Windshare что это в авиации

Сдвиг ветра

Это скрытое и труднопредсказуемое явление. Несмотря на его давнюю очевидность («воздушные ямы»), официальной авиационной метеорологией оно отрицалось (не без влияния аэродинамиков) вплоть до 70-х годов, когда заметно изменились ЛА (в основном увеличение массы и инертности), условия и интенсивность их эксплуатации. Увеличение частоты лётных происшествий при взлете и посадке по, казалось бы, необъяснимым причинам, заставило обратить внимание на это явление.

Элементарная сущность сдвига ветра в том, что если одна из составляющих турбулентного местного вихревого возмущения воздуха совпадает с направлением полета ЛА и его скорость сравнима с местной скоростью потока, обтекающего крыло, то происходит как бы его торможение(вплоть до нуля) или ускорение. Подъемная сила резко меняется, и ЛА, имеющий на посадке малые скорость и высоту, может заметно изменить траекторию движения, вплоть до падения.

Горизонтальные составляющие являются продолжением кольцевых струй горизонтально расположенных вихрей, имеющих и вертикальные составляющие. Поэтому можно, с достаточной точностью, оценивать сдвиг по изменению скорости ветра по высоте над небольшой площадью (зона взлета и посадки), неадекватному общему правилу равномерного изменения ветра с высотой. Одним из следствий зарождения или наличия сдвига является порывистость ветра. Сдвиг ветра как правило возникает вблизи или под кучево-дождевыми облаками, в зоне атмосферных фронтов, при наличии инверсии у поверхности земли, а также в горной местности и прибрежных районах.

Изменения направления и (или) скорости ветра в определенном слое атмосферы могут сочетаться с турбулентностью и(или) сильными вертикальными потоками воздуха, поэтому значительные сдвиги ветра относятся к категории опасных внешних воздействий среды (ОВВС).

ИКАО рекомендует следующую градацию сдвига ветра по признакам вертикального потока, то есть:

Согласно правилам полетов над территорией стран СНГ сильный сдвиг ветра, при котором запрещаются взлет и посадка, это 5 м/с на 30 м высоты.

Источник

Горизонтальный сдвиг ветра

Сдвиг ветра (wind shear, или windshear) — микрометеорологическое явление, повышенный градиент скорости и/или направления ветра на небольшом участке атмосферы. Сдвиг раскладывают на горизонтальную и вертикальную составляющие.

Горизонтальный сдвиг ветра для авиации

Рассмотрим самолёт, летящий по инструментальной системе посадки (Instrument Landing System, ILS) с углом наклона глиссады 3 градуса на приборной скорости 140 узлов (260 км/ч) со встречным ветром в 20 узлов (10,3 м/с).

Допустим, самолёт внезапно попадает в сдвиг ветра, где встречный ветер скоростью 20 узлов исчезает.

То есть, у самолёта в итоге будет как дефицит скорости, так и дефицит высоты (slow and low), сопровождаемые недостаточной тягой.

Варианты развития событий

Пилот, пытаясь снова войти в глиссаду, может в такой ситуации взять штурвал на себя (на кабрирование), причём интенсивнее, чем он это делал до попадания в сдвиг ветра. Это
только осложнит ситуацию со скоростью до тех пор, пока пилот не увеличит тягу двигателей; причём пройдёт определённое время, прежде чем двигатели компенсируют исходный недостаток мощности.

Если самолёт окажется на земле раньше, чем недостаток мощности будет компенсирован, произойдёт грубая посадка до полосы на малой скорости.

Если имеется достаточный запас времени для восстановления приборной скорости и выхода на глиссаду, то возникает проблема «двойного (повторного) реверса». Она связана
с тем, что для фактических штилевых условий имеющаяся тяга избыточна. Таким образом, как только дефицит тяги скорректирован, следует уменьшить режим работы двигателей,
причём до величины меньшей, чем была установлена до попадания в сдвиг ветра (потому что мощность, необходимая для снижения по ILS по глиссаде с углом наклона 3 градуса в условиях отсутствия ветра, меньше, чем при встречном ветре скоростью 20 узлов).

