Оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полёта по маршруту Минеральный Воды - Нижний Новгород

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

(МИНТРАНС РОССИИ)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

(РОСАВИАЦИЯ)

ФГБОУ ВПО «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»

Курсовая работа по

АВИАЦИОННОЙ МЕТЕОРОЛОГИИ

Оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту

и максимально допустимую скорость полёта по маршруту

Минеральный Воды - Нижний Новгород

Выполнил: студент гр. № 152

(ФИО) Калинин М.Р.

Проверила: Афанасьева Ю.С.

г. Санкт – Петербург

2015 г.

Оглавление

1. Введение……………………………………………………………… стр. 3

2. Глава 1…………………………………………………………… стр. 4 - 10

3. Глава 2………………………………………………………….. стр. 11 - 12

4. Глава 3………………………………………………………….. стр. 13 - 24

5. Заключение (выводы)……………………………………………… стр. 25

6. Список использованной литературы……………………………….стр. 26

Введение

В транспортной системе современной России воздушный транспорт, являющийся основой Гражданской авиации России, является одним из основных видов пассажирского транспорта

На данный момент в России, как и во всём мире, воздушный транспорт является одним из основных видов пассажирского транспорта.

У гражданской авиации есть три основных критерия: безопасность, экономичность, регулярность. Выполнение этих требований во многом зависит от метеорологических условий. Неблагоприятные метеорологические условия были признаны причиной 20% авиационных происшествий, по данным Международной организации ИКАО. По этим же данным, нарушения расписания полетов из-за погоды в зависимости от сезона года и климата района происходят в среднем от 1 до 5% случаев. Больше половины этих нарушений составляют отмены рейсов из-за условий погоды в аэропортах вылета и прилета.

В реальных условиях такие физические характеристики, как температура, плотность воздуха и атмосферное давление могут сильно отличаться от данных в стандартной атмосфере (СА). Эти отличия скажутся на характеристиках полёта воздушного судна (ВС). Поэтому в каждом реальном полете необходимо иметь данные температурно-ветрового зондирования, прогноза температуры воздуха на высотах или наблюдения за температурой непосредственно в полете для расчета изменения предельно допустимой высоты.

Целью данной курсовой работы является ознакомление с влиянием температуры и оценка погодных явлений на выполнение полётов, точнее влияние температуры на максимально допустимую высоту и скорость полёта. Рассмотрим маршрут: Минеральные Воды-Нижний Новгород.

Глава №1.Физико-географические и авиационно-климатические особенности аэропортов и климата.

1.1 Описание климата города Минеральные Воды. Климат города сравнительно сухой, сюда не доходят влажные воздушные массы с Чёрного моря, они задерживаются Главным Кавказским хребтом. Климат города Минеральные Воды отличается контрастностью — лето жаркое, сухое, зима морозная и дождливая. Ясно выражена весна и лето. Самые холодные месяцы — январь и февраль, самые тёплые — июль и август. Весна начинается в конце февраля. Лето начинается в середине мая. Оно тёплое и продолжительное (около 140 дней). Осень начинается в конце сентября — в начале октября.

Осадки на территории города выпадают крайне неравномерно по сезонам года и составляют от 300 мм до 600 мм в год.

Средняя температура воздуха в Минеральных Водах по данным многолетних наблюдений составляет +9.7 °C. Наиболее тёплый месяц — июль, его средняя температура +22.7C. Наиболее холодный месяц - январь с температурой -2.5 °C. Самая высокая температура, отмеченная в Минеральных Водах за весь период наблюдений +41.1 °C ( август 1948 ), а самая низкая -33.3 °C ( январь 1940 )

Описание аэропорта г. Минеральные Воды. (рис. 1)

Международный аэропорт Минеральные Воды
ИАТА: MRV – ИКАО: URMM – Внутр. код:МРВ
Информация
Тип	гражданский
Страна	Россия
Расположение	Минераловодский городской округСтавропольского края
Координаты: 44°13′30″ с. ш. 43°05′00″ в. д.(G)(O)(Я) Показать географическую карту
Дата открытия	1925
Эксплуатант	ОАО «Международный аэропорт Минеральные Воды»
Высота НУМ	321 м
Часовой пояс	UTC+3
Время работы	круглосуточно
Сайт	Сайт аэропорта
Карта
MRV Расположение аэропорта на карте России
Взлётно-посадочные полосы
Номер Размеры (м) Покрытие 12/30 3900х60 армобетон

(рис. 1) Аэропорт г. Минеральные Воды

1.2 Описание климата города Нижний Новгород. Климат в Нижнем Новгороде умеренно континентальный, с холодной продолжительной зимой и тёплым, сравнительно коротким летом. Из-за больших различий рельефа местности в заречной части города несколько теплее, чем в нагорной. Осадков на ней в среднем за год выпадает на 15-20 % больше. Средние месячные многолетние температуры в низинных районах изменяются от −11,6 °C в январе до +18,4 °C в июле, в нагорных районах от −12 °C в январе до +18,1 °C в июле.

