РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВОЕННАЯ КАФЕДРА

Экз._ УТВЕРЖДАЮ

Ректор РГГМУ

Только для преподавателей. Л.Н.Карлин

«_»_2006г.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

по проведению группового занятия по учебной дисциплине

«АВИАЦИОННАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ».

Экспериментальная программа 2006 года издания

ТЕМА 6 «ВЛИЯНИЕ ВЕТРА И ТУРБУЛЕНТНОСТИ НА ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

АВИАЦИИ»

ЗАНЯТИЕ 2 «ВЛИЯНИЕ ВЕТРА НА БОЕВОЕ ПРИМЕНЕНИЕ АВИАЦИИ»

РАЗРАБОТАЛ:

ПОЛКОВНИК АКСЕЛЕВИЧ В.И.

Обсуждено на заседании кафедры.

Протокол № от 2006 г.

г.Санкт-Петербург Занятие 2. «ВЛИЯНИЕ ВЕТРА НА БОЕВОЕ ПРИМЕНЕНИЕ АВИАЦИИ».

Учебные и воспитательные цели:

Раскрыть основы влияния ветра на некоторые виды боевого 1.

применения авиации.

Показать необходимость тщательного учета влияния ветра при 2.

расчете параметров бомбометания и десантирования.

ВРЕМЯ: 2 часа (90 минут).

МЕТОД: Групповое занятие в составе взвода.

МЕСТО: Класс авиационной метеорологии.

УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

Баранов А.М., Солонин С.В. «Авиационная метеорология, Гидрометеоиздат, 1992, стр. 112 – 121.

«Руководство по практическим работам метеоподразделениям 2.

авиации ВС», Воениздат, 1992, стр. 92 – 95.

Слайды:

3.

3.1. Рис.1.1. «Изменение дальности полета в зависимости от скорости и направления ветра».

3.2. Рис. 2.1. «Падение бомбы при отсутствии (а) и наличии (б) атмосферы при штиле».

3.3. Рис.2.2. «Падение бомбы при наличии ветра».

3.4. Рис.3.1. «Траектория снижения парашютиста при отсутствии ветра».

Проектор (лектор, полилюкс).

4.

1. УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ И РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ.

№ п/п Учебные вопросы Время, мин.

Организационная часть занятия.

1. Вводная часть занятия.

2. Учебные вопросы:

3.

Зависимость дальности полета и радиуса действия летательного аппарата от режима ветра по маршруту.

Влияние ветра на бомбометание с горизонтального полета.

Влияние ветра на десантирование парашютным 3.3. способом. Понятие о среднем ветре.

Заключительная часть занятия.

4.

2. ОБЩИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.

2.1. Занятие проводится в классе в составе взвода.

2.2. В организационной части занятия преподаватель проверяет наличие студентов, их внешний вид, делает замечания. Затем объявляет тему, название, цель и актуальность занятия, доводит учебные вопросы, литературу. Необходимо подчеркнуть, что по второму и третьему вопросу учебный материал можно позаимствовать только в учебниках издания 60тых годов (например: Янковский И.А. и др. «Военная метеорология» часть 1, Воениздат, 1961 г.), которые в нашей библиотеке отсутствуют.

2.3. Во введении преподаватель подчеркивает важность изучаемых вопросов, их связь с ранее изученным и последующим материалом. Излагается кратко и должно подготовить обучаемых к усвоению основных учебных вопросов.

2.4. При изложении первого учебного вопроса преподаватель рассматривает влияние ветра на дальность и радиус действия ЛА. При этом использует слайд 4.1.(рис.1.1) и формулы 1.1 – 1.16, позволяющие оценить влияние ветра. Конечные выводы делаются для простейшего случая для простейшего случая, когда ветер направлен вдоль маршрута полета.

2.5. В ходе второго учебного вопроса преподаватель рассматривает движение бомбы при различных ситуациях (неподвижный воздух, отсутствие атмосферы, наличие атмосферы, затем наличие ветра), дает характеристики бомбометания (элементы) и их зависимость от ветра. При этом использует схему 3.1 или слайд 4.2 (рис.2.1), 4.3 (рис.2.2) и соотношения 2.1 – 2.8. Целесообразно дать понятие баллистического ветра, используемого для расчетов.

2.6. При изложении третьего учебного вопроса преподаватель дает понятие о баллистике медленно падающего тела, рассматривает характеристики десантирования и влияние на них ветра. Особое внимание следует обратить на понятие «среднего ветра» и его предназначение. Преподаватель использует слайд 4.4 (рис.3.1), демонстрирует круг Молчанова и векторно-градиентную линейку.

