Самолетовождение (стр. 7 )

Рис. 6.2. Шкалы поправок к показаниям ТНВ-15

7. Расчет истинной воздушной скорости по узкой стрелке КУС

Узкая стрелка КУС связана с дополнительным механизмом, состоящим из блока анероидных коробок, который автоматически вводит методическую поправку на изменение плотности воздуха с высотой полета, если температура воздуха изменяется с высо­той в соответствии со стандартной атмосферой. Поэтому при тем­пературе на высоте полета, не соответствующей расчетной, узкая стрелка будет указывать истинную скорость с некоторой погреш­ностью.

Кроме того, узкая стрелка показывает воздушную скорость, автоматически учитывая поправку на сжимаемость воздуха.

Таблица 6.3

Приборные и аэродинамические поправки комбинированного указателя скорости

V. км/ч	ΔVпр, км/ч	Δ V ист, км, ч	Δ Vа, км/ч
100	0	—	—
150	—2	—	—
200	—4	—	—4
250	0	—	—5
300	+3	—	—12
350	+5	—	—17
400	+6	+3	—20
450	+4	+5	—24
500	0	+6	—28
550	—5	+3	—30
600	—7	0	—
700	—9	—4	—

Таким образом, при расчете истинной скорости по узкой стрел­ке КУС необходимо иметь инструментальную, аэродинамическую и методическую температурную поправки. Истинная воздушная скорость по узкой стрелке КУС рассчитывается по формуле:

Vи = V пр. КУС + (±Δ V )+ (±Δ Vа) + (±ΔVt),

где Vпр. кус — показание узкой стрелки; Δ V — инструментальная поправка указателя для узкой стрелки; Δ V а — аэродинамиче­ская поправка указателя скорости; ΔVt — методическая тем­пературная поправка указателя скорости.

Пример.Н760пр=5100 м; Vпр. КУС=510км/ч; Vпр=396 км/ч; ΔV=+6 км/ч;ΔVа = —20 км/ч; показание термометра наружного воздуха на высоте полета tпр= —32°. Определить истинную воздушную скорость.

Решение. 1. Находим по показанию узкой стрелки КУС поправку к по­казанию термометра наружного воздуха и определяем фактическую температу­ру на высоте полета:

Δt=4°; tH = —32°—4°= — 36°.

2. Определяем по таблице поправки Δ V и Δ V а (в примере поправки ука­заны в условии). Аэродинамическая поправка находится по показанию широкой стрелки КУС. На некоторых самолетах составлены таблицы, в которых указаны суммарные поправки отдельно для широкой и узкой стрелок КУС.

3. Определяем исправленную скорость для узкой стрелки КУС:

V пр. КУСиспр = V пр. КУС + (±ΔV ) + (±ΔV ) = 500 + (+ 6) + (— 20) = 486 км/ч.

4. Учитываем с помощью НЛ-10М методическую температурную поправку и определяем истинную скорость.

Для этого необходимо температуру воздуха на высоте полета, взятую по шкале 11, подвести против высоты полета по красной шкале 13. Затем против приборной исправленной скорости, взятой по шкале 15, прочитать по шкале 14 истинную скорость V и=470 км/ч.

8. Расчет показания широкой стрелки КУС для заданной истинной скорости

Приборная скорость для широкой стрелки КУС рассчитывает­ся по формуле V пр = V и-(± Δ V м)-(-Δ V сж)-(± Δ V а)-(± Δ V).

Пример Н760пр= 6600 м; Vи = 500 км/ч; температура воздуха на высоте по­лета tн= —40°; ΔV= +5 км/ч; ΔVа= —18 км/ч; Δ Vсж= —5 км/ч. Определить приборную скорость для широкой стрелки КУС.

Решение. 1. Исправляем с помощью НЛ-10М истинную скорость на ме­тодическую поправку вследствие изменения плотности воздуха. Для этого не­обходимо температуру воздуха на высоте полета, взятую по шкале 11, подвести против высоты полета по шкале 12. Затем против истинной воздушной скоро­сти, взятой по шкале 14, прочитать по шкале 15 исправленную скорость: Vпp испр = 365 км/ч.