Облачность зимой достаточно велика: 75—80 % времени небо покрыто облаками, а с апреля по август вероятность ясного неба составляет уже 49—56 %. В осенне-зимний период небо чаще закрыто облаками по утрам, а днём погода проясняется. Весной и летом, наоборот, безоблачно в основном по утрам, к середине дня появляются мощные кучевые облака, которые исчезают к вечеру.

Осадков в среднем выпадает 653 мм в год, наибольшее количество — в июле, наименьшее — в марте. В среднем в году бывает 180 дней с осадками. Снег начинает выпадать в октябре, но устойчивый снежный покров ложится около 20 ноября и разрушается к середине апреля. Изредка наблюдаются зимние грозы.

Средняя температура воздуха в Нижнем Новгороде по данным многолетних наблюдений составляет +4.8 °C. Наиболее тёплый месяц — июль, его средняя температура +19.4C. Наиболее холодный месяц - январь с температурой -8.9 °C. Самая высокая температура, отмеченная в Нижнем Новгороде за весь период наблюдений +38.2°C ( июль 2010), а самая низкая -41.4 °C ( декабрь 1978 ).

Описание аэропорта “Стригино” г. Нижний Новгород. (рис.2)

Аэропорт Стригино
ИАТА: GOJ – ИКАО: UWGG
Информация
Тип	совместного базирования
Страна	Россия
Расположение	Автозаводский район,Нижний Новгород
Координаты: 56°13′48″ с. ш. 043°47′12″ в. д.(G)(O)(Я) Показать географическую карту
Эксплуатант	ОАО «Международный аэропорт Нижний Новгород»
Хабдля	Dexter
Высота НУМ	78 м
Часовой пояс	UTC+3
Сайт	www.airportnn.ru
Карта
GOJ Расположение аэропорта на карте России
Взлётно-посадочные полосы
Номер Размеры (м) Покрытие 18П/36Л 2,805х45 бетон 18Л/36П 2,509х45 асфальт 06/24 500х22 асфальт 15/33 600х22 асфальт

(рис.2) Аэропорт “Стригино” г. Нижний Новгород.

1.3 Описание воздушной трассы. (рис.3)

(рис. 3) План полета и рельеф трассы

1.4. Были представлены исходные данные по температуре в городах Минеральные Воды и Нижний Новгород за декабрь и июнь месяцы, которые отображены ниже в таблицах № 1, № 2.

Табл. №1

Исходные данные г. Минеральные Воды

Изобарические поверхности	декабрь			июнь
	tср	tmin	tmax	tср	tmin	tmax
1000	-1,3	-23	10	19,9	7	35
850	-8,9	-29	4	10,5	-1	22
700	-19,1	-38	-13	2,1	-9	11
500	-38,2	-47	-22	-13,2	-28	-4
300	-49,1	-63	-34	-37,7	-51	-24
200	-52,3	-66	-47	-50,3	-59	-39
100	-55,7	-65	-48	-48,0	-58	-40

Табл. №2

Исходные данные г. Нижнего Новгорода

Изобарические поверхности	декабрь				июнь
	tср	tmin	tmax	tср		tmin	tmax
1000	-8,2	-14	2	16,5		4	32
850	-13,6	-28	-6	10,9		-3	23
700	-27,7	-44	-13	0,7		-11	10
500	-51,1	-57	-26	-14,4		-30	-5
300	-58,4	-64	-45	-39,8		-50	-29
200	-58,0	-71	-46	-49,3		-59	-38
100	-57,5	-70	-45	-46,0		-61	-39

Вывод: из таблиц №1 и №2 видно, что температура с высотой понижается.

Глава № 2. Работа с аэрологической диаграммой.

2.1 Используя данные предыдущей главы (см. табл. № 1 и № 2) и с помощью построенных кривых стратификации рассчитаем 6T отклонения реальной температуры Tф от стандартной СА на указанных высотах по формуле: 6Tса=Tф-Tса. Эти данные представлены ниже (см. табл. № 3 - № 6).

Табл.3

Минеральные Воды. Декабрь.