Пилот должен быстро переместить РУДы назад, иначе самолёт вскоре будет иметь избыточную мощность, т. е., появится и избыток скорости, и избыток высоты (fast and high), что может не позволить остановиться в пределах располагаемой длины ВПП.

Как самолёт перебегает полосу

При штатном выполнении посадки, пилоты, выполняющие посадку на скорости, большей, чем скорость захода, стремятся погасить скорость, выдерживая ВС над полосой. Такого выдерживания перед касанием следует избегать, т. к. это «съедает» значительную часть из располагаемой дистанции для пробега.

В случае выполнения посадки при попутном ветре связанное с этим увеличение путевой скорости приведёт к увеличению посадочной дистанции. При снижении самолёта и его приближении к ВПП попутный ветер, как правило, уменьшается. Возникает эффект кратковременного возрастания подъёмной силы из-за увеличения истинной воздушной скорости, что затрудняет выполнение посадки и увеличивает продолжительность выдерживания.

Источник

Cдвиг ветра. Воздействие на взлёт и посадку ВС. Рекомендации по выполнению полётов и управлению воздушным движением в условиях сдвига ветра.

Если посадка и взлет происходят строго при встречном ветре, то путевая скорость будет равна разности воздушной скорости ВС и скорости ветра. Посадка самолета при усиливающемся встречном ветре сопровождается увеличением воздушной скорости ВС при снижении. Самолет будет лететь выше глиссады снижения и возможен перелет заданной точки приземления и даже выкатывание за пределы ВПП.

Влияние сдвига ветра в приземном слое на точность приземления

посадка при усиливающемся встречном ветре + Δ S- «перелёт»

1- планируемая, 2- истинная глиссада снижения

Взлет самолета при ослабевающем встречном ветре сопровождается падением воздушной скорости с высотой. В этом случае происходит как бы проваливание самолета.

При ослабевающем встречном ветре, при посадке самолета, воздушная скорость уменьшается при снижении, что также приводит к уменьшению подъемной силы ВС. Самолет будет лететь ниже глиссады, а возможен «недолет» до заданной точки приземления.

Взлет самолета при усиливающемся встречном ветре происходит с возрастанием воздушной скорости ВС с высотой, что приводит к увеличению крутизны траектории набора высоты.

Боковые сдвиги ветра, направленные под углом к траектории движения самолета и обусловленные резкими изменениями направления ветра с высотой, могут оказать существенное влияние на взлет и посадку. Возникает тенденция к смещению самолета с осевой линии ВПП и уходу влево или вправо от оси. При посадке может произойти касание земли рядом с ВПП, а при взлете – боковое смещение за пределы сектора безопасного набора высоты.

Влияние сдвига ветра в приземном слое на точность приземления

1.-планируемая, 2- истинная глиссада снижения

Горизонтальные сдвиги ветра наблюдаются вдоль ВПП. По ряду причин могут возникнуть зоны резкого усиления ветра. При попадании в них летящего самолета наблюдаются эффекты, аналогичные влиянию вертикальных сдвигов ветра. В случае резкого увеличения скорости встречного ветра при посадке, самолет будет подбрасывать, а при ослаблении он будет проваливаться.

Вертикальные потоки воздуха, возникающие в нижнем слое атмосферы, способны вызывать перемещения или броски самолета в вертикальной плоскости. Эти броски представляют опасность при взлете и посадке из-за близости земли и ограниченными возможностями маневра самолета.

Особо опасным является резкое изменение ветрового режима в приземном слое вдоль траектории движения самолета, которое может оказаться неожиданным для экипажа. ВС пересекает самый нижний слой атмосферы в такое короткое время, что ограниченный запас высоты, скорости и приемистости двигателей не всегда позволяет своевременно парировать влияние резкого изменения ветра, что явилось в ряде случаев одной из главных причин летных происшествий. В связи с этим, в совместных решениях Комиссии по авиационной метеорологии ВМО и ИКАО, указывается на необходимость сообщения экипажам подробной информации об изменениях ветра в нижних слоях атмосферы для взлета и захода на посадку.

