 - Шкала оценки горизонтальной видимости
В качестве объектов, служащих для отметок горизонтальной видимости, выбирают предметы, расположенные с северной стороны горизонта, хорошо различаемые при нормальных условиях; при отметках наклонной видимости обычно выбирают вершины гор. При визуальных наблюдениях пользуются огнями стационарно расположенных источников света определенной интенсивности. В целях устранения влияния на видимость положения солнца (видимость хуже, если солнце находится перед наблюдателем) при выборе объектов для наблюдения видимости выбирают их в четырех взаимно перпендикулярных направлениях и из определений видимости по этим четырем направлениям берут среднюю видимость. Для достижения наибольшей точности в определении видимости, а также в случае отсутствия подходящих для этой цели местных предметов практикуют установку по указанным четырем направлениям вокруг станции специальных знаков (деревянных щитов например), удаленных от станции на различные расстояния. 2.1.2 Вертикальная полетная видимостьНаряду с горизонтальной дальностью видимости большое значение имеет также вертикальная и наклонная дальность видимости. Теоретические основы вертикальной дальности видимости до настоящего времени разработаны недостаточно. Следует лишь отметить, что вертикальная дальность видимости существенно отличается от горизонтальной: при хорошей горизонтальной видимости может быть плохая вертикальная видимость и наоборот. Основные положения теории горизонтальной дальности видимости можно с некоторым приближением применить и к определению полетной дальности видимости - дальности видимости ориентиров с самолета, если учитывать при этом особенности наблюдения с высоты. К таким особенностям наблюдения с самолета относятся: изменение угловых размеров и конфигурации ориентиров, вибрация кабины и др. Следует отметить, что, несмотря на создание новых технических средств самолетовождения, позволяющих уверенно вести самолет по приборам в сложных метеорологических условиях, визуальная ориентировка все еще занимает важное место в полете. Визуальная ориентировка широко применяется при отыскании цели, при выходе на заданную линию пути по створу ориентиров, во время разведки, для контроля и исправления пути, определения навигационных элементов (угла сноса, путевой скорости, скорости ветра, путевого угла) и т.д. Многочисленными наблюдениями определены некоторые средние значения дальности видимости различных ориентиров с самолета (таблицы 2, 3). Таблица 2 - Средние значения дальности видимости различных ориентиров с самолета
Практикой полетов установлено, что при средних условиях видимости очертания ориентира можно различать на расстоянии, равном десятикратной высоте полета, а их детали - в зоне, радиус которой равен трем - пяти высотам полета. Таблица 3 - Таблицы дальности видимости (в км) ориентиров в зависимости от высоты полета
Распознать ориентир можно лишь в том случае, когда его размеры не меньше высоты полета, причем лучше всего видны объекты, резко выделяющиеся на общем фоне местности. Крупные ориентиры (озера, железнодорожные узлы, города) при хорошей прозрачности воздуха и отсутствии облачности могут быть видны на расстоянии 200-250км. Следует помнить, что крупные промышленные центры обычно закрыты мглой и дымкой. При пасмурной погоде видимость ориентиров ухудшается, а при наличии тумана и густой дымки, а также при полете в облаках и за облаками визуальная ориентировка полностью исключается - полет производится по приборам. Сильно ухудшают видимость также осадки, особенно морось и густой снег. Большое влияние на визуальную ориентировку оказывает общий характер местности. Сильно затрудняют ориентировку большие лесные и водные пространства, пустыни, снежный покров и т. д. Затруднена видимость ориентиров также весной и осенью, когда часть местности покрыта снегом (пятна снега и земли сливаются в общий неясный фон). Скорость полета влияет на время, которым располагает штурман или летчик для опознавания ориентиров. Увеличение скорости полета сильно затрудняет ориентировку, особенно на малых высотах и при ограниченной дальности видимости. При наличии облачности с разрывами возможна лишь частичная визуальная ориентировка. Тени от облаков затрудняют опознавание ориентиров, их можно принять за лесные массивы, озера или населенные пункты. В поздние вечерние и ранние утренние часы, а также в сумерки визуальная ориентировка практически исключена. Поздним вечером и ранним утром вся местность под влиянием солнечных лучей приобретает сплошной красноватый оттенок. В сумерки резко уменьшается дальность видимости под влиянием увеличения порога контрастной чувствительности. 