Высота, км	Декабрь
	tср	tmin	tmax	tса		6 tср	6 tmin	6 tmax
1	-6	-27	6	8,3	-14,3		-35,3	-2,3
5	-34	-45	-20	-17,5	-16,5		-27,5	-2,5
10	-50	-64	-38	-50	0		-14	12
15	-55	-65	-48	-56,5	1,5		-8,5	8,5

Табл. 4

Минеральные Воды. Июнь.

Высота, км	Июнь
	tср	tmin	tmax	tса		6 tср	6 tmin	6 tmax
1	14	2	27	8,3	5,7		-6,3	18,7
5	-10	-24	0	-17,5	7,5		-6,5	17,5
10	-42	-54	-29	-50	8		-4	21
15	-49	-58	-40	-56,5	7,5		-1,5	16,5

Вывод: из таблиц №3 и №4 видно, что с высотой температура понижается и не совпадает со значениями температуры в стандартной атмосфере

Табл. №5

Нижний Новгород. Декабрь.

Высота, км	Декабрь
	tср	tmin	tmax	tса		6 tср	6 tmin	6 tmax
1	-12	-23	-3	8,3	-20,3		-31,3	-2,3
5	-46	-53	-31	-17,5	-28,5		-35,5	-2,5
10	-58	-66	-45	-50	-8		-14	12
15	-58	-70	-45	-56,5	-1,5		-8,5	8,5

Табл. №6

Нижний Новгород. Июнь

Высота, км	Июнь
	tср	tmin	tmax	tса		6 tср	6 tmin	6 tmax
1	13	-1	25	8,3	-4.7		-9,3	16,7
5	-11	-26	6	-17,5	6,5		-8,5	23,5
10	-43	-53	-32	-50	7		-3	18
15	-47	-61	-39	-56,5	9,5		-4,5	17,5

Вывод: из таблиц № 5 и № 6 также можно сделать вывод, что с высотой температура понижается и при этом не совпадает со значениями температуры в стандартной атмосфере.

Глава №3. Количественная оценка влияние многолетнего
режима температуры воздуха на предельно допустимую высоту полета
самолета

3.1 В этой главе сначала мы рассмотрим характеристики самолёта Ту-154Б и Ту-154Б, которые представлены ниже (см. табл. № 7)

Табл. №7

Характеристики Ту-154

	Ту-154Б	Ту-154М
Габариты
длина	47,9 м
размах крыла	37,55 м
площадь крыла	201,45 м²	202,0 м²
высота	11,4 м
диаметр фюзеляжа	3,8 м
ширина салона	3,58 м
высота салона	2,02 м
Масса
максимальная взлетная	98-100 т	100—104 т
максимальная посадочная	78 т	80 т
пустого	51 т	55 т
коммерческая нагрузка	18 т
запас топлива	39,75 т
расход топлива	6200 кг/час	5400 кг/час
лётные данные
Количество пассажиров	152—180	164—180
Крейсерская скорость	900 км/ч
Максимальная скорость	950 км/ч	935 км/ч
Максимальное число М	0,88	0,86
Дальность полёта с максимальной коммерческой нагрузкой	2650 км	3900 км
Длина разбега	2300 м
Длина пробега	2200 м
Высота полёта	11100 м
Потолок	12100 м
Экипаж, чел	4
Двигатели	3×10500 кгс НК-8-2	3×11000 Д-30КУ-154

Фотография Ту-154 представлена на рисунке 4.

Рис. 4 Ту-154Б

3.2 Количественная оценка влияние многолетнего режима температуры воздуха на предельно допустимую высоту полета самолета.

Для этой цели используется выражение:

Hпр.д=-ktСа

Где: Δ Hпр.д – изменение потолка или предельно допустимой высоты полета за счет отклонения температуры от СА; κ – эмпирический коэффициент, показывающий, насколько изменяется предельно допустимая высота полета при отклонении температуры от СА на 1°С.

Для турбореактивных самолетов κ ≈ 50 м/1ºΔt

Δt – отклонение температуры от СА на соответствующем уровне.

Теоретический потолок самолёта Ту-154 зависит от его массы. Эта зависимость приведена ниже (см. табл. №8)

Табл.№ 8

Теоретический потолок

Ту-154	86	11000
	80	11400
	74	11700
	≤70	12000

Вывод: потолок увеличивается при уменьшении загрузки ВС.

3.3.Проделав расчёты по вышеприведённым формулам, я получил результаты отклонения предельной допустимой высоты, которые представлены ниже (см. табл. №9 - № 12)

Табл. 9

Минеральные Воды. Декабрь.