2.7. В заключительной части занятия преподаватель подводит итог занятию, подчеркивает еще раз важность учета ветра в метеообеспечении боевого применения авиации, отвечает на вопросы, дает задание на самоподготовку.

Ветер оказывает существенное влияние на взлет, посадку и полет по маршруту самолетов и вертолетов: в одних случаях это влияние благоприятное, в других – крайне нежелательное. Однако, в любом случае летчику и метеоспециалисту перед вылетом ЛА следует тщательно изучить фактические и ожидаемые значения параметров ветра.

Особенно важно учитывать ветер при боевом применении авиации, когда полетное задание связано с выполнением боевой задачи. На данном занятии будут рассмотрены некоторые вопросы, связанные с влиянием ветра на такие важные характеристики полета, как дальность полета и радиус действия ЛА, а также бомбометание и десантирование.

Метеообеспечение этих видов боевого применения осуществляется метеоподразделением и поэтому метеоспециалистам необходимо иметь четкое и грамотное представление о влиянии ветра на ЛА, выполняющие боевые задачи.

3.1. «Зависимость дальности полета и радиуса Из аэродинамики известно:

А) дальность полета - расстояние, которое может пролететь самолет в одном направлении при данном запасе топлива;

Б) радиус действия R – наибольшее расстояние, на которое может удалиться самолет от места взлета и вернуться назад, не пополняя запаса топлива Gт;

В) продолжительность полета Т – время, которое самолет может продержаться в воздухе при данном запасе топлива.

Рассмотрим, зависят ли эти характеристики от параметров ветра и, если зависят, то каким образом?

Дальность () и продолжительность (Т) полета при известных значениях километрового (Ск) и часового (Сч) расходов топлива определяется соотношениями:

Известно, что часовой расход топлива на заданном постоянном режиме работы двигателя зависит от таких метеорологических параметров, как давление и температура и не зависит от ветра. Допустим, что давление и температура постоянные величины, тогда в единицу времени будет расходоваться одно и то же количество топлива (СЧ - const). Предположим, что ветер по маршруту перелета постоянный по направлению и скоC И, следовательно, километровый расход топлива СК будет зависеть от скорости ветра.

Возвращаясь к формулам (1.1) и (1.2) можно заключить, что дальность полета зависит от характеристик ветра, а на продолжительность полета ветер влияния не оказывает. Причем, встречный ветер будет увеличивать СК, а попутный – наоборот. Оценка дальности полета в летной практике производится путем сравнения ее в реальных и стандартных (штилевых) условиях. Для стандартных условий формулы (1.1) – (1.3) можно представить в виде:

Взяв отношение дальности полета при наличии ветра к дальности полета при штиле и учитывая, что Таким образом, максимальная дальность полета ЛА будет наблюдаться при попутном ветре ( = 0; = 0) и минимальная – при встречном ветре ( = 180°; = 0). Для этих конкретных случаев выражение (1.6) будет иметь вид:

ПРИМЕР: 0 = 10000 км РЕШЕНИЕ:

Таким образом, разница в значениях дальности полета из-за неучета направления ветра довольно существенная (20 – 40 %).

Этот пример (упрощенный) свидетельствует еще раз о важности учета параметров ветра.

В боевых условиях представляет интерес расчет радиуса действия ЛА. Рассмотрим простейший случай, когда скорость и направление ветра одинаковы по всей длине маршрута и не меняются с течением времени (рис.1.1).

Рис.1.1. Изменение дальности полета в зависимости от скорости и направления ветра.

Обозначим время полета из пункта А в пункт В через Т1 и при обратном полете из В в А через Т2. Общее время полета Т = Т1 + Т2 может быть выражено через радиус действия R и путем скорости W 1 и W 2 следующим образом:

Из треугольников скоростей АСД и ВС1Д1 следует:

Таким образом, при всех прочих равных условиях радиус действия R максимальный при боковом ветре ( =90°, 270°), минимальный • при встречном или попутном ветре(=0,180). В летней практике для оценки влияния ветра на радиус действия применяют прием сравнения величины радиусов действия в реальных и стандартных (штилевых) условиях. Для штилевых условий радиус действия R0 будет равен Взяв отношение (1.12) и (1.13) получим Для конкретных случаев радиус действия оценивается с помощью следующих формул:

а). При = 90°, 270° (боковой ветер) б). при = 0°, 180°(встречный, попутный ветер) РЕШЕНИЕ:

Таким образом разница в значениях радиуса действия из-за неучета направления и скорости ветра незначительная (2-4%).

