Внутрисистемные факторы влияния на систему «Экипаж-ВС» (человеческий, технический, погрешности системы отображения информации)

Факторы влияния внешней среды на систему «Экипаж-ВС».

Факторы влияния окружающей среды

В зависимости от уровня развития науки и техники перечень известных факторов влияния изменяется.

В настоящее время достаточно хорошо изучены следующие факторы влияния окружающей среды на систему Э-ВС. Природные:

-метеорологические условия и явления;

-рельеф местности;

-радиоактивное излучение;

-электризация поверхности ВС;

-геомагнитные возмущения;

-повышенная солнечная активность;

-орнитологическая обстановка.

Физические:

-интенсивность воздушного движения;

-искусственные препятствия;

-взаимодействие с другими системами;

-спутный след;

-состояние ВПП, РД и мест стоянки ВС;

-системы навигации, посадки и связи.

Нефизические:

-руководства, инструкции, приказы и другие нормативные документы, регламентирующие работу экипажа.

Активные воздействия внешней среды

К активным воздействиям внешней среды (АВВС) будем относить влияние на систему Э - ВС таких метеорологических явлений и характеристик состояния атмосферы, как ветер грозы, обледенение, турбулентность, сдвиг ветра, вертикальные порывы ветра, экстремальные значения температуры и давления воздуха, осадки, облачность. К этой группе oтнесем вид и рельеф местности, состояние ВПП аэродрома, гравитацию, радиацию, магнитные поля, электрические поля, спутный след от впереди летящего самолета.

Кратко рассмотрим сущность воздействия основных факторов АВВС.

Ветер

Ветром называется движение воздуха относительно земной поверхности, которое может происходить в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

В зависимости от величины градиентов вектора ветра по скорости и направлению последствия от воздействия ветра на систему Э-ВС будут разными.

Постоянный ветер, т.е. движение воздуха близко к ламинарному потоку, при этом возможны небольшие градиенты ветра соизмеримые с погрешностями выдерживания скорости и курса полета В этом случае можно считать, что воздействие ветра на систему Э-ВС проявляется только в изменении путевой скорости (W) и угла сноса (УС).

Путевая скорость - скорость повета ВС относительно земной поверхности

Угол сноса - угол заключенный между вектором воздушной скорости (или продольной осью ВС) и вектором путевой скорости. С небольшой погрешностью можно принять, что вектор воздушной скорости совпадает с продольной осью ВС Угол сноса отсчитывается oтсчитывается от вектора воздушной скорости вправо со знаком «плюс», влево - со знаком «минус» Диапазон изменения УС составляет ± 180гр

Взаимосвязь векторов путевой, воздушной скорости ВС и вектора ветра определяется навигационным треугольником скоростей . Как видно из рис. путевая скорость равна сумме векторов воздушной скорости ВС и скорости ветра: W = V + U

Практически с небольшой погрешностью, приемлемой в летной эксплуатации, путевая скорость определяется сложением скорости полета самолета относительно воздуха (Vист) и встречной или попутной составляющей скорости вектора ветра (Uпрод).

Составляющие скорости ветра Uбок и Uпрод рассчитываются в зависимости от курса ВС, направления и скорости ветра. Расчеты выполняются на линейке НЛ-10 или навигационном калькуляторе.

Значение угла сноса ВС зависит от воздушной скорости полета и боковой составляющей скорости вектора ветра и , приблизительно, может быть рассчитано по формуле:

Где 60 - округленный коэффициент перевода радиан в градусы. Формула (2) дает приемлемую точность расчета для небольших значений угла сноса, т.е. в диапазоне выполнения условия:

Из формулы (2) видно, что УС при одинаковой боковой составляющей будет обратно пропорционален воздушной скорости полета, т.е. чем больше скорость полета, тем меньше УС и наоборот.

Неустойчивый, переменный ветер, характеризующийся высокочастотными
колебаниями его скорости и (или) направлении (в пределах 1- 3 Гц) определяет турбулентное состояние воздушных потоков, которые приводят к болтанке ВС, проявляющейся в возникновении знакопеременных перегрузок. Градации интенсивности болтанки ВС определяются НЛП ГА : умеренная болтанка - прирост перегрузки менее ±lg, сильная - равен или более ±lg, в посадочной конфигурации: умеренная - 0,3-0,4g, сильная - более 0,4g.

