Глава 4. Учёт влияния ветра на полёт ЛА

Навигационные характеристики ветра

• Одним из основных метеорологических элементов, учитываемых в самолетовождении, является ветер. Он оказывает существенное влияние на ВС как в полете, так и при взлете и посадке. От направления и скорости ветра зависят безопасность взлета и посадки, длина разбега и пробега, время полета по маршруту и расход топлива. Ветер - горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Вместе с воздушной массой со скоростью ветра U переносится и находящийся в ней самолет. Поэтому путевая скорость ветра W равна векторной сумме воздушной скорости Vи скорости U.
• С
  уществует метеорологическое и навигационное понятия о направлении ветра. Угол, заключенный между северным направлением меридиана и направлением из точки, откуда дует ветер, называетсяметеорологическим направлением ветра. Это направление ветра может отсчитываться относительно северного направления истинного или магнитного меридиана. Навигационное направление ветра отличаеися на 180° от метеорологического. Угол, заключенный между направлением, принятым для ориентации направления полета, и направлением в точку, называется НВ. Отсчитывается от направления, принятого от начала отсчета, по часовой стрелке от 0° до 360°. В зависимости от начала отсчета навигационное направление ветра может быть истинным, магнитным, условным и ортодромическим. При использовании данных о ветре, выдаваемых метеостанцией, необходимо определить НВ:

где DМ - магнитное склонение (угол между истинным и магнитным меридианами в данной точке); DA - азимутальная поправка (угол между условным и истинным меридианами).

• Эти углы измеряются в диапазоне +180° : по ходу часовой стрелки - "+", против - "-".

• С
  корость движения воздушных масс относительно земной поверхности называется скоростью ветра U. Измеряется в км/ч или в м/с. Для расчета U (км/ч) в уме надо значение U (м/с) умножить на 3.6 . Перевод скорости ветра, выраженной в м/с, в скорость, выраженную в км/ч, осуществляется подсчетом в уме по упрощенной формуле:

Навигационный треугольник скоростей

• Д
  ля правильного решения задач, связанных с выполнением полетов, необходимо знать, в чем конкретно выражается влияние ветра на самолетовождение. Вектором воздушной скорости (V) называется направление и скорость движения самолета относительно воздушных масс.Он определяется курсом ВС и W. Направление и скорость движения самолета относительно земной поверхности называетсявектором путевой скорости (W). Направление вектора определяется ПУ, а величина - значением W. В каждый момент времени скорость полета относительно земли равна векторной сумме V и U. Вектор ветра определяется направлением ветра и скоростью ветра. Три вектора в пространстве образуют векторный треугольник скоростей, проекция которого на горизонтальную плоскость носит название НТС. В состав НТС входят следующие элементы: МК, МПУ (ФМПУ, ЗМПУ), НВ, УС, УВ, КУВ, скорости U, V и W.
• Угол, заключенный между северным направлением магнитного меридиана и ЛФП, называется ФМПУ. Он отсчитывается от северного направления магнитного меридиана до ЛФП по ходу часовой стрелки от 0°до 360°.
• Угол, заключенный между продольной осью ВС и линией пути, называется УС. Он отсчитывается от продольной оси самолета до линии пути вправо со знаком "+", влево со знаком "-". Может быть расчетным и фактическим. Расчетный отсчитывается до ЛЗП, а фактический - до ЛФП.
• Угол, заключенный между ЛЗП или ЛФП и направлением НВ, называется УВ. Отсчитывается от линии пути до направления ветра по ходу часовой стрелки от 0° до 360°.
• Угол, заключенный между продольной осью BC и напрвлением НВ, называется КУВ. Отсчитывается от продольной оси ВС до направления ветра по ходу часовой стрелки от 0° до 360°.
• З
  ависимости, существующие между элементами НТС, имеют следующий вид:

• Зависимость УС и W от УВ. Последовательное изменение УВ от 0° до 360° получается перемещением вектора U по ходу часовой стрелки. УС и W от УВ зависят так:

a) УВ = 0° (попутный ветер): УС = 0, W = V + U ;

б) УВ увеличивается от 0° до 90° : УС увеличивается, W уменьшается ;

в) УВ = 90° (боковой ветер) : УСмакс, W ~ V ;

г) УВ увеличивается от 90° до 180° : УС уменьшается, W уменьшается ;

д) УВ = 180° (встречный ветер) : УС = 0, W= V - U ;

е) УВ увеличивается от 180° до 270° : УС увеличивается, W увеличивается ;

ж) УВ = 270° (боковой ветер) : УСмакс, W ~ V ;

з) УВ увеличивается от 270° до360° : УС уменьшается, W увеличивается .