Следовательно, подытоживая данный учебный вопрос можно сделать следующий общий вывод: ветер оказывает существенное влияние на дальность полета и незначительно сказывается на величине радиуса действия.

3.2. Влияние ветра на бомбометание с горизонтального полета.

Бомбометание- вид боевого применения авиации, представляющий собой прицельное сбрасывание боеприпасов с ЛА для поражения наземных целей. В первую мировую войну, когда у противника отсутствовала зенитная артиллерия и истребительная авиация, русские самолеты использовали прицельное бомбометание путем захода на цель по нескольку раз. Причем заходы выполнялись в плоскости ветра, а прицельные системы использовались самые простейшие. Ситуация изменилась, когда появились зенитные орудия и истребители - пристрелочные заходы выполнять стало опасно и заходить на цель приходилось уже с любого направления, а не только вдоль направления ветра.

Потребовались методики бомбометания. С этой задачей успешно справился Александр Николаевич Журавченко - офицер-артиллерист, ставший впоследствии профессором. Он изобрел треугольник учета бокового ветра “Ветрочет”, в дальнейшем вошедший во все последующие теории и приборы прицельного бомбометания, и в большей или меньшей степени, используемые в настоящее время.

Наличие ветра существенно сказывается на точности бомбометания. Существующие таблицы бомбометания составлены при условии неподвижности воздуха, а при ветре вводятся поправки на перемещение бомбы вместе с воздушной средой. В настоящее время прицельные схемы бомбометания автоматически учитывают ветер на высоте полета, но не учитывают его изменения по пути движения бомбы. В ряде случаев, особенно в случае бомбометания с высот более 10 км (верхней тропосферы и нижней стратосферы), неучет изменения ветра может вызвать существенные погрешности.

Чтобы рассмотреть влияние ветра на движение бомбы, сброшенной с ЛА в горизонтальном полете, сначала представим себе движение бомбы в неподвижном воздухе.

На бомбу, падающую в воздухе, действуют две силы: сила тяжести mg и сила сопротивления воздуха R, направленная противоположно скорости бомбы. Сила сопротивления воздуха оценивается соотношением где S- площадь наибольшего поперечного сечения бомбы;

k- коэффициент сопротивления;

Если бы сила сопротивления отсутствовала (отсутствие атмосферы), то траектория бомбы была бы параболой. (рис.2.1-а).

Рис.2.1. Падение бомбы при отсутствии (а) и наличии (б) атмосферы при штиле.

В этом случае элементы бомбометания складываются из :

1. Высоты бомбометания-Н Элементы траектории бомбы вычисляются аналитически с помощью соотношений:

Причем, вследствие того, что горизонтальная слагающая скорости бомбы численно равна скорости V,то ЛА и бомба в каждый момент времени находятся на одной вертикали и наблюдатель с самолета отметит разрыв бомбы прямо под собой.

При наличии сопротивления воздуха горизонтальная составляющая скорости бомбы будет уменьшаться со временем, за счет чего будет происходить отставание бомбы от ЛА, и наблюдатель с самолета отметит разрыв бомбы под некоторым углом к вертикали. В связи с этим появляются дополнительно к ранее приведенным элементам бомбометания (1-5) еще два:

Эти характеристики зависят от параметров бомбы, и могут быть рассчитаны и сведены в специальные таблицы, называемые баллистическими, откуда величина относа бомбы составит Таким образом, для рассмотренных условий все параметры (элементы) бомбометания могут быть заранее (перед вылетом) заданы и рассчитаны.

При наличии ветра относ бомбы А векторно слагается из относа бомбы в спокойном воздухе и относа ее вместе с движущейся воздушной средой.

Если допустить, что скорость и направление ветра в слое от поверхности земли до высоты сброса бомбы постоянна, то траекторию падения бомбы можно представить в виде рисунка 2.2.

Рис.2.2 Падение бомбы при наличии ветра.

Из рисунка 2.2 видно, что при наличии ветра и самолеты испытывают дополнительные перемещения: бомба сместится на величину СС0= uT, а самолет на величину ВМ= uT. Кроме того, параметры бомбометания (такие, как Н, v, Т, А,,, ) пополняются новыми характеристиками- боковым смещением(СС1), продольным смещением (С1М1) и углом боковой наводки (0). Рассмотрим, какое влияние оказывает ветер на вышеперечисленные параметры. Очевидно, что высота Н, скорость полета v, время падения бомбы Т, отставание бомбы и угол отставания от ветра не зависят, так как определяются условиями бомбометания или тактикотехническими данными бомбы. Рассмотрим оставшиеся параметры бомбометания:

Продольное смещение бомбы – проекция величины отставания на проекцию линии пути самолета – отрезок С1М1, определяется из С1СМ1:

С1М1 = cos (2.4), где - угол сноса;

Боковое смещение бомбы – расстояние точки разрыва от проекции линии пути самолета (отрезок СС1) определяется из С1СМ1:

Относ бомбы А – с учетом путевой скорости w можно представить Угол прицеливания – определяется из ОNС

NO NO NO H

Угол боковой наводки – определяется из NOO1:

Анализ формул (2.4.- 2.8) показывает, что они все содержат важную одинаковую характеристику – угол сноса.