Полётный вес, т.	Н п.д.,км	Декабрь
		Δtmin°C	ΔНпр.доп.min м	Δtср°C	ΔНпр.доп.ср м	Δtmax°C	ΔНпр.доп.max м
86	11	-8,5	425	5,5	-275	3,5	-175
80	11,4	-9,5	475	4,5	-225	11,5	-575
74	11,7	-9,5	475	4,5	-225	10,5	-525
≤70	12	-9,5	475	3,5	-175	9,5	-475

Табл. №10

Полётный вес, т.	Н п.д.,км	Июнь
		Δtmin°C	ΔНпр.доп.min м	Δtср°C	ΔНпр.доп.ср м	Δtmax°C	ΔНпр.доп.max м
86	11	0	0	10,5	-525	22,5	-1125
80	11,4	-1,5	125	7,5	-375	20	-1000
74	11,7	-2,5	225	6,5	-325	18,5	-925
≤70	12	-2,5	225	6,5	-325	17,5	-875

Минеральные Воды. Июнь.

Полётный вес, т.	Н пред. доп. км	Декабрь
		Δtmin°C	ΔНпр.доп.min м	Δtср°C	ΔНпр.доп.ср м	Δtmax°C	ΔНпр.доп.max м
86	11	-12,5	625	-1,5	-75	10,5	-525
80	11,4	-13,5	675	-1,5	-75	10,5	-525
74	11,7	-14	700	-1,5	-75	10,5	-525
≤70	12	-15	750	-1,5	-75	10,5	-525

Табл. №11

Нижний Новгород. Декабрь.

Полётный вес, т.	Н пред. Доп. Км	Июнь
		Δtmin°C	ΔНпр.доп.min м	Δtср°C	ΔНпр.доп.ср м	Δtmax°C	ΔНпр.доп.max м
86	11	0,5	-25	10,5	-525	21,5	-1075
80	11,4	-1	50	9	-450	20	-1000
74	11,7	-2,5	125	8	-400	19	-950
≤70	12	-2,5	125	7,5	-375	18,5	-925

Табл. №12

Нижний Новгород. Июнь

3.4 Оценка влияния многолетнего режима температуры воздуха на предельно допустимую скорость. В этом пункте будет рассчитана максимально допустимая скорость на заданных эшелонах. Расчеты выполняются исходя из соотношения:

M_{макс.доп.}=V_{макс.доп.}/a

откуда:

V_{макс.доп.}=M_{макс.доп.}*a

где:

M_{макс.доп.}– максимально допустимое число маха;

a – скорость звука, с достаточной степенью точности, равная: 20,1

При расчете V_{макс.доп.} берут значение средней, минимальной, максимальной температуры в градусах Кельвина, M_{макс.доп} – для спокойной и турбулентной атмосферы. Результаты вычислений представляются в виде таблицы, которую нужно проанализировать. (см. табл. №13) 3

Табл. № 13

Значения М_мах(доп) на предельно допустимой высоте полета для спокойной и турбулентной атмосферы:

Тип самолета	Предельно допустимые значения в атмосфере
	Спокойной	Турбулентной
Ту-154	0,85	0,80

3.5 Результаты расчетов V_max(доп) для выбранного типа ВС. Проделав расчёты по вышеприведённым формулам, я получил результаты отклонения предельной допустимой высоты, которые представлены ниже (см. табл. №14 - № 17)

Таблица 14

Минеральные Воды. Декабрь

Декабрь	Вес	86	80	74	≤70
	tcр	-51	-52	-52,5	-53
	tmin	-65	-65	-66	-66
	tmax	-43	-45	-46,5	-48
Спокойная атмосфера	Vмакс.доп.ср	254	253	253	253
	Vмакс.доп.мин	246	246	245	245
	Vмакс.доп.макс	259	257	257	256
Турбулентная Атмосфера	Vмакс.доп.ср	239	239	238	238
	Vмакс.доп.мин	231	231	231	231
	Vмакс.доп.макс	243	242	242	241

Наивыгоднейшая скорость в декабре месяце, в спокойной атмосфере достигается при температуре (t=-46)-(V=259 м/с) а в турбулентной при (t=-43)-(V=243 м/с)

Табл. № 15

Минеральные Воды. Июнь.

Июнь	Вес	86	80	74	≤70
	tcр	-56,5	-58	-59	-59
	tmin	-47	-58	-59	-58
	tmax	-34	-37	-38	-39
Спокойная атмосфера	Vмакс.доп.ср	256	255	255	255
	Vмакс.доп.мин	251	250	249	249
	Vмакс.доп.макс	264	262	261	261
Турбулентная Атмосфера	Vмакс.доп.ср	241	240	240	240
	Vмакс.доп.мин	236	235	235	235
	Vмакс.доп.макс	248	247	246	245

Наивыгоднейшая скорость в июне месяце, в спокойной атмосфере достигается при температуре (t=-34)-(V=264 м/с), а в турбулентной при (t=-34)-(V=248 м/с)

Вывод: Проанализировав данные из таблиц, можно сказать, что чем меньше температура на высоте, тем меньше скорость ВС относительно воздушного потока.