2.1.3. Посадочная видимостьВ сложных метеоусловиях, особенно в момент посадки самолета, важно знать посадочную видимость. Посадочная видимость - это такое предельное расстояние по наклону вдоль глиссады снижения, на котором пилот приземляющегося ВС при переходе от пилотирования по приборам к визуальному пилотированию может обнаружить начало ВПП. Она не измеряется, а оценивается. Экспериментально установлена следующая зависимость наклонной видимости от величины горизонтальной видимости при разной высоте облаков: - при высоте нижней границы облаков меньше 100 м и ухудшению видимости из-за дымки, осадков у земли, наклонная видимость составляет 25-45 % от горизонтальной видимости (рисунок 6); - при высоте нижней, границы облаков 100-150 м она равна 40-50% от горизонтальной; - при высоте НГО 150-200 м наклонная составляет 60-70 % от горизонтальной; - при высоте НГО больше 200 м наклонная видимость близка или равна горизонтальной видимости у земли. [8, с.36] Полетная наклонная видимость реальных объектов (в том числе и посадочная) зависит от многих факторов, среди которых основными являются метеорологические. Наибольшее значение из метеорологических факторов имеет прозрачность атмосферы по наклону (наклонная метеорологическая видимость), которая в свою очередь зависит от высоты и структуры нижнего основания облаков, вертикальной мощности подоблачной дымки и вертикального градиента ее оптической плотности, а также от горизонтальной видимости у Земли. По экспериментальным данным установлено соотношение горизонтальной видимости у земли и наклонной видимости при низкой облачности, характеризующееся следующими типичными случаями:  Рисунок 4 - Влияние помутнения в атмосфере на наклонную видимость Высота нижней границы облаков не более 100 м. Дальность наклонной видимости в этом случае составляет 25 – 45 % дальности горизонтальной видимости у земли. Высота нижней границы облаков 100 – 200 м. Дальность наклонной видимости при выходе из облаков составляет 40 – 70 % горизонтальной видимости у земли. Высота нижней границы облаков более 200 м. В этом случае наклонная видимость в подоблачном слое близка к горизонтальной видимости у земли. Распределение горизонтальной видимости с высотой зависит от высоты, формы и структуры нижней поверхности облаков, наличия и характера атмосферного помутнения в подоблачном слое, явлений погоды и видимости в них. Средняя толщина слоев с ухудшенной видимостью, в каждом конкретном случае и распределение горизонтальной видимости с высотой в подоблачных слоях (рисунки 7, 8), зависят от величины относительной влажности в подоблачном слое и вертикального градиента температуры.  Рисунок 5 - Горизонтальная и наклонная видимости в подоблачном слое (при подоблачный дымке) для различных высот полета Высота установления визуального контакта с самосветящимися ориентирами существенно зависит от изменения прозрачности атмосферы с высотой.  Рисунок 6 - Горизонтальная и наклонная видимости в подоблачном слое (при приземной дымке) для различных высот полета Влияния прозрачности атмосферы (распределения горизонтальной видимости с высотой) на примере высоты установления визуального контакта с огнями приближения на глиссаде снижения показано на рисунке 9.  