Влияние многолетнего режима температуры воздуха на предельно допуснимую высоту полета самолета ТУ-154

 

ТАБЛИЦА 2: Значения средней, минимальной и максимальной температур атмосферы в феврале:

Высота	Петрозаводск			Февраль, T СА	Киев
	T ср	T min	T max		T ср	T min	T max
1	-14	-31	-4	+8,5	-16	-27	+0,3
5	-33	-47	-17,5	-17,5	-29	-43	-13
10	-56	-65	-45	-50	-52,5	-61	-43
15	-59,3	-66,5	-47	-57,5	-54,5	-61	-44

 

ТАБЛИЦА 3: Значения отклонений средней, минимальной и максимальной температур атмосферы в августе от стандартной атмосферы.

Значения отклонений фактических  температур от стандартных рассчитываются по формуле:     ∆t = t_ф – t_са

Высота	Петрозаводск			Август, T СА	Киев
	∆T ср	∆T min	∆T max		∆T ср	∆T min	∆T max
1	+4,5	-7,9	+15,5	+8,5	+7,5	-4,5	+18,5
5	+8,5	-6,5	+15,5	-17	+13,5	-1,5	+20,5
10	+10	-3,5	+24,5	-50	+14	+1	+31
15	+5,3	-2,5	+19,5	-57,5	+9,5	+2,5	+22,5

 

Среднее отклонение от температуры стандартной атмосферы составляет +9.05°C.

 

ТАБЛИЦА 4: Значения отклонений средней, минимальной и максимальной температур атмосферы в ноябре от стандартной атмосферы.

Высота	Петрозаводск			Февраль, T СА	Киев
	∆T ср	∆T min	∆T max		∆T ср	∆T min	∆T max
1	-22,5	-39,5	-12,5	+8,5	-24,5	-18,5	-8,2
5	-15,5	-29,5	0	-17	-11,5	-25,5	+4,5
10	-6	-15	+5	-50	-2,5	-11	+7
15	-2	-9	+9,5	-57,5	+3	-3,5	+13,5

 

Среднее отклонение от температуры  стандартной атмосферы -11.36°C

Исходя из значений  всех расчетов, занесенных в таблицу 3 и 4 можно сравнить отклонения температур Петрозаводска и Киева, и сделать вывод, что разница этих отклонений температур значительно влияет на потенциальный потолок воздушного судна, выполняющего рейс по данному маршруту.

ГЛАВА III: ВЛИЯНИЕ МНОГОЛЕТНЕГО РЕЖИМА ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА НА ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМУЮ ВЫСОТУ ПОЛЁТА САМОЛЁТА ТУ-154

Для количественной оценки влияния многолетнего режима температуры  воздуха на допустимую высоту полёта воспользуемся выражением: ∆H_пр.д = - κ ∆t, где ∆H_пр.д – изменение потолка или предельно допустимой высоты полёта за счет отклонения температуры от СА;  к- эмпирический коэффициент, показывающий, на сколько изменяется предельно допустимая высота полёта при отклонении температуры от СА на 1°C;  ∆t- отклонение температуры от СА на соответствующем уровне.                                                                                                            κ ≈ 50 м/1º∆t для турбореактивных самолётов.

Зависимость предельно  допустимой высоты от полётного веса, выбранного типа ВС.

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

 

На аэрологической диаграмме  по данным допустимых высот, зависящих  от полётного веса самолёта ТУ-154, были изображены 4 вспомогательные номограммы, в приложении к курсовой работе.

По этим вспомогательным  диаграммам можно произвести расчёты  предельно допустимых высот, выбранного воздушного судна, для всех фактических  температур. Расчёты приведены в следующих таблицах:

ТАБЛИЦА 1: Максимально допустимые высоты воздушного судна ТУ-154 по маршруту Петрозаводск – Киев в августе:

Полетный  вес, т	Петрозаводск			Август, Hпр.д, при t СА	Киев
	H пр.д, при t ср	H пр.д, при t min	H пр.д, при t max		H пр.д, при t ср	H пр.д, при t min	H пр.д, при t max
86	11 000 м	10 900 м	9 600 м	10 750 м	10 100 м	10 750 м	9 400 м
80	11 650 м	11 500 м	10 400 м	11 350 м	10 900 м	11 400 м	10 100 м
74	12 150 м	12 000 м	10 900 м	11 750 м	11 400 м	12 000 м	10 600 м
70	12 400 м	12 250 м	11 050 м	12 000 м	11 600 м	12 100 м	10 900 м

* при расчётах  учитывалась возможная погрешность  графической работы на аэрологической  диаграмме! В связи с этим сознательно снижена предельно допустимая потенциальная высота полёта примерно на 50-100 метров для нивелирования этой погрешности и снижения риска возникновения болтанки и сваливания в полёте.