2. По полученной исправленной скорости определяем по таблицам поправ­ки Δ V, Δ V а и Δ V сж (в примере поправки указаны в условии).

3. Рассчитываем приборную скорость:

Vпр=Vпр. испр -(- ΔV сж) - (± ΔVа)- (± ΔV)= 365-(-5)-(-18) -(+5) = 383 км/ч.

Глава 7 УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ВЕТРА НА ПОЛЕТ САМОЛЕТА

1. Ветер навигационный и метеорологический

Воздушные массы постоянно движутся относительно земной поверхности в горизонтальном и вертикальном направлениях. Го­ризонтальное движение воздушных масс называется ветром. Ве­тер характеризуется скоростью и направлением. Они изменяют­ся с течением времени, с переменой места и с изменением высоты.

С увеличением высоты в большинстве случаев скорость вет­ра увеличивается, а направление изменяется. На больших высо­тах, на которых выполняются полеты самолетов с ГТД, скорость ветра может достигать 200— 300 км/ч и более. Такие ветры глав­ным образом наблюдаются в зоне струйных течений. Отмечены слу­чаи, когда скорость ветра в таких те­чениях составляла 650—750 км/ч.Для обеспечения точного само­летовождения необходимо учиты­вать влияние ветра иа полет самоле­та. До полета скорость и направле­ние ветра по высотам определяют на метеостанции по картам барической топографии, составленным на ос­новании данных ветрового радиозондирования атмосферы. В поле­те ветер определяется штурманом или пилотом путем соответству­ющих промеров и расчетов. Существует два понятия о направлении ветра: навигационное и метеорологическое.

Навигационным направлением ветра (НВ) называ­ется угол, заключенный между северным направлением магнитного меридиана и направлением в точку, куда дует ветер. Отсчитывает­ся оно от северного направления магнитного меридиана по часо­вой стрелке от 0 до 360° (рис. 7.1).

Метеорологическим направлением ветра называ­ется угол, заключенный между северным направлением меридиа­на и направлением из точки, откуда дует ветер. Обычно на метео­станции отсчитывают метеорологическое направление ветра от­носительно северного направления истинного меридиана, т. е. угол δи.

В целях упрощения расчетов экипажам, производящим взлет и посадку, сообщается метеорологическое направление ветра у Земли, отсчитанное относительно магнитного меридиана, т. е. на метеостанции вводят поправку на магнитное склонение, если оно более 10°.

Направление ветра на высотах полета, отсчитанное от истин­ного меридиана, летный состав самостоятельно переводит в на­правление ветра, отсчитанное относительно магнитного меридиа­на. Метеорологическое направление ветра δ = δи-(±Δм).

Магнитное склонение Δм берется для района расположения метеостанции.

Пример. δи=200°; Δм = —15°. Определить δ. Решение. δ=δи—(±Δм) =200°—(—15°) =215°.

В штурманских расчетах используется навигационное направ­ление ветра, или так называемый навигационный ветер. Перевод метеорологического направления ветра в навигационное и обратно выполняется по формулам: НВ = δ ± 180°; δ = НВ ± 180°.

Рис. 7.2. Перевод скорости ветра (м/сек в км/ч и обратно)

Знак плюс берется, если δ или НВ меньше 180°, а знак ми­нус — если δ или НВ больше 180°.

Скоростью ветра U называется скорость движения воз­душных масс относительно земной поверхности. Скорость ветра измеряется в километрах в час или в метрах в секунду. Чтобы перейти от одних единиц измерения к другим, например от мет­ров в секунду к километрам в час, необходимо скорость ветра в метрах в секунду умножить на 3,6, т: е. U км/ч = U м/сек·3,6:

Перевод скорости ветра, выраженной в метрах в секунду, в скорость, выраженную в километрах в час, можно осуществлять подсчетом в уме по упрощенной формуле

U км/ч = U м/сек · 4

Пример. U=20 м/сек, перевести в километры в час. Решение.