Различают сдвиг ветра не только по направлению, т.е. вертикальный, горизонтальный, но и по интенсивности.

Летный состав, во время предполетной подготовки, должен учитывать синоптические условия благоприятные для возникновения сдвигов ветра при взлете и посадке ВС, так как сдвиг ветра относится к опасным условиям, являющимися невидимыми и возникающими неожиданно.

К наиболее характерным синоптическим ситуациям и условиям,при которых возникают сильные сдвиги ветра, относятся :

1. развитие конвективных облаков (грозово-градовых)

2. прохождение активных атмосферных фронтов;

3. образование инверсионных слоев (задерживающие слои инверсии и изотермии);

4. возникновение горных волн (районы со сложным рельефом, с застройкой в районе аэродрома);

6. местные топографические условия (чередование лесов, болот, пашен, песчаных и каменных участков)

Сдвиг ветра в зонах конвективных облаков.

Возникновение сдвига ветра, в зоне конвективных облаков.

В летний период возникают конвективно-неустойчивые слои, благодаря которым образуются конвективные облака. Особенно часто, сильные сдвиги ветра возникают вблизи и под кучево-дождевыми облаками. При выпадении ливневых осадков, наблюдаются нисходящие потоки (холодного воздуха), которые, ударяясь о земную поверхность, расходятся в стороны и встречают поднимающиеся с большой скоростью потоки теплого воздуха, обусловленные активной конвекцией.

Возникает порывистый ветер и шквал, образуется узкая зона сильных вертикальных и горизонтальных сдвигов ветра и сильной турбулентности, называемая фронтом порывов. Косвенным признаком фронта порывов часто является наличие видимых на фоне кучево-дождевых облаков полос выпадающих осадков, но не достигающих земли.

Сдвиг ветра в зонах активных атмосферных фронтов.

Активными фронтами следует считать фронты, скорость которых 50 км/час и более, и/или контрасты температур ВМ в зоне фронта 7-8°С и более. В зоне активных холодных фронтов возникают сильные горизонтальные и вертикальные сдвиги ветра, связанные с образованием кучево-дождевых облаков.

В зоне теплых фронтов наблюдаются интенсивные инверсии. В этих условиях движения по вертикали осложнены (слои как бы скользят один по другому с разной скоростью); резкие изменения ветра с высотой не только по скорости, но и по направлению, приводят к образованию сильных сдвигов ветра.

Возникновение сдвига ветра в зоне активных фронтов.

В зоне активных фронтов изменение скорости и направления ветра могут усиливаться, кроме того, за счет ветра, обусловленного разнообразием рельефа местности, городской застройки. Сдвиг ветра в таких условиях будет характеризоваться наличием, так называемого низкотропосферного СТ, что является наиболее опасным для посадки и взлета ВС.

Сдвиг ветра в зонах инверсионных слоев.

В устойчивой ВМ, слои инверсии и изотермии обуславливают расслоение потоков, имеющих разные характеристики по плотности, скорости, направлению, что является причиной образования умеренных и сильных сдвигов ветра.

Следует быть внимательными к синоптическим ситуациям, при которых возникают различного типа инверсии в приземном слое атмосферы.

Радиационные инверсии возникают при антициклонической погоде (в ночное время), при которой часто наблюдается штиль или слабый ветер у земли. Выше слоя инверсии отмечается очень сильный ветер. На высотах 30-40 м следует ожидать сильные вертикальные сдвиги ветра.

Возникновение сдвига ветра в слое инверсии.

Орографические инверсии наблюдаются в горных районах или холмистой местности. Влияние орографии приводит к возникновению более сильных вертикальных и горизонтальных сдвигов ветра.

Адвективные инверсии возникают в приземном слое в холодное время года, при адвекции теплого воздуха с моря или крупных водоемов. При этом наблюдается слабый ветер у земли и усиление ветра на высотах 100-200 м.