Вертикальные или горизонтальные порывы ветра, характеризующиеся низкочастотными колебаниями градиента ветра, при воздействии на ВС приводят к резкому изменению значений угла атаки (а), вертикальной скорости (Vy) и перегрузки (Ny) Поскольку величина перегрузки при этом может достигнуть разрушающих значений, то НЛГС накладывают ограничение по величине вертикального порыва равная 18м/с, которое учитывается при расчете на прочность конструкции ВС, а при эксплуатации ВС ГА величина вертикального порыва из-за возможности выхода на критические углы атаки ограничивается 6-9 м/с в зависимости от высоты полета и типа ВС.

Сдвиг ветра проявляется в виде резких изменений величины вектора ветра по направлению и (или) скорости, которые не носят колебательного характера и существуют во времени и пространстве в зависимости от изменения барических и температурных полей атмосферы.

Сдвиг ветра опасен для ВС, выполняющих полет в секторах взлета или посадки и имеющих двигатели с приемистостью более 4-5 секунд. При попадании ВС в зону действия сдвига ветра резко изменяется величина воздушной скорости самолета, что может привести к просадке, сваливанию ВС, посадке с перелетом или недолетом. Опасность полета ВС в зоне сдвига ветра на посадке (взлете) определяется малым запасом по высоте и скорости полета, а так же инертностью ВС.

Главной причиной, приводящей к возникновению сложной или аварийной ситуации в условиях сдвига ветра на посадке является большое потребное время на компенсацию пилотом внезапно возникшего отклонения по скорости. Потребное время при этом определяется скоростью полета, приемистостью двигателей, эффективностью рулей высоты и допустимой перегрузкой. Поскольку для компенсации скорости полета необходимо изменить режим работы двигателей и (или) угол атаки, то очевидна опасность резкой потери (увеличения) скорости полета при низкой приемистости двигателей и малом запасе высоты полета. Поэтому для компенсации внезапных отклонений по скорости при заходе на посадку требуется соответствующий запас высоты полета. Например, при резкой потере скорости, для вывода из сваливания самолетов 1-3 классов необходим запас высоты не менее 200м, а для коррекции просадки требуется 30-50м в зависимости от типа ВС и параметров полета.

Физическая сущность влияния сдвига ветра заключается в том, что ВС, попадая в зону действия сдвига ветра , продолжает некоторое время по инерции сохранять прежнюю путевую скорость, а так как скорость ветра (в данном случае учитывается его продольная составляющая) резко изменяется, то, соответственно, резко изменяется воздушная скорость полета ВС. С погрешностью, которой можно пренебречь при практических выводах, примем, что:

W=const непосредственно перед зоной и в зоне сдвига ветра,

Vист = Vпр (так как скорость менее 400км\ч на высота менее 200 м),

тогда, если: Uсв - продольная составляющая ветра в зоне сдвига ветра, тo, как следует из формулы (1), под воздействием Ucв приборная скорость полета ВС на несколько секунд установится на значение.

Где: разность (MKпос -Бсв) равна 180° или 0°, в зависимости от направления продольной составляющей сдвига ветра (Бсв).

Продолжительность сохранения путевой скорости после входа в зону сдвига ветра в основном определяется соотношением коэффициентов подъемной силы, силы лобового сопротивления и массы самолета. Пример влияния сдвига ветра на траекторию снижения по глиссаде приведен на рис.

Влияние ветра на разбег, пробег и руление ВС по аэродрому выражается в возникновении разворачивающих моментов, изменении воздушной скорости и соответственно длины разбега и пробега. Боковая составляющая ветра определяет разворачивающий момент, а продольная составляющая - изменения воздушной скорости, длины разбега и пробега, угла набора и вертикальной скорости снижения по глиссаде.

В целях обеспечения требуемого уровня безопасности полетов скорость продольной и боковой составляющих ветра ограничивается в зависимости от типа ВС, коэффициента сцепления с ВПП, рельефа местности, устойчивости и управляемости ВС, эксплуатационных ограничений по градиентам набора и вертикальной скорости снижения по глиссаде.