U км/ч = U м/сек·4=72 км/ч.

При штурманских расчетах для перехода от скорости вет­ра в метрах в секунду к скорости его в километрах в час и об­ратно пользуются НЛ-10М (рис. 7.2).

2. Навигационный треугольник скоростей, его элементы и их взаимозависимость

Самолет относительно воздушной массы перемещается с воз­душной скоростью в направлении своей продольной оси. Одно­временно под действием ветра он перемещается вместе с воздуш­ной массой в направлении и со скоростью ее движения. В резуль­тате движение самолета относительно земной поверхности будет происходить по равнодействующей, построенной на слагаемых скоростях самолета и ветра. Таким образом, при полете с боко­вым ветром векторы воздушной скорости, путевой скорости и ско­рости ветра образуют треугольник (рис. 7.3), который называется навигационным треугольником скоростей. Каж­дый вектор характеризуется направлением и величиной.

Вектором воздушной скорости называется направ­ление и скорость движения самолета относительно воздушных масс. Его направление определяется курсом самолета, а величи­на — значением воздушной скорости.

Рис. 7.3. Навигационный треугольник скоростей и его элементы

Вектором путевой скорости называется направление и скорость движения самолета относительно земной поверхности. Его направление определяется путевым углом, а величина — зна­чением путевой скорости.

Вектором ветра называется направление и скорость движения воздушной массы относительно земной поверхности. Его направление определяется направлением ветра, а величина — значением его скорости.

Навигационный треугольник скоростей имеет следующие эле­менты:

МК — магнитный курс самолета;

V — воздушная скорость;

МПУ— магнитный путевой угол (может быть заданным —ЗМПУ и фактическим — ФМПУ);

W — путевая скорость;

НВ — навигационное направление ветра;

U — скорость ветра;

УС — угол сноса;

УВ — угол ветра.

Фактическим магнитным путевым углом назы­вается угол, заключенный между северным направлением маг­нитного меридиана и линией фактического пути. Отсчитывается от северного направления магнитного меридиана до линии фак­тического пути по ходу часовой стрелки от 0 до 360°.

Углом сноса называется угол, заключенный между про­дольной осью самолета и линией пути. Отсчитывается от продоль­ной оси самолета до линии пути вправо со знаком плюс и влево со знаком минус.

Углом ветра называется угол, заключенный между линией пути (фактической или заданной) и направлением навигационного ветра. Отсчитывается от линии пути до направления ветра по ходу часовой стрелки от 0 до 360°.

Между элементами нави­гационного треугольника ско­ростей существует следующая зависимость:

МК = МПУ - (± УС);

ОС = V cos УС;

МПУ = МК + (± УС);

CB = U cos УВ;

УС = МПУ-МК; W = VсоsУС + UсоsУВ;

УВ = δ ± 180° - МПУ; δ = МПУ + УВ ± 180°.

Так как углы сноса обычно небольшие, а косинусы малых углов близки к единице, то можно считать, что WV+UсоsУВ. Приведенные выше формулы используются для расчета элемен­тов навигационного треугольника скоростей.

Угол сноса и путевая скорость являются основными нави­гационными элементами, поэтому нужно твердо знать, как они зависят от изменения воздушной скорости, скорости ветра и угла ветра.

Зависимость угла сноса и путевой скорости от воздушной ско­рости самолета. При неизменном ветре и курсе самолета путевая скорость изменяется соответственно изменению воздушной скоро­сти, т. е. с увеличением воздушной скорости путевая скорость ста­новится больше, а с уменьшением — меньше (рис. 7.4). Считают, что изменение воздушной скорости вызывает пропорциональ­ное изменение путевой скорости, т. е. насколько изменилась воз­душная скорость, настолько соответственно изменится и путевая скорость.