Известно, что угол сноса и угол ветра взаимосвязаны. Поэтому, очевидно, что параметры бомбометания будут определяться направлением и скоростью ветра. Так, при встречном ( = 180°) и попутном ветре ( = 0°) угол сноса равен 0, поэтому:

1. продольное смещение – максимальное (cos 0° = 1);

2. боковое смещение равно 0 (sin 0° = 0);

Откуда при попутном ветре (= 0°, cos 0°= 1) относ А – максимальный, а при встречном ветре (= 180°, cos 180°= -1) – минимальный;

угол прицеливания максимальный при попутном ветре и минимальный – при встречном, так как определяется величиной относа А.

угол боковой наводки µ0 равен 0°. При боковом ветре (= 90°) угол сноса минимальный, что приводит к увеличению бокового смещения до максимального значения (sin 90° = 1) и, следовательно, угла боковой наводки µ0.

Следовательно, составив по заданным параметрам бомбометания (в том числе и параметрам, рассчитанным для различных скорости и направления ветра) справочные таблицы, можно заранее определить используемые в визирных системах бомбометания параметры бомбометания и существенно облегчить работу штурмана. Для ускорения расчетов применяются бортовые ЭВМ. В вышеприведенных рассуждениях не учитывалось изменение ветра с высотой, поэтому они справедливы только при бомбометании с небольших высот или при небольших градиентах скорости ветра.

Если ветер будет менять свои параметры от слоя к слою, величины отставания бомбы будут отличаться от табличного отставания.

Для учета этих изменений пользуются понятием БАЛЛИСТИЧЕСКОГО ВЕТРА, то есть такого постоянного ветра, который вызывает такое же перемещение бомбы, что и действительный ветер, изменяющийся с высотой. Для расчетов применяется приближенный способ – «метод весов», заключающийся в том, что слои воздуха от точки сбрасывания до земли разбиваются на ряд одинаковых по толщине слоев, в каждом из которых определяется фактический вектор ветра ( ui ). При этом считается, что влияние ветра пропорционально времени пребывания бомбы в данном слое (). Если время падения бомбы (Т), тогда баллистический ветер Баллистический ветер чаще всего используется при бомбометании с кабрирования или пикирования, что позволяет значительно уменьшить ошибки (погрешности), возникающие из-за неучета ветра.

3.3. Влияние ветра на десантирование парашютным способом.

Понятие о среднем ветре.

Парашюты имеют крайне разнообразное применение. Они используются для спасения экипажей, для спуска (десантирования) различных грузов и техники, для торможения ЛА на посадке и т.п.

Изобретателем первого ранцевого авиационного парашюта является наш соотечественник Г.Е.Котельников. Парашют системы Котельникова был впервые испытан в 1911 году В.Оссовским (прыжки совершались в г.Руане на реке Сене с моста) С тех пор парашюты постоянно совершенствовались и находили всевозможное применение, в том числе и боевом применении.

В настоящее время, когда ставятся задачи о переброске войск на большие расстояния, доставке грузов в труднодоступные районы и т.п., весьма насущным и удобным оказалось применение десантирование парашютным способом.

Однако подготовка и проведение операций на десантирование должны осуществляться с учетом метеорологических условий. Наибольшее влияние оказывает на десантирование скорость и направление ветра. Рассмотрим в чем состоит это влияние?

Задача любого парашюта состоит прежде всего в том, чтобы как можно больше затормозить скорость движения падающего тела (по крайней мере до безопасной). Это достигается путем увеличения площади купола парашюта S. В этом случае рассматривают баллистику медленно падающих тел, т.е. таких, которые после сбрасывания быстро теряют поступательную скорость, сообщаемую движением ЛА, и снижаются с постоянной вертикальной скоростью. Такая скорость снижения называется равновесной и выполняется при Р – вес парашютиста;

R – аэродинамическое сопротивление купола парашюта (сила лобового сопротивления);

Сх – коэффициент лобового сопротивления;

– плотность воздуха;

vСН – скорость снижения парашютиста (груза);

При весе парашютиста Р = 90 кг, коэффициенте лобового сопротивления Сх = 0,75, и площади купола парашюта S = 70 м2 и плотности у земли 0,125 г/м3 скорость снижения при десантировании можно выделить три этапа: первый, когда после отделения с ЛА парашютист (груз) находится в свободном полете (обычно 1 – 2 сек); второй, когда происходит раскрытие стабилизирующего парашюта (около 5 сек), и третий, когда снижение происходит на полностью раскрытом парашюте (рис. 3.1.). На каждом из этих этапов равновесие скорости неодинаковы и соответственно составляют для парашютиста 50 м/с, 35 м/с, 5,5 м/с.

