Безопасность полетов (стр. 3 из 13)

Относительной влажностью называется отношение веса воды, содержащейся в единице объема воздуха, к весу того максимального количества воды, которое может содержаться в единице объема воздуха при данной температуре (выражается в%). Точкой росы называется температура, при которой воздух полностью насыщается содержащимися в нем водяными парами. Упругость водяного пара—это та часть атмосферного давления, которая создается за счет содержания в воздухе паров воды. Упругость пара измеряется в миллиметрах ртутного столба.

Значения удельной влажности и упругости пара используются обычно при инженерных расчетах, а относительная влажность и точка росы—главным образом для характеристики влажности воздуха,

Признавая значительность влияния влажности воздуха на мощность двигателя Комитет гражданской авиации постановил, что начиная с 1951 года в формулярах на все двигатели, предназначенные для установки на транспортных самолетах, необходимо указывать мощность на всех высотах с учетом поправки на относительную влажность, равную 80% при температурах, соответствующих данным стандартной атмосферы.

При повышении влажности воздуха происходит вытеснение сухого воздуха и кислорода негорючими парами воды, что приводит к снижению мощности двигателя. Кроме того, снижение мощности происходит в результате обогащения горючей смеси (горючее—сухой воздух) или, точнее, в результате увеличения соотношения «горючее— кислород» в смеси, а также в результате влияния паров воды на интенсивность горения смеси. Влияние обогащения смеси на мощность зависит от характеристик данного типа двигателя, и поэтому его точное количественное определение не является простым делом.

Суммарное влияние явлений вытеснения кислорода и снижения интенсивности горения смеси при повышении влажности воздуха на мощность двигателя можно приблизительно оценить, введя поправочный коэффициент влажности (в%), который получается из квадрата температуры точки росы (в градусах Фаренгейта), деленного на 1000. Эта практическая формула применима для температур точки росы не свыше 80° F (~~27° С). Для более высоких температур при вычислении коэффициента влажности следует вводить поправку, равную 3% на каждые 10° F сверх 80° F (~27°С).. Например, для температуры точки росы 40° F (~4,5° С) приблизительный коэффициент влажности будет равен 40²: 1000=1,6%. Для температуры точки росы, равной 90° F, коэффициент влажности вычис-" ляется следующим образом:

Как указано выше, эта формула не учитывает влияния обогащения смеси на мощность двигателя, поскольку это обогащение можно зачастую отнести за счет намеренного обогащения горючей смеси при работе двигателя на больших мощностях с целью его охлаждения. Горючая смесь, подаваемая в двигатель при взлете, богаче наивыгоднейшей смеси, при которой двигатель дает наибольшую мощность; падение мощности происходит в результате дальнейшего обогащения смеси, вызываемого вытеснением сухого воздуха парами воды.

Поскольку этот эффект зависит от характеристик двигателя, характеристик карбюратора и величины относительной влажности, трудно вывести общую формулу для его количественной оценки. Можно только сказать, что снижение мощности двигателя, получаемое за счет обогащения смеси, имеет второстепенное значение по сравнению с тем снижением, которое происходит вследствие влияния первых двух факторов. Кроме того, влиянием обогащения смеси можно пренебречь в двигателях, работающих с «впрыском воды», в которых горючая смесь доводится до оптимального состава с целью получения максимальной мощности.

Вообще говотэя, поправка на влажность для данной точки росы с высотой увеличивается очень незначительно: при увеличении высоты на 1200 м она равна приблизительно 1%. Такая величина изменения мощности двигателя не играет существенной роли, и ею можно пренебречь. Чтобы подытожить все сказанное, подсчитаем эффективную мощность двигателя PWR-1830 во время взлета с полностью открытым дросселем с аэродрома, расположенного на высоте 1200 м над уровнем моря, при температуре воздуха 85° F (^30° С), превышающей стандартную на 40° F, и при точке росы 70°F (~21° С) (соответствующей относительной влажности 80%).

А. Влияние температур

1. Эффект плотности: 1% на 10°F=4,0%, или 48 л. с.

2. Эффект полностью открытого дросселя:

0,25 дюйма рт. ст. на каждые 10°F=1,0 дюйма рт. ст., или 35 л. с. Б. Влажность.

3. Эффект вытеснения кислорода и снижения интенсивности горения: 70²: 1000=4,9%, или 59 л. с.

4. Эффект обогащения смеси (принимаем 50% мощности от полученной в пункте 3) ^-30 л. с.

Общее снижение мощности двигателя=162 л. с.

Эффективная мощность двигателя, вычисленная для данных условий, составляет: 1200—162=1038 л. с.

В рассмотренном случае в результате влияния температуры и влажности воздуха произошло снижение мощности двигателя на 162 л. с. Однако при взлете самолета в этих условиях потребная мощность будет больше обычной на величину, превосходящую 162 л. с. Увеличение же потребной мощности приведет к уменьшению избыточной мощности, которая определяет взлетные качества самолета. Из всего сказанного можно сделать вывод, что в жаркий и влажный день самолет на взлете будет «вялым» [20].