Угол сноса с возрастанием воздушной скорости уменьшается, а с ее уменьшением — увеличивается.

Зависимость утла сноса и путевой скорости от скорости ветра.

При постоянной воздушной скорости и курсе самолета с увели­чением скорости ветра угол сноса увеличивается, а при ее умень­шении — уменьшается (рис. 7.5).

Путевая скорость при попутном и попутно-боковом ветре с из­менением скорости ветра изменяется так же, как и угол сноса. При встречном и встречно-боковом ветре с увеличением скорости ветра путевая скорость

Рис. 7.5. Зависимость УС и W от изменения скорости ветра: а —при попутно-боковом ветре; б —при встречно-боковом ветре

уменьшается, а с уменьшением —увеличивается.

Зависимость угла сноса и путевой скорости от угла ветра. Угол ветра в полете не остается постоянным. Его величина изменяется в полете как вследствие изменения направления вет­ра, так и вследствие изменения направ­ления полета.

Отложим в определенном масштабе вектор воздушной скорости (рис. 7.6). Из конца этого вектора радиусом, рав­ным скорости ветра в том же масштабе, опишем окружность. Если переме­щать вектор ветра по ходу часовой стрелки, то угол ветра будет изме­няться.

Угол сноса и путевая скорость зави­сят от угла ветра следующим образом:

1. При УВ = 0° (ветер попутный)

УС=0,W=V+U

2. При увеличении угла ветра от 0 до 90° угол сноса увеличивается, а пу­тевая скорость уменьшается.

3. При УВ = 90° (ветер боковой) угол сноса максимальный, а путевая скорость примерно равна воздушной.

4. При увеличении УВ от 90 до 180° угол сноса и путевая ско­рость уменьшаются.

5. При УВ = 180° (ветер встречный) УС==0°, a W=V— U.

6. При увеличении УВ от 180 до 270° угол сноса и путевая скорость увеличиваются.

7. При УВ = 270° (ветер боковой) угол сноса максимальный, а путевая скорость примерно равна воздушной.

8. При увеличении УВ от 270 до 360° угол сноса уменьшается, а путевая скорость увеличивается.

При решении большинства навигационных задач необходимо ясно представлять, в какую сторону при данном угле ветра будет направлен снос

Рис. 7.7. Правила определения W и знаков УС

самолета и какова его путевая скорость (боль­ше или меньше воздушной).

Изменение угла ветра приводит к следующему изменению уг­ла сноса и путевой скорости (рис. 7.7): при углах ветра 0—180° углы сноса положительные, а при углах ветра 180—360° — отри­цательные; путевая скорость при углах ветра 270—0—90° боль­ше воздушной скорости, а при углах ветра 90—180—270° меньше.

Пример. ЗМПУ=100°; δ=40°. Определить, в какую сторону направлен снос самолета и какова его путевая скорость.

Решение. 1. Находим угол ветра:

УВ = δ ± 180° — ЗМПУ = 40° + 180° — 100° = 120°.

2. Определяем знак угла сноса и путевую скорость. Так как УВ в преде­лах от 0 до 180°, то угол сноса будет положительный, а путевая скорость меньше воздушной.

Максимальным называется угол сноса при углах ветра 90 и 270° (см. рис. 7.6). Его величина определятся по формуле

sinУСмакс=U/V

При современных скоростях полета величина угла сноса обыч­но не превышает 10—20°. Известно, что синусы малых углов мож­но принять равными самим углам, выраженным в радианах. 1 рад—57°,3 или округленно 60°.

На основании этого можно записать, что

sinУСмакс=

Следовательно,

=U/V, откуда УСмакс =

Из формулы видно, что УС тем больше, чем меньше воздуш­ная скорость полета и чем больше скорость ветра.

Пример. V=360 км/ч; U=60 км/ч. Определить максимальный угол сноса.

Решение. УСмакс = ==10°

Обычно максимальный угол сноса рассчитывается с помощью НЛ-10М (рис. 7.8).