Часто в практических расчетах первым и вторым этапами пренебрегают и считают, что парашютист сразу же снижается с равновесной скоростью. Это позволяет оперативно произвести расчеты параметров десантирования.

При отсутствии ветра место приземления парашютиста (груза) совпадает с проекцией пути ЛА, а в случае вышесказанного допущения - совпадает с проекцией скорости точки выброса на земной поверхности, т.е.

огтнос парашютиста А = 0.

При наличии ветра парашютист (груз) кроме снижения, будет смещаться по направлению ветра и его место приземления окажется на некотором расстоянии от проекции точки выброса на земную поверхность. Величина (А) и направление относа (Н), время снижения Т парашютиста могут быть найдены, если известно распределение ветра в слое от высоты сбрасывания Н до земли, а вертикальные движения в воздухе отсутствуют. Для этого используют следующую методику:

Рис. 3.1. Траектория снижения парашютиста.

а) высоту сбрасывания Н разбивают на несколько равных слоев одинаковой мощностью h, в каждом из которых направление и скорость ветра считают постоянными величинами;

б) при снижении с равновесной скоростью время нахождения в каждом слое в) вектор относа парашютиста (груза) А составляется из суммы относа его в каждом слое hi, то есть, г) общее время снижения парашютиста Тобщ= t.n (3.5) д) относ парашютиста А составит:

Величину Uср – называют средним ветром. СРЕДНИЙ ВЕТЕР – расчетный ветер постоянной скорости и направления, который оказывает такое же результирующее действие на медленно падающее тело за время его прохождения данного слоя, как и реальный ветер в этом слое. Существует несколько способов расчета среднего ветра:

а) графический;

б) на аэрологическом планшете;

в) с помощью векторно-градиентной линейки.

Эти способы будут подробно рассмотрены на практическом занятии.

Следует отметить, что в основу каждого из способов расчета положена методика, рассмотренная только что.

Данная методика не учитывает вертикальных движений в слон от высоты сбрасывания до поверхности земли, а они в некоторых случаях могут оказать очень существенное влияние на относ парашютиста. Известны случаи, когда при выбросе трех парашютистов с высоты 800 м, первый приземлился через 2 минуты 15 сек, а второй – через 40 минут в км к югу от места выброски, а третий был поднят на высоту, попал в облака и приземлился лишь через 2 часа в 14 км к юго-востоку от места выброски.

Изменчивость ветра с высотой (или ошибки, допущенные при расчете среднего ветра) могут привести к значительным разбросам парашютистов (груза) на местности. Например, при выбросе двух парашютистов с высоты 1000 м с интервалом 2-3 мин. При скорости среднего ветра 10 м/с и изменчивости его направления 10 (за 2-3 мин.) приводит к разбросу более 300 м.

Важное значение при десантировании парашютным способом имеет скорость у поверхности земли, чем она больше, тем сильнее будет ощущаться момент соприкосновения парашютиста (груза) с земной поверхностью. Существуют ограничения по ыетру, когда десантирование парашютным способом запрещается. Они зависят от вида и условий десантирования, опыта десантирования, задания на десантирование и т.д. и указываются в специальных инструкциях.

Вышеизложенное позволяет еще раз подчеркнуть и засвидетельствовать важность учета параметров ветра при боевом применении авиации, эффективность применения авиации, точный выход на цель, выполнение боевого задания, выброска десанта в назначенное время в заданном районе невозможны без тщательного анализа ветрового режима.

Метеоспециалисты не только выдают сведения о параметрах ветра, но и производят расчеты, необходимые для определения баллистического и среднего ветра, используемых в боевом применении авиации. Грамотные и умелые действия метеоспециалистов в этом случае способствуют повышению качества боевого применения ЛА.

5. ЗАДАНИЕ НА САМОПОДГОТОВКУ

5.1. «Руководство по практическим работам метеорологических подразделений авиации ВС РФ», М., Воениздат, 1992.