• Наглядно изображение зависимости УС и W от УВ представлено на рис.4:

a) при УВ = 0° - 180° : УС > 0 ;

б) при УВ = 180° - 360° : УС < 0 ;

в) при УВ = 270° - 0° - 90° : W > V ;

г) при УВ = 90° - 180° - 270° : W < V .

• З
  ависимость УС и W от V. С увеличением V скорость W возрастает, с уменьшением - убывает. Влияние изменений V на W и УС оценивается по формулам:

• Как видно из формул, УС с возрастанием V уменьшается, а с ее убыванием - увеличивается.
• З
  
  ависимость УС и W от изменения U. Влияние незначительных изменений U на УС и W оценивается по следующим формулам:

• а) при УВ, близких к 0° или 180°: незначительное изменение U почти не сказывается на УС, но существенно влияет на W ;
• б) при УВ, близких к 90° или 270°: незначительное изменение U почти не сказывается на W, но существенно влияет на УС .
• П
  ри сохранении направления ветра, но при незначительном изменении его скорости, необходимо уточнить при полете со встречным или с попутным ветром скорость W, при полете с боковым ветром - УС.
• З
  ависимость УС и W от изменения направления ветра. Влияние незначительных изменений направления ветра на W и УС оценивается по следующим формулам:

• а) при УВ, близких к 0° или 180°: незначительное изменение направления ветра почти не сказывается на W, но существенно влияет на УС ;
• б) при УВ, близких к 90° или 270°: незначительное изменение направления ветра почти не сказывается на УС, но существенно влияет на W .

• П
  ри отсутствии существенных изменений скорости ветра, но при незначительном изменении его направления, необходимо уточнить при полете со встречным или с попутным ветром УС, при полете с боковым ветром - W.

• Угол сноса, имеющий место при углах ветра 90° или 270°, называется УСмакс (рис.3). Его величина определяется по следующей формуле:

Решение навигационного треугольника скоростей

• Р
  
  ешение НТС - нахождение его неизвестных элементов по известным элементам НТС. Решение может быть выполнено графически на бумаге или выполнено с использованием НЛ, НРК или ветрочета приближенным подсчетом в уме. НТС представляет собой собой косоугольный треугольник (рис.8), который может быть решен по теореме синусов:

• Так как, КУВ = УС + УВ, то:

• Приведенные соотношения решаются при помощи НЛ. При этом не надо забывать следующие правила:

а) при УВ = 0⁰ - 180⁰: УС > 0;

б) при УВ = 180⁰ - 360⁰: УС < 0;

в) при УВ > 180⁰ : на НЛ устанавливается значение, которым его дополняют до 360⁰, то есть разность 360⁰ - УВ;

г) при УВ = 0⁰: W = V + U;

д) при УВ = 180⁰: W = V - U;

е) при других УВ: W отсчитывается на НЛ против суммы УВ + УС, при нахождении которой к УВ прибавляется абсолютное значение УС;

ж) при УВ = 5⁰ - 175⁰: используется шкала синусов;

з) при УВ = 0.5⁰ - 5⁰: используется шкала тангенсов;

и) при УВ = 175⁰ - 179.5⁰: используется шкала тангенсов;