3. Решение навигационного треугольника скоростей

Решить навигационный треугольник скоростей — это значит по его известным элементам найти неизвестные. Решение нави­гационного треугольника скоростей можно осуществить:

1) графически (на бумаге);

2) с помощью навигационной линейки, навигационного расчетчика или ветрочета;

3) приближенно подсчетом в уме.

Решение навигационного треугольника скоростей на НЛ-10М.

Навигационный треугольник скоростей представляет собой обыч­ный косоугольный треугольник и может быть решен по теореме синусов. Согласно этой теореме можно записать (рис. 7.9):

Так как sinφ= sin (180°—φ), а внешний угол треугольника ра­вен сумме внутренних углов, не смежных с ним, т. е. угол 180°—φ=УВ+УС, приведенные выше отношения записываются в та­ком виде:

Эти отношения решаются с помощью НЛ-10М (рис. 7.10). При этом необходимо помнить:

1) при углах ветра 0—180° углы сноса положительные;

2) при углах ветра 180—360° углы сноса отрицательные;

3) при углах ветра больше 180° на НЛ-10М устанавливают его дополнение до 360°, т. е. разность 360°—УВ;

4) при угле ветра, равном нулю, W=V+U, а при угле ветра, равном 180°, W=V—U; для других значений углов ветра путевая скорость отсчитывается по НЛ-10М против суммы УВ+УС, при нахождении которой к УВ прибавляется всегда абсолютная ве­личина УС независимо от его знака;

5) для углов ветра в пределах 5—175° используется шкала синусов, а в пределах 0,5—5 и 175—179,5° — шкала тангенсов.

Отсчет угла сноса для расчета курса следования производится с точностью до 1°, а для точного определения путевой скорости при углах ветра, близких к 0 и 180°, — с точностью до десятых долей градуса;

При помощи навигационной линейки определяются угол сноса и путевая скорость, а затем рас­считываются курс следования и время полета на заданном участ­ке трассы.

Курсом следования на­зывается курс, рассчитанный с учетом угла сноса для следования по линии заданного пути. Для каждого участка трассы по­лета курс следования, угол сносами путевая скорость перед полетом определяются по прогностическому, а в полете по измеренному ветру.

Пример. Vи=460 км/ч; ЗМПУ=105°; δ = 330°; U=80 км/ч; S = 120 км. Определить УС, W, МКсл и t.

Решение. 1. Находим угол ветра:

УВ = δ ± 180° — ЗМПУ = 330°—180° — 105° = 45°.

2. Определяем угол сноса и путевую скорость (см. ключ для НЛ-10М на рис. 7.10): УСЗ=+7°; W=512 км/ч.

3. Рассчитываем магнитный курс следования:

МКсл = ЗМПУ — (± УС) = 105° — (+ 7°) = 98°.

4. Определяем с помощью НЛ-10М время полета: t=14 мин.

Если известны угол сноса, путевая и воздушная скорости, магнитный курс самолета, то с помощью НЛ-10М можно опре­делить ветер. Для решения этой задачи рассмотрим навигацион­ный треугольник скоростей (рис. 7.11).

Из конца вектора воздушной скорости опустим на линию пу­ти перпендикуляр. Величина путевой скорости может быть пред­ставлена в виде суммы двух отрезков: ОВ и ВС, т. е. W=OB+ВС, откуда отрезок ВС= W—ОВ.

Из прямоугольного треугольника ОАВ следует, что отрезок ОВ = VсоsУС. Так как косинусы малых углов примерно равны 1, то отрезок ОВ можно принять равным V(OB V). Подставляя это значение ОВ в выражение для отрезка ВС, получаем: ВС= W—V=ΔU.

Из прямоугольных треугольников АВО и ABC имеем:

АВ = VtgУС=ΔUtg или VtgУC= ΔUtgα.

Запишем это равенство в виде следующей пропорции, имея в виду ее основное свойство:

tgУC/ΔU= tgα/V.