Рисунок 7 - Диаграммы видимости (Р) огней ненаправленного действия на глиссаде снижения:1, 2, 3 ….10- номера огней приближения светотехнической системы ВВК- высота установления визуального контакта с огнём №1 φ1 , φ2 , φ3 -углы визирования с глиссады снижения огня №1. а) – при понижении прозрачности атмосферы с высотой (Р1); б) – в однородной атмосфере (Р2); в) – при увеличении прозрачности атмосферы с высотой (Р3). Связь путевой скорости, определяемой скоростью ВС, направлением и скоростью ветра на высоте полета, с наклонной дальностью видимости (НДВ) выражается через угол визирования объектов на земной поверхности. Чем больше путевая скорость, тем больше угол визирования на земной поверхности и меньше наклонная полетная видимость, и наоборот. Рельеф местности и характер подстилающей поверхности оказывают существенное влияние на НДВ через высоту нижней границы облаков (ВНГО) и метеорологическую дальность видимости (МДВ) как основных факторов ухудшающих условия видимости. ВНГО и МДВ в значительной мере зависят от физико-географических особенностей местности. При перемещении облачности над пересеченной местностью высота ее нижней границы значительно понижается над возвышенными участками. При этом обычно наблюдается ухудшение МДВ. Над лесными и водными массивами, а также над заболоченными участками относительная влажность воздуха увеличивается, что приводит к понижению облачности и к ухудшению видимости. Уровень подготовки летного состава определяется предельными значениями наклонной посадочной дальности видимости (НПДВ), необходимыми для выполнения визуальных полетов под облаками. Опыт полетов показывает, что время, затрачиваемое на опознавание большинства объектов на земной поверхности находящихся в единственном числе, для нетренированного летчика составляет около 3,5 с. при опознавании по отличительным признакам и 9,4 с. привлечением признака взаимоположения. У тренированного летчика это время сокращается на 1 – 2 с. Кроме того, летчик затрачивает определенное время на обдумывание и запоминание полученной информации. Установлено, что при малом числе объектов в поле зрения наблюдателя (3 - 6) время, потребное для ассоциации обнаруженного объекта у нетренированного летчика, составляет 1,5 - 2,9 с., а для тренированного наблюдателя это время сокращается до 1,1 - 1,7 с. Наиболее вероятное время на опознавание объектов на земной поверхности составляет 2,5 с. На наклонную полетную видимость оказывают существенное влияние геометрические характеристики объекта, контраст объекта (ориентира) и фона, освещенность, время года, состояние зрения наблюдателя. Геометрические характеристики, а именно угловой размер объекта (ориентира) должны быть больше остроты зрения наблюдателя. Нормальная острота зрения человека – 1 угловая минута, т.е. если размер объекта меньше 1/150 расстояния до него, то человеческий глаз не способен его воспринимать. Для видимости объекта необходимо, чтобы освещенность его и фона была не меньше определенной величины и, чтобы между фоном и объектом был яркостной контраст. Для пилота, хорошо знающего район полетов, характер наблюдения сводится к поиску, в хорошо известном направлении объекта (ориентира), находящегося на крайнем пределе восприятия. Этому случаю соответствует порог контрастной чувствительности, равный 3%. Однако нужно учесть, что летчик наблюдает за объектами (ориентирами) через смотровое стекло, которое вносит искажение в восприятие наблюдаемой картины. Из-за искажающего влияния смотрового стекла есть полное основание поднять значение  с 3 до 4%. При этом следует заметить, что искажающее влияние смотрового стекла при дожде и снегопаде еще более сильно ( =7%). На наклонную дальность видимости при посадке в СМУ большое влияние оказывает сила света огней светосигнального оборудования, зависящая от времени суток и явлений погоды. Светотехническое оборудование с различным расположением огней позволяют производить посадку при любых значениях метеорологической оптической дальности видимости (МОДВ) на категорированных аэродромах. Особенностью посадок в этих условиях является необходимость учёта силы света и ослепляющего действия огней светотехнического оборудования (таблица 4). Таблица 5 - Ослепляющее действие огней высокой интенсивности (ОВИ) в различных явлениях погоды при минимумах I, II, III категории ИКАО