• Для определения Ксл, УС отсчитывается с точностью до 1⁰; для точного определения W при УВ, близких к 0⁰ или 180⁰, - с точностью до десятых долей градуса.
• 1) Расчет УС и W на НЛ. В основе расчета лежит теорема синусов, которая ключом выражается на НЛ. После определения УС и W рассчитываются Ксл и время полета для заданного участка маршрута. Курс, рассчитанный с учетом УС для полета по ЛЗП, называется курсом следования.
• Пример: Vи = 460 км/ч, ЗМПУ = 105⁰, d= 330⁰, U = 80 км/ч, S = 120 км. Определить: УС, W, МКсл и время полета t. Решение: 1) УВ = d+ 180⁰ - ЗМПУ =330⁰ - 180⁰ - 105⁰ = 45⁰; 2) нахождение УС и W(используя ключ НЛ): УС = +7⁰, W = 512 км/ч; 3) МКсл = ЗМПУ - (+УС) =105⁰ - (+7⁰) = 98⁰; 4) с помощью НЛ определяется время полета t =14 мин.
• На практике УС и W рассчитываются на основании логической оценки влияния ветра на конкретном участке маршрута, при этом вместо УВ используется угол - угол, под которым дует ветер к ЛЗП. Этот угол находится путем сравнения направления полета с направлением ветра. Угол  отсчитывается от ЛЗП до направления ветра так, чтобы он всегда был больше 90⁰. При встречно-боковом ветре он отсчитывается от той части ЛЗП, которая направлена по полету, при попутно-боковом - от противоположной. Числовое значение угла  лежит в диапазоне 0⁰ - 90⁰ шкалы синусов. Расчет УС и W по углу  наНЛ производится по тому же ключу, что и расчет по УВ, только необходимо заменить УВ на угол .
• 2) Определение ветра по УС и W на НЛ. В основу определения ветра в полете положено использование навигационных параметров движения ВС. На практике широко применяется метод определения ветра по УС и W, измеренным на постоянном курсе и воздушной скорости полета. Кроме этих параметров надо знать угол , заключенный между ЛФП и метеорологическим направлением ветра, то есть угол, под которым дует ветер относительно ЛФП.
• Направление ветра рассчитывается по следующим формулам: ФМПУ - (+): при W < V, то есть при встречно-боковом ветре; ФМПУ + 180⁰ + (+): при W > V, то есть при попутно-боковом ветре.
• Для правильного определения метеорологического направления ветра и его скорости U надо не забывать следующие правила:

а) при попутном ветре (УС = 0⁰, = 0⁰): d= ФМПУ + 180⁰ ; U = W - Vи;

б) при встречном ветре (УС = 0⁰, = 0⁰): d= ФМПУ; U = Vи - W;

в) при боковом ветре (W = Vи, = +90⁰): d= ФМПУ - (+90⁰);

г) при встречно-боковом ветре (W < Vи): d= ФМПУ - (+⁰);

д) при попутно-боковом ветре (W > Vи): d= ФМПУ +180⁰ + (+⁰).

• Пример: Vи = 450 км/ч, МК = 50⁰, УС = +7⁰, W = 490 км/ч. Определить: направление и скорость ветра. Решение: 1) U = W - Vи = 490 - 450 = +40 км/ч (попутно-боковой ветер); 2) = +54⁰ (по НЛ); 3) U = 68 км/ч; 4) ФМПУ = МК + (+УС) = 50⁰ + (+7⁰) = 57⁰; d = ФМПУ + 180⁰ + (+⁰) = 57⁰ + 180⁰+ (+54)⁰ = 291⁰.
• 3) Расчет скорости и направления ветра по УС и W, измеренных с помощью оптического визира. При расчете ветра на навигационном расчетчике или на ветрочете кроме УС и W надо знать Vи и курс самолета. Большинство способов измерения W с помощью радиолокационных или оптических визиров основывается на базисном способе, который заключается в определении времени пролета базы, то есть расстояния между двумя фиксированными точками земной поверхности. Особенность этого метода заключается в том, что для измерения не требуется опознавания самих объектов и их графического построения на полетной карте. Оптические визиры типа АБ-52 применяются на самолетах четвертого класса и вертолетах, выполняющих полеты над малоориентирной местностью. Эти визиры позволяют измерять УС и W. Они неподвижно устанавливаются на борту ВС. Вследствие этого вертикаль визира и начало отсчета курсовых углов связаны с положением ВС в пространстве, все колебания ВСпередаются на визир и оказывают влияние на точность отсчетов. В оптической системе визира расположена сетка с линиями сноса и времени, при помощи которых производятся измерения УС и W. Сетка в поле зрения имеет свободу вращения вокруг своего центра.
• Оптические визиры типа АБ-52 позволяют базисным способом измерять W. Для этого применяются линии времени, расположенные в поле зрения визира. Они рассчитаны для постоянной базы, которая равна0.5Н. В окуляр визира видно перемещение поверхности Земли. В тот момент, когда визирная точка проходит первую линию времени, включается секундомер. Он останавливается в момент прохода выбранной точки через вторую линию времени. Тогда W = 0.5H / t. Для расчета применяется счетное устройство самого визира или НЛ-10М. Чтобы повысить точность измерения W, рекомендуется развернуть сетку визира на УС. Вследствие значительного влияния случайных колебаний самолета в процессе промера, точность измерения W в значительной степени зависит от высоты полета и в среднем характеризуется величиной: w = (0.005 - 0.1)W.