Различают сдвиг ветра по интенсивности:

Слабый – 0-2 м/с на 30 м высоты или 600 м расстояния

Согласно НПП ГА, вертикальный сдвиг ветра (включая восходящие и нисходящие потоки), равный 4-6 м/с и более, в слое 30 м высоты, относится к опасным для полетов метеоусловиям в районе аэродрома. Взлет и заход на посадки ВС в условиях сильного сдвига ветра запрещается.

Источник

Препятствия для полета: сдвиг ветра, шквал, смерч, гроза, молния, ливень

Наблюдения показывают, что приблизительно 5 % гроз сопровождаются микро-порывами. Связанные с ними нисходящие воздушные потоки распространяются в зоне размерами от 500 м до нескольких километров. Когда такой поток достигает земли, он растекается в приземном слое воздуха в горизонтальной плоскости, иногда с образованием вихревых колец по границам зоны растекания. Показано формирование микро-порыва вертикальным нисходящим потоком (симметричный микропорыв).

Зона распространения вихревых колец достигает высоты 500 м над землей и покрывает площадь от 2 до 4 км в диаметре. Микро-порывы могут возникать и достигать поверхности земли без дождя в случае вирги. Образовавшийся на высоте дождь будет испаряться, вызывая тем самым охлаждение воздуха и, как следствие, нисходящий поток ветра.

Кучево-дождевые облака в зависимости от своего развития делятся на внутримассовые и фронтальные, а также ливневые и градовые. Облака отличаются не только интенсивностью и видами осадков, но и механизмом возникновения и развития.

В случае слабых усреднено-массовых кучево-дождевых облаков многочисленные капли, возникающие в результате конденсации и коагуляции, достигнув максимальных критических размеров, начинают выпадать из облака навстречу восходящим воздушным потокам. Когда эффект действия падающих капель превосходит эффект подъема воздуха, гроза затихает.

В сильных фронтальных кучево-дождевых облаках под влиянием СВ в средних и верхних слоях атмосферы восходящий поток может выгибаться. В таком случае тормозящее действие осадков уменьшается, поскольку они находятся вне наклона поднимающегося воздушного потока. При образовании наклоненного восходящего потока над относительно ровной местностью иногда возникают вращательные движения, в результате чего резко увеличивается вертикальная скорость, а вместе с ней и скорость вращения.

Исследования сильных гроз в 1990—2005 гг. показали, что они связаны с термодинамической неустойчивостью, обусловленной перегреванием приземного слоя воздуха, или неравномерным распределением по высоте адвекции тепла и холода, а также конвергенцией и дивергенцией воздушных потоков. При этом кучево-дождевые облака с градом, шквалами и торнадо (смерчами) возникают и развиваются тогда, когда в верхней части тропосферы наблюдаются струйные течения. В целом проведенные исследования свидетельствуют о том, что вместо общей картины распределения воздушных потоков под кучево-дождевыми облаками имеем лишь описание отдельных ее фрагментов, причем достаточно противоречивое.

Грозы и электрические разряды

Гроза — это комплексное атмосферное явление, которое характеризуется интенсивным возникновением конвективной облачности и сопровождается значительной турбулентностью, шквалами, смерчами, сдвигом ветра, осадками в виде дождя, снега, града, частыми электрическими разрядами и громом.

В любой момент времени в мире одновременно происходит около 180 отдельных гроз при разрядах молнии в среднем каждые 20 с.

Если для наземных объектов главную опасность представляют разряды облако- земля, то для объектов, находящихся в атмосфере, опасны молнии всех видов.

Процесс развития молнии в атмосфере начинается при определенных условиях. В частности, необходимо, чтобы напряженность электрического поля превысила некоторое предельное значение. Для грозовых зон 0,4 МВ/м несколько тысяч километров. Они характеризуются резко выраженными вертикальными потоками воздуха, турбулентностью, электрическим полем. Тем не менее зоны, опасные для полетов в СЬ, относительно небольшие по размерам, и во фронтальной облачности практически всегда существуют промежутки, достаточные для безопасного пролета ВС.