 

ТАБЛИЦА 2: Максимально допустимые высоты воздушного судна ТУ-154 по маршруту Петрозаводск – Киев в феврале:

Полетный  вес, т	Петрозаводск			Февраль, H пр.д, при tСА	Киев
	H пр.д, при t ср	Hпр.д, при t min	H пр.д, при t max		H пр.д, при tср	H пр.д, при t min	H пр.д, при t max
86	11 000 м	11 350 м	10 500 м	10 750 м	10 700 м	11 200 м	10 350 м
80	11 700 м	12 000 м	11 100 м	11 350 м	11 400 м	11 900 м	11 000 м
74	12 150 м	12 500 м	11 600 м	11 750 м	12 000 м	12 400 м	11 500 м
70	12 350 м	12 600 м	11 800 м	12 000 м	12 150 м	12 500 м	11 700 м

* при расчётах учитывалась возможная погрешность графической работы на аэрологической диаграмме! В связи с этим сознательно снижена предельно допустимая потенциальная высота полёта примерно на 50-100 метров для нивелирования этой погрешности и снижения риска возникновения болтанки и сваливания в полёте.

Стоит отметить, что в  соответствии с руководством по лётной эксплуатации самолёта Ту-154, практический потолок полёта 12 100м, что меньше потенциально допустимой максимальной высоты полёта при некоторых температурах воздуха в значительно охлаждённой атмосфере.

По рассчитанным допустимым высотам можно сделать сравнительный  вывод об изменении допустимой высоты по маршруту. Диапазон изменения допустимых высот, зависящих от перепадов температур на трассе, примерно 700-800м. Самый благоприятный и оптимальный эшелон для тёплого времени года это эшелон 10 000м, а для холодного времени года эшелон 10 650м, хотя в соответствии с руководством по лётной эксплуатации, оптимальным крейсерским эшелоном полёта является эшелон 11 100м. Если по данному маршруту полёт будет совершаться из Киева в Петрозаводск, или другими словами, из более тёплого климата в более холодный, то предельно допустимая высота будет постепенно увеличиваться.

Расстояние между аэропортами  составляет примерно 1300 км. Часовой расход топлива Ту-154 равен 6200 кг/час. С крейсерской скоростью 900 км/час самолёт проделает путь из Петрозаводска в Киев за 1.44 часа при идеальных условиях полёта. Это значит, что за полёт самолёт израсходует 8930 кг топлива (без учёта расхода топлива на руление, расхода топлива на набор высоты, снижение, поправок на ветер) и полётный вес в конце маршрута составит 77 тонн. Таковой посадочный вес не противоречит руководству по лётной эксплуатации Ту-154 (максимальная посадочная масса 78 тонн) и пилотам воздушного судна не понадобится дополнительно вырабатывать топливо для совершения посадки в аэропорту назначения при максимальной заправке и коммерческой нагрузке в аэропорту вылета. Количество выработанного топлива на данном маршруте постепенно будет приводить к увеличению предельно допустимой высоты примерно на 1000 м.

Если по время полёта постоянно  сохранять один и тот же режим  работы двигателей воздушного судна, то отрицательное отклонение температуры  от стандартной может вызвать  увеличение скорости до предельно опасного уровня. Поэтому нужно тщательно  оценивать влияние температуры  на максимально допустимую скорость полёта.

Расчёты для допустимых истинных скоростей выполняются по формуле:  

Где M _{max (доп)} – максимально допустимое число Маха; a – скорость звука, с достаточной степенью точности равная 20,1 .

Значения M _{max (доп)} для  воздушного судна ТУ-154 на предельно допустимой высоте полета для спокойной и турбулентной атмосферы представлены в следующей таблице:

 

Тип самолета	Предельно допустимые значения в атмосфере
	спокойной	турбулентной
Ту-154	0,85	0,80

 

Для расчёта V _max(доп) берутся значения средней, минимальной, максимальной температуры в градусах Кельвина.

Результаты вычислений были рассчитаны исходя из температур эшелона, равному 10 600 м в холодное время года и 10 000м в тёплое время года:

Пункт	Состояние атмосферы	Максимально допустимая скорость V max(доп) км/ч
		Август (км/ч)			Февраль (км/ч)
		при Tср	при Tmin	при Tmax	при Тср	при Tmin	при Tmax
Петрозаводск	Спокойная	1044	907	965	904	885	925
	Турбулентная	882	857	911	850	832	871
Киев	Спокойная	947	922	979	904	893	929
	Турбулентная	889	867	921	850	839	875

*красным в таблице  выделены около предельные или  запредельные скорости в соответствии  с руководством по лётной эксплуатации  Ту-154 (Максимальная воздушная скорость 950 км/ч).

Точный расчёт допустимых максимальных скоростей для заданного  эшелона позволяет обеспечить безопасный полёт по маршруту.

 

Заключение

Из работы следует, что  изменение температуры воздуха  при полете по данному маршруту, может оказывать влияние на максимальные высоты полета, только через значительные сезонные отклонения. Для летнего периода характерны более низкие максимальные эшелоны полета, а для зимнего более высокие. Средняя температура, в пунктах прибытия и отправления отличается в примерно на 20^оС и окажет существенное влияние на изменение предельно допустимой высоты и скорости полета, что крайне важно учитывать при планировании и реализации полёта по данному маршруту. Многолетние сезонные измерения не охватывают все возможные состояния атмосферы в конкретном месте и в конкретное время, и поэтому не освобождают экипаж ВС от постоянного анализирования метеорологической обстановки на всей протяженности полета.