Решая эту пропорцию на НЛ-10М по шкалам 4 и 5, можно определить угол а (рис. 7.12), заключенный между линией фак­тического пути и метеорологическим направлением ветра. Изме­ряется этот угол от 0 до 90°. Зная величину угла а и используя шкалы 3 и 5 НЛ-10М, по теореме синусов определим скорость ветра (рис. 7.13).

Направление ветра рас­считывается по формулам:

δ = ФМПУ-(±α)

δ = ФМПУ ± 180°+ (± α).

Первой формулой пользуются, когда путевая скорость меньше воздушной, т. е. при встречно-боковом ветре, а второй — при по­путно-боковом ветре, когда путевая скорость больше воздушной. Угол α берется со знаком плюс при правом сносе самолета и со знаком минус при левом сносе.

Для быстрого и правильного определения метеорологического направления ветра и его скорости необходимо запомнить следую­щие правила:

1. При попутном ветре (УС=0, α = 0°):

δ = ФМПУ ± 180°; U = W — Vи.

2. При встречном ветре (УС=0°, α=0°):

δ = ФМПУ; U = Vи — W.

3. При боковом ветре (W Vи, α=90°):

δ= ФМПУ —(±90°).

4. При встречно-боковом ветре (W< Vи):

δ = ФМПУ — (± α).

5. При попутно-боковом ветре (W> Vи):

δ = ФМПУ ± 180°+ (± α).

Пример. Vи = 450 км/ч; МК = 50°; УС = + 7°; W = 490 км/ч. Определить направление и скорость ветра.

Решение. 1. Находим разность между путевой и истинной воздушной ско­ростью; ΔU = W — Vи =490 — 450 = + 40 км/ч. Ветер попутно-боковой

2. Определяем угол α на НЛ-10М (см. рис. 7.12): α =+ 54°.

3. Находим скорость ветра на НЛ-10М (см. рис. 7.13): U = 68 км/ч.

4. Опрепеляем ФМПУ и метеорологическое направление ветра

ФМПУ = МК + (± УС) = 50° + (+ 7°) = 57°;

δ = ФМПУ ± 180° + (±α) = 57° + 180° + (+ 54°) = 291°.

Понятие об эквивалентном ветре. Для упрощения выполнения некоторых навигационных расчетов пользуются эквивалентным ветром.

Эквивалентным ветром Uэ называется условный ве­тер, направление которого всегда совпадает с ЛЗП, а его скорость в сумме с воздушной скоростью дает такую же путевую скорость, как и действительный ветер (рис. 7.14).

Эквивалентный ветер опреде­ляется по специальной таблице,

которая помещается в руководстве по летной эксплуатации и пи­лотированию каждого типа самолета. Приближенно эквивалент­ный ветер можно определить по формуле

Uэ UсоsУВ.

Решение навигационного треугольника скоростей подсчетом в уме.

Подсчетом в уме определяют угол сноса, путевую скорость и курс следования, а также направление и скорость ветра по из­вестным значениям воздушной и путевой скоростей, магнитному курсу и углу сноса.

Угол сноса и путевую скорость можно определить, пользуясь формулами:

УС=sinУВ; W = Vи ±UсоsУВ,

по которым рассчитывается таблица значений углов сноса и пу­тевых скоростей для основных углов ветра (табл. 7.1). Эту таб­лицу необходимо знать на память.

Таблица 7. 1

Зависимость угла сноса и путевой скорости от угла ветра

Угол ветра, град	Угол сноса, град	Путевая скорость, км/ч
0	0	Vи + U
45	+ 0,7УСмакс	Vи + 0,7U
90	+ УСмакс	Vи
135	+ 0,7УСмакс	Vи и – 0,7U
180	0	Vи – U
225	— 0,7УСмакс	Vи – 0,7U
270	— УСмакс	Vи
315	— 0,7макс	Vи + 0,7U

Пример. Vи = 450 км/ч; ЗМПУ=;120°; δ = 30°; U=60 км/ч. Определить УС, МКсл и W.