В метеорологии интенсивность осадков принято определять высотой столба воды, который выпал на горизонтальную поверхность на протяжении определенного времени. Например, дождь с интенсивностью 100 мм/ч является довольно сильным, хотя содержание воды в воздухе при этом составляет 2-3 г/м3. Измерения на протяжении одного часа дают существенно усредненные значения.

Относительно влияния ИЛО на аэродинамические характеристики ВС представляют интерес такие числовые характеристики, как интенсивность осадков, водность.

Источник

Сдвиг ветра и как противостоять его опасности

В настоящее время основной тенденцией развития гражданской авиации, как известно, является повышение безопасности при увеличении объема перевозок. Причем, безопасность необходимо обеспечивать на всех этапах полета. Взлет и посадка, бесспорно, являются самыми сложными, а, следовательно, наиболее уязвимыми (с точки зрения опасности) этапами полета. Связано это, прежде всего, с большим числом решаемых задач, загруженностью экипажа воздушного судна и дефицитом времени, необходимым для принятия решения. Конечно, нельзя забывать и об опасных метеоявлениях, которыми сейчас, как никогда раньше, богат климат нашей планеты.

И вот тут-то, на стыке опасностей погодных явлений и дефицита времени, у экипажа и выявляется то сложное звено, которое надо предотвратить от разрыва. Частично это решается технологией работы экипажа, наставлениями по производству полетов и другими руководящими документами, рекомендациями, которые призваны помочь в решении возникающих задач, так как содержат алгоритмы решения, помогая работать экипажу в условиях дефицита времени. Но в некоторых из них в настоящее время имеются или нечеткие, или противоречивые указания, на основе которых и создаются алгоритмы, призванные помочь экипажу в сложных ситуациях. В частности, это касается сдвига ветра, порывов ветра, дождя в виде ливневых осадков, и расчета самих минимумов при заходе на посадку.

Минимумы при заходе на посадку определяются в соответствии со скоростными категориями воздушных судов, высотой препятствий, входящих в зону посадки, а также опытом, квалификацией командира корабля и оснащенностью самолета навигационными системами посадки. Что касается влияния внешних условий, то, к сожалению, они не учитываются при определении минимумов. Хотя зачастую как раз эти причины приводят к авариям и катастрофам. Нет до сих пор и четких научно обоснованных рекомендаций по изменению минимумов при посадке в зависимости от величины сдвига ветра.

В документах ИКАО говорится о том, что 6 м/с и более — это очень сильный сдвиг ветра, и заход на посадку при таком сдвиге запрещен, т. к. условная потеря мощности воздушного судна из-за сдвига ветра не может быть компенсирована имеющимся у воздушного судна запасом мощности.

При значениях сдвига ветра менее 6 м/с алгоритм поведения для пилота не предусмотрен — предполагается, что условные потери по мощности могут быть компенсированы запасом мощности воздушного судна. К сожалению, здесь не учитывается следующее:

1. Человеческий фактор. Считается, что практически мгновенно при появлении сдвига ветра будет увеличена мощность двигателей. Но, в зависимости от опыта пилота, время для выявления сдвига ветра может колебаться в значительных временных интервалах, и в реальности пилоту необходимо время (10–15 секунд) для выявления опасного явления, к которому еще надо добавить время на приемистость двигателя. При этом один и тот же сдвиг ветра для одного пилота обусловит сложную ситуацию, а для другого — катастрофическую. Только прибор с заложенным алгоритмом единого периода для определения сдвига ветра (например, 5 секунд) позволит заложить единые критерии для учета человеческого фактора и повысит безопасность полетов за счет уменьшения времени на выявление сдвига ветра.

2. Как известно, интенсивность воздействия одного и того же сдвига ветра на воздушное судно зависит от скорости снижения на предпосадочной прямой, что также не учитывается в градациях сдвига ветра по ИКАО. Расчеты показывают: чем больше вертикальная скорость на предпосадочной прямой, тем сильнее воздействует на воздушное судно одна и та же величина сдвига ветра.