Попутная составляющая ветра допускается не более 5 м/с. Это ограничение закладывается из условия обеспечения минимально допустимого угла набора в случае продолженного взлета и вертикальной скорости снижения по глиссаде не более максимально допустимой (равной 5 м/с после пролета БПРМ или в соответствии с инструкцией по производству полетов на аэродроме).

Встречная составляющая ветра на разбеге и пробеге ограничивается из условия обеспечения достаточной устойчивости и управляемости ВС после отрыва или перед приземлением на высотах менее 10-15 м. На устойчивость и управляемость ВС на малых высотах и скоростях полета оказывает влияние «механическая» турбулентность воздуха, проявляющаяся в возникновении вертикальных порывов и воздушных вихрей. Интенсивность механической турбулентности определяется скоростью ветра и состоянием поверхности летного поля (земли).

Чем больше скорость ветра, тем интенсивнее механическая турбулентность и соответственно выше вероятность возникновения вертикальных порывов или вихрей. Эффективность воздействия вертикальных порывов и вихрей на ВС определяется его размерами и массой, поэтому величина встречной составляющей ветра зависит от типа ВС.

Боковая составляющая ветра на разбеге и пробеге ограничивается возможностями ВС по компенсации разворачивающего момента от боковой составляющей ветра. Величина разворачивающего момента зависит от скорости бокового ветра и «парусности» ВС.

Компенсирующие моменты определяются шириной колеи и базы шасси, эффективностью тормозной системы, углами отклонения и площадью руля направления, расположением и мощностью двигателей, коэффициентом сцепления с ВПП Для конкретного ВС величина боковой составляющей определяется по графикам в зависимости от коэффициента сцепления. Температура и давление воздуха.

Температура и давление воздуха оказывают влияние на параметры работы системы Э-ВС через массовую плотность воздуха. Как видно из уравнения состояния газа, массовая плотность газа (воздуха) равна.

Поэтому в зависимости от соотношения температуры и давления воздуха будут изменяться параметры состояния системы Э-ВС, в которые входит значение массовой плотности воздуха, например: скоростной напор воздуха Q=(p*v^2)\2; подъемная сила и сила лобового сопротивления - Y- Cy*Q*S ; X=Cx*Q*S, - тяга и мощность силовой установки и др.

Как известно, оптимальными условиями эксплуатации ВС являются условия международной стандартной атмосферы (МСА): температура воздуха - +15 давление - 760 мм рт.ст., массовая плотность воздуха - 1.225 кг/м 2

Поскольку массовая плотность во всех указанных формулах входит множителем, то величина подъемной силы, силы лобового сопротивления, тяги и мощности падает при температуре воздуха выше МСА (15) и возрастает а противном случае. Зависимость от давления воздуха – прямая; чем больше давление воздуха ( относительно МСА - 760 мм рт.ст), тем больше подъемная сила, сила лобового сопротивления , тяга, мощность и наоборот.

Отсюда следует, что более опасны для системы Э-ВС высокие температуры и низкие значения давления воздуха, так как увеличивается длина разбега и пробега, снижаются скороподъемность, предельная высота полета, кроме того возможно возникновение помпажа двигателя.

Атмосферные осадки

Воздействие осадков на систему Э-ВС проявляется в ухудшении видимости, возможности возникновения «глиссирования » ВС по слою воды на ВПП, снижении коэффициента сцепления с ИВПП, снижении прочности (размокании) грунтовых ВПП, повышении вероятности обледенения ВС (при полете в переохлажденных осадках) В ливневых осадках (ливневой дождь) ухудшаются аэродинамические характеристики самолета и характеристики работы силовой установки , что опасно при взлете с ограниченных ВПП и горных аэродромов.

Внешнее проявление воздействия ливневого дождя на полет ВС подобно влиянию нисходящих воздушных потоков

Ливневой снег, в основном, приводит к электризации поверхности ВС и появлению значительных помех в радиообмене и работе радиокомпаса.

Внутрисистемные факторы влияния на систему «Экипаж-ВС» (человеческий, технический, погрешности системы отображения информации).