Табл. № 16

Нижний Новгород

Декабрь	Вес	86	80	74	≤70
	tcр	-58	-58	-58	-58
	tmin	-69	-70	-70,5	-71
	tmax	-46	-46	-46	-46
Спокойная атмосфера	Vмакс.доп.ср	250	250	250	250
	Vмакс.доп.мин	244	243	243	242
	Vмакс.доп.макс	257	257	257	257
Турбулентная Атмосфера	Vмакс.доп.ср	235	235	235	235
	Vмакс.доп.мин	229	229	228	228
	Vмакс.доп.макс	242	242	242	242

Наивыгоднейшая скорость в декабре месяце в спокойной атмосфере, достигается при температуре (t=-46) –(V=257 м/с), а в турбулентном при температуре(t=-46)-(V=242 м/с)

Табл. № 17

Июнь	Вес	86	80	74	≤70
	tcр	-46	-47	-48,5	-49
	tmin	-56,5	-58	-59	-59
	tmax	-35	-36,5	-37	-38
Спокойная атмосфера	Vмакс.доп.ср	257	256	255	255
	Vмакс.доп.мин	251	250	249	249
	Vмакс.доп.макс	263	262	262	261
Турбулентная Атмосфера	Vмакс.доп.ср	242	241	240	240
	Vмакс.доп.мин	236	235	235	235
	Vмакс.доп.макс	248	247	247	246

Наивыгоднейшая скорость в июне месяце в спокойной атмосфере, достигается при температуре (t=-35) –(V=263 м/с), а в турбулентном при температуре(t=-35)-(V=248 м/с)

Вывод: Атмосферные условия существенно влияют на тягу двигателей. Прежде всего они сказываются на располагаемой тяге. Повышение температуры приводит к ухудшению показателей тяги. Вследствие повышения температуры воздуха уменьшается его плотность. Поэтому масса воздуха, проходящая за 1 с через двигатель, уменьшается. Кроме того, уменьшение температуры воздуха приводит к уменьшению скорости истечении струи газов из двигателей.

3.6 Влияние изменения полетного веса на потолок Ту-154. В этом пункте требуется сравнить изменение потолка ВС за счёт изменения температуры и полётного веса, т.е. за счёт сгорания топлива. Для этого заполняются таблицы и строятся графики:

Ту-154,Минеральные Воды - Нижний Новгород;

Полетный вес: G=86 т

Длина трассы: L=1337 км

Средняя скорость: V_cр= 900 км/ч

Среднее время полета: t=1,4 ч

Средний расход топлива:6,6 т/ч

Общий расход топлива в пути: 6,6*1, 5=9,9 т

При уменьшении веса на 9,9 т высота увеличиться на 571 м, т.е. Н=11571.

Потолок самолета зависит от веса и времени полета. Чем меньше вес самолета, тем большую высоту можно набрать, и чем продолжительнее время полета, тем больше топлива сжигает самолет. Исходя из того, что Ту-154 сжигает примерно 6 тонн в час, вес уменьшится на 9,9 тонн и самолет достигнет максимальной предельной высоты. Построим график, которые покажет зависимость предельно допустимой высоты полета от уменьшения веса, за счёт сжигания топлива, для начального веса 86 тонн (рис. 5):

Рис. 5 Зависимость предельно допустимой высоты полета от уменьшения веса, за счёт сжигания топлива, для начального веса 86 тонн.

Вывод.

В данной курсовой работе были проанализированы и приведены данные по маршруту Минеральные Воды – Нижний Новгород.

Проделана оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полета.

Потолок самолета зависит от веса и времени полёта. Чем меньше вес самолета, тем большую высоту можно набрать, и чем продолжительнее время полета, тем меньше топлива остаётся, следовательно, можно набрать большую высоту.

Из проделанной работы стало ясно, что температура с высотой понижается и не совпадает со значениями СА, что потолок увеличивается с понижением температуры и наоборот, что максимальная допустимая скорость увеличивается с повышением температуры и наоборот.

Список использованной литературы и другие ресурсы.

1.Руководство по летной эксплуатации Ту-154;

2.Л. Ю. Белоусова, Н. В. Соколова, Афанасьева Ю.С. Методические указания к изучению дисциплины и выполнению курсовой работы / СПб ГУ ГА. С.-Петербург, 2012.

Электронные ресурсы:

3.http://ru.wikipedia.org