3. При посадочном весе воздушного судна меньше максимально допустимого запас мощности при заходе на посадку будет, конечно же, больше. Значит, справиться пилоту возможно со сравнительно большим сдвигом ветра. Это также не учитывается в градациях ИКАО.

В полете на тренажере имитация сдвига ветра в 1–1,5м/с на 30 м по высоте в большинстве случаев приводит к условной авиакатастрофе. Траектория снижения воздушного судна при этом очень похожа на траекторию при катастрофе B-777 07 июля 2013 г. в Сан-Франциско. Запоздалый уход на второй круг в условиях тренажера приводил к столкновению с землей. Это подтверждается расчетами.

Поэтому логично градации сдвига ветра распределить в зависимости от типа воздушного судна, его посадочной массы и, конечно же, человеческого фактора.

Все эти факторы будут, конечно, влиять и на высоту принятия решения. На сегодняшний день DOC8168 ИКАО предписывает рассчитывать высоту принятия решения с учетом высоты препятствий в районе захода на посадку и непосредственной просадки самолета при уходе на второй круг, хотя очевидно, что отрицательный сдвиг ветра увеличивает высоту просадки самолета. Поэтому даже в условиях имитации сдвига ветра на тренажере пилоты оттягивают момент ухода на второй круг до высоты принятия решения, но в условиях сдвига ветра этой высоты ухода уже не хватает, что и приводит к катастрофе.

В этом случае опасные сдвиги ветра, при которых нельзя заходить на посадку, будут значительно меньше, чем 6 м/с на 30 метров высоты, и данные будут выглядеть следующим образом.

Рассчитанные и теоретически обоснованные опасные величины сдвига ветра для различных категорий воздушных судов (в соответствии с классификацией ИКАО) при различных посадочных массах:

* Примечание. Минимальные сдвиги ветра для каждой категории воздушных судов определены для максимального посадочного веса.

Из всего вышеизложенного можно сделать вывод: сдвиг ветра 6 м/с на 30 метров высоты — явление очень опасное, но чрезвычайно редкое. Гораздо более часто сдвиг ветра имеет значительно меньшие величины, но они оказываются еще более опасными в связи с большой частотой проявлений. Это значительно повышает опасность самого явления сдвига ветра. Даже небольшие, порядка 0,5 м/с, величины сдвига ветра могут быть крайне опасными в сочетании с порывами ветра в момент посадки. Особенно это существенно в случаях, где требуется особая точность при посадке. Возможно, необходимо также частично изменить траекторию снижения, особенно в последние секунды перед посадкой, для того чтобы максимально снизить воздействие сдвига ветра в непосредственной близости к земле (особенно это актуально для палубной авиации — при посадке военных самолетов на авианосцы).

Опасность сдвига ветра заключается также в том, что его очень сложно определить. Были потрачены огромные средства во многих странах на прогнозирование и определение этой «невидимой опасности», как иногда называют это явление в зарубежных источниках. В США, к примеру, на исследования по этой тематике только одним ученым А. Fudjito были потрачены десятки миллионов долларов. Но в результате только лишь четыре крупных аэропорта были оборудованы системой обнаружения сдвига ветра. К сожалению, ввиду того, что это явление очень подвижно во времени и по месту проявления — надежность в обнаружении его оставляет желать лучшего, если аппаратура по его определению устанавливается на земле.

1. Необходимо аппаратуру по определению величины сдвига ветра устанавливать на воздушных судах. Это позволит в режиме on line пересчитывать высоту принятия решения, а при достижении критических значений выдавать команду об уходе на второй круг.

2. Для палубной авиации, где необходима повышенная точность приземления, нужно учитывать порывы ветра в момент посадки. Для этого будет правильным установить систему обнаружения порывов ветра, которая позволит выявлять их за 1–1,5 минуты до посадки воздушного судна и передавать эту информацию на борт для того, чтобы пилот мог своевременно уйти на второй круг, если момент его посадки будет совпадать с порывом ветра.

Эти меры позволят в несколько раз увеличить безопасность при заходе на посадку в условиях сдвига ветра

Источник