Эквивалентный ветер

• Условный ветер, направление которого совпадает с ЛЗП, а значение его скорости при данном пилотажном режиме полета создает такую же путевую скорость, как и ветер фактический, называетсяэквивалентным ветром. Скорость эквивалентного ветра представляет собой разность между путевой и воздушной скоростями в данной точке маршрута полета: Uэ = W - V. Таким образом, эквивалентный ветер может быть только попутным (положительным) или встречным (отрицательным). Для разных значений ЗПУ и Vи существуют различные эквивалентные ветры при одном и том же фактическом.
• Э
  квивалентный ветер можно выразить через продольную и боковую составляющие действительного ветра (рис.9):

• Р
  асчет по данному выражению дает допустимые погрешности только при небольших скоростях ветра и УВ, близких к 0° или 180°.

Определение навигационных элементов полета на контрольном этапе

• З
  аранее намеченный участок маршрута полета, на котором предполагается измерение W и УС, называется КЭ. Контрольный этап выбирается штурманом в процессе подготовки к полету. При выборе КЭ в первую очередь руководствуются наличием характерных ориентиров и требуемой точностью определения КЭ.

• Порядок работы на КЭ. При подходе к началу КЭ необходимо предупредить командира ВС о строгом выдерживании режима полета. В момент первого определения МС (при проходе входного ориентираКЭ) нужно включить секундомер и поставить на карте отметку МС. Во время полета на КЭ надо наблюдать за курсом, чтобы вывести его среднее значение. По истечение некоторого времени таким же образом определяется и отмечается на карте второе МС (при проходе второго ориентира секундомер выключается). Полученные на карте отметки соединяются прямой линией, т.е. на карту наносится ЛФП и при помощи транспортира и линейки измеряются ФИПУ и длина КЭ Sкэ между отметками МС. Затем находят ФМПУ и рассчитывают УС.
• Чтобы определить W, надо измеренное на карте расстояние Sкэ разделить на время полета по КЭ tкэ, то есть расчет W производится по формуле:

W = Sкэ / tкэ

• Расстояние на карте всегда измеряется в км, а время может измеряться в минутах с их долями в секундах, то для получения W в км/ч нужно время выражать в часах, то есть:

W (км/ч) = (S / t (мин))60

или

W (км/ч) = (S / t (с))3600

• Расчет ФМПУ производится по формуле:

ФМПУ = ФИПУ - (+М)

• Угол сноса находят как разность ФМПУ и среднего магнитного курса МКср по формуле:

УС = ФМПУ - МКср

• Вместо МКср в формуле может стоять условный курс (УК).
• Полученные на КЭ данные используются для контроля пути, а также для определения ветра (его направления и скорости) по УС и W, измеренным на КЭ, по которому рассчитываются навигационные элементы полета для очередного участка маршрута.
• С
  корость ветра U может быть получена по следующей формуле:
• Т
  огда курсовой угол ветра КУВ равен:

• Если W > V и УС > 0, то направление ветра определяется так:

= УК + КУВ

В том случае, если W > V и УС < 0, то направление ветра определяется таким образом:

= УК - КУВ

Если W < V и УС > 0, то направление ветра определяется следующим образом:

= УК + 180⁰ - КУВ

В случае, если W < V и УС < 0, то направление ветра определяется, исходя из формулы:

= УК + 180⁰ + КУВ