5. ПОГОДА

Грозы

Л. Общие положения

ВВС США совместно с ВМФ, Бюро погоды и Национальным консультативным комитетом по авиации (НАКА) участвовали в программе по изучению гроз, известной под названием «Грозовой проект». Ниже мы касаемся результатов этого изучения, а также данных ряда других работ по этому вопросу исключительно в разрезе, интересующем пилота. Поэтому основное внимание здесь уделено возмущению воздушных масс при грозах.

В. Что такое гроза?

Ежедневно около 44 ООО гроз бушуют над землей. Не менее 1800 гроз возмущают земную атмосферу каждую минуту, и не менее 100 молний сверкает в секунду. По данным Института земного магнетизма Карнеги, общая мощность этих молний в расчете на душу населения США составляет около 2 л. с.

Источником зарождения гроз являются обычные кучевые облака, которыми часто бывает усеяно небо в середине лета. При нагревании воздуха равновесие атмосферы нарушается. В атмосфере существует тенденция к восстановлению равновесия и возвращению в устойчивое состояние. Чем сильнее нарушено равновесие атмосферы, тем более интенсивное перемещение воздушных масс требуется для его восстановления и тем интенсивнее идет образование кучевых облаков больших размеров. Гроза — это видимый глазом перелом в состоянии атмосферы в сторону восстановления нарушенного равновесия.

В. Опасность грозы для полетов

Возмущение воздушных масс во время грозы является одним из самых опасных явлений для самолета и пилота. Броски самолета в возмущенном воздухе даже при наличии у самолета необходимой устойчивости и при высокой технике пилотирования летчика зависят не только от максимальной силы отдельных потоков воздуха, но также от последовательности, частоты и силы всех потоков, действующих на самолет.

Резкая и непрерывная смена скорости и направления потоков воздуха является причиной той беспорядочной болтанки, которая знакома каждому, кто летал в возмущенном воздухе. Болтанка самолета похожа на тряску, которую испытывала бы автомашина, едущая по железнодорожным шпалам. Резкие порывы ветра с большим градиентом скорости могут сильно увеличить нагрузки, действующие на самолет. Эти нагрузки увеличиваются с возрастанием скорости порыва и скорости самолета.

Перемещение воздушных масс в виде мощных вертикальных восходящих или нисходящих потоков является неотъемлемым спутником грозы. Однако они не представляют большой опасности для самолета в отношении испытываемых им нагрузок.

Скорости движения воздуха в этих потоках намного превышают скорости порывов ветра, но поскольку ускорения, обусловливаемые вертикальными потоками, намного меньше ускорений, обусловливаемых порывами ветра, то и вызываемые ими перегрузки значительно меньше. Следовательно, постоянные воздушные потоки менее опасны, чем порывы.

Однако попытка пилота сохранить постоянную высоту в условиях сильных потоков воздуха может явиться первым шагом на пути к серьезной опасности.

Во время полетов с целью изучения грозовых явлений иногда отмечались вертикальные воздушные потоки, скорость которых достигала 30 м/сек, и самолет в таких воздушных потоках терял сразу до 600 м или набирал 1800 м высоты. Величина изменения высоты полета могла бы быть меньшей, если бы пилот принимал соответствующие меры. Однако он отдавался воле течения воздушных масс не только для того, чтобы возможно точнее измерить скорость воздушных потоков, но и потому, что такие его действия отвечают правильной технике пилотирования.

Попытки сохранить высоту во время грозы ведут к опасному увеличению действующих на самолет перегрузок.

По мере развития грозового очага сила порывов и вертикальных потоков воздуха изменяется. При приближении стадии дождя их скорость увеличивается, а в стадии рассеивания уменьшается. Максимальная скорость порывов и вертикальных потоков достигается в стадии превращения кучевых облаков в грозовые с выпадением дождя. К сожалению, не найдено методов для определения того, в какой стадии развития находится грозовой очаг в каждый данный момент.

Часто высказывается мнение о том, что нисходящие потоки воздуха могут прижать самолет к земле или даже разбить его о землю. Однако за все то время, в течение которого проводилось изучение гроз, самолеты, которые летали в основном на высоте 1800 м (за исключением отдельных случаев полетов в облаках на высоте 1500 м), не теряли высоты более 600 м. Под грозовым облаком сила нисходящих потоков значительно меньше, чем внутри него.

Самолеты несколько раз встречали и без труда пересекали грозовое облако, называемое «шкваловым воротником», о котором часто упоминается в авиационной литературе. Это облако встречалось на высоте около 1800 м, но поскольку на этой высоте не отмечалось сколько-нибудь значительной турбулентности воздушных масс, то можно сделать заключение, что «шкваловый воротник» не является таким опасным, каким его обычно считают.