Оценка сложности посадки (по данным экипажей ВС) за счёт визуальных иллюзий, в различных явлениях погоды показывает. Выполнить посадку сложнее всего в осадках 87% (46% - в дожде, 20% - в снеге, 13% - в ливневом дожде, 4% - при метели, 3% - в ливневом снеге, 1% - в мороси); 11% - в тумане и 2% - при низких облаках.. По времени суток оценка следующая: днем – 46% летчиков считают выполнение посадки сложнее всего в осадках, 45% - в тумане и 9% при низких облаках; в сумерках: 87% - в осадках, 11% - в тумане и 2% - при низких облаках; ночью: 98% - в осадках (60% - в дожде, 19% - в ливневом дожде, 12% - в снеге, 5% - в мороси) и 2% - в тумане. Экспериментальными исследованиями установлено, что относительно дымки морось ухудшает НПДВ на 20% снег на 16% дождь на 9%. Таким образом, все рассмотренные факторы, влияющие на НДВ взаимосвязаны. Решение проблемы определения НПДВ под низкими облаками и оперативных параметров НДВ (высота визуального контакта, высота обнаружения ВПП, посадочная видимость) с глиссады снижения должно основываться на комплексном учёте и установление связей между всеми факторами и оперативными параметрами НДВ. При отсутствии низкой облачности, приземных дымок и других явлений прозрачность нижнего слоя атмосферы бывает достаточно высокой и в первом приближении можно считать, что она не изменяется с высотой. При этом значение наклонной видимости примерно равно горизонтальной видимости у Земли. При наличии низкой облачности (слоистых форм) под ней, как правило, наблюдается подоблачная дымка. Толщина слоя подоблачной дымки довольно изменчива и может колебаться от нескольких десятков метров до 100-150 м. Наличие дымки приводит к тому, что наклонная метеорологическая видимость в подоблачном слое значительно ухудшается, и она, как правило, бывает меньше горизонтальной видимости у Земли. В связи с этим при определении наклонной полетной видимости реальных объектов при наличии низких облаков слоистых форм решающую роль играет оценка наклонной метеорологической видимости. [7, с.12] 2.1.4. Дальность видимости на ВППДальность видимости на ВПП - дальность видимости, в пределах которой пилот воздушного судна, находящегося на осевой линии ВПП, может видеть маркировку покрытия ВПП или огни, которые обозначают контуры ВПП и ее осевую линию. Наблюдения за видимостью производятся вдоль ВПП с помощью приборов или по щитам, на которых устанавливается одиночные источники света (лампочки в 60Вт) для оценки видимости в темное время. Поскольку видимость бывает очень изменчивой, то приборы для измерения видимости устанавливаются у СДП обеих курсов и на середине ВПП. В сводку погоды включают: а) при длине ВПП 2000м и менее- меньшее из двух значений видимости, измеренной у обоих концов ВПП; б) при длине ВПП более 2000м - меньшее из двух значений видимости, измеренной у рабочего старта и середины ВПП. На аэродромах, где используются системы огней ОВИ при видимости 1500 м и менее в сумерках и ночью, 1000 м и менее днем производится перерасчет по таблицам в видимость ОВИ, которая также включается в авиапогоду. Перерасчет видимости в видимость ОМИ только в ночное время суток. 2.1.5. Полетная дальность видимости (ПДВ). Зависимость ПДВ от МДВ и высоты НГОПолетная дальность видимости (ПДВ) – это предельное расстояние, на котором с борта самолета виден объект на окружающем фоне в соответствии с рисунком 23. Различают горизонтальную, вертикальную, наклонную и посадочную видимость. Горизонтальная видимость представляет собой видимость объектов в воздухе, находящихся на уровне полета ВС (например, летящий другой самолет, облака и т. д.) Вертикальная и наклонная видимость представляют собой видимости объектов на земной поверхности под различными углами. Посадочная видимость – предельное расстояние по наклону вдоль глиссады снижения, на котором пилот, совершающий посадку, при переходе от пилотирования по приборам к визуальному пилотированию может обнаружить ВПП. В простых метеоусловиях (ПМУ) ПДВпос =МДВ. В сложных метеоусловиях (СМУ - низкая облачность, туманы, осадки, под слоями инверсии и изотермии) ПДВпос < МДВ. Существует зависимость этих видимостей от высоты НГО (таблица 6). Таблица 6 - Зависимость видимостей от высоты НГО
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||