Влияние природных явлений на авиаперелеты



Цель: изучить влияние метеоусловий на полёт самолёта.

Задачи:

1. Выявление погодных условий
2. Влияние этих факторов на авиаперелеты
3. Обобщение и систематизация изученной информации

Природные явления оказывают значительное влияние на безопасность и эффективность полетов. Метеорологические условия, такие как облачность, возможность турбулентности, ветер, видимость и осадки, могут существенно влиять на возможность выполнения полетов. Именно поэтому метеорологические данные имеют решающую значимость в планировании полетов и принятий оперативных решений.

1. Выявление погодных условий, их влияние на авиаперелеты

Природа богата на различные явления. Рассмотрим каждое явление, которое может как-то повлиять на авиаперелет.

1.1 Грозы:

Атмосферное электричество вообще и молнии в частности представляют значительную угрозу для авиации. Попадание молнии в летательный аппарат вызывает растекание тока большой величины по его конструкционным элементам, что может вызвать их разрушение, пожар в топливных баках, отказы оборудования, гибель людей. Вдоль обшивки судна пускают проводящую сетку, которая также экранирует бортовые системы; во избежание воспламенения топлива баки заполняются инертным газом, а для вывода статического заряда на концах крыльев ставят электростатические разрядники. Да, изредка, несмотря на все эти предосторожности, самолёты могут пострадать от разряда молнии. По статистике, в одну и ту же воздушную машину молния бьёт, в среднем, 2 раза в год, но связанные с этим явлением катастрофы случаются редко и обусловлены стечением или совпадением сопутствующих обстоятельств. К сожалению, история знает случаи, когда удар молнии в корпус летательного аппарата вызвал печальные последствия. Крупнейшая авиакатастрофа (занесена в книгу рекордов Гиннеса) произошла 8 декабря 1963 года в штате Мэриленд (США). Из-за сложных погодных условий авиалайнер Boeing 707−121 был вынужден остаться в зоне ожидания. Немного покружив вокруг аэропорта, самолет подал сигнал бедствия, а после объятый пламенем рухнул недалеко от городка Элктон. На его борту находились 73 пассажира и 8 членов экипажа. Согласно заключению комиссии Совета по гражданской авиации, причиной катастрофы рейса PA-214 стал удар молнии, который воспламенил топливо-воздушную смесь в левом резервном топливном баке, после чего произошёл взрыв этого бака с разрушением конструкции левой внешней части крыла, а затем и потеря управления. По результатам расследования причин авиакатастрофы Федеральное управление гражданской авиации США выпустило ряд рекомендаций по предотвращению подобных трагедий и, в частности, указало на необходимость создания молниезащиты топливных систем. Большинство современных самолётов уже оснащено специальной защитной системой от электрических разрядов.

Что происходит с самолетом, когда в него попадает гроза

Молнии поражают самолеты по всему миру почти ежедневно. Частота молний и гроз также зависит от географического положения. Они более распространены вблизи экватора из-за конвекционных потоков, создаваемых теплым воздухом. В Северной Америке в таких регионах, как Флорида, в среднем ежедневно бывает 100 гроз, тогда как на большей части Западного побережья в среднем только 10. Молниевая активность более распространена на более низких высотах, от 5000 до 15 000 футов. Согласно исследованию коммерческих самолетов, самолеты, летающие на высоте более 24 000 футов, имеют почти нулевой процент ударов молний.

Большинство ударов также происходит, когда самолет летит сквозь облака. Лишь 3 % ударов происходят под облаками, а менее 1 % — над облаками, между ними или рядом с ними. Однако не все облака производят молнии. Высокие многоуровневые кучево-дождевые облака — единственные облака, способные вызывать град, гром и молнии.

Около 70 % ударов молний происходит во время дождя, тогда как удары самолетов происходят при температуре, близкой к нулю. Во время полета молния обычно попадает в выступающую часть самолета, например нос или законцовку крыла.

Затем самолет пролетает сквозь вспышку молнии, которая проходит вдоль корпуса, выбирая путь наименьшего сопротивления. Металлический фюзеляж действует как клетка Фарадея, защищая внутреннюю часть самолета, в то время как напряжение движется по внешней стороне контейнера.

1.2 Ветер:

Единственное, на что может повлиять сильный ветер, — это продолжительность полета. Если у вас сильный встречный ветер, это может замедлить полет. Обратное верно в случае сильного попутного ветра, и это может означать, что полет займет больше времени, чем ожидалось.

Ветер в направлении движения самолета практически не оказывает никакого влияния, за исключением изменения времени, которое займет полет. Но боковой ветер — другое дело, а сильный боковой ветер действительно затрудняет взлет и посадку. Но в случае с коммерческим авиалайнером они действительно не имеют такого большого эффекта на практике. Пилотов обучают выполнять взлет и посадку при боковом ветре, и хотя видео приземлений при боковом ветре может выглядеть драматично, на самом деле они редко вызывают проблемы.

Хотя теоретически на легкие самолеты ветер оказывает такое же воздействие, как и на более крупные, на практике дела обстоят несколько иначе. Легкие самолеты, например те, которыми управляют частные пилоты, намного меньше и легче, и поэтому их гораздо легче снести порывами ветра. По этой причине ветры могут быть гораздо более опасными для легких самолетов.

Когда дует сильный ветер, риски для полетов легких самолетов возрастают. Одной из основных причин происшествий легких самолетов является потеря управления по курсу при взлете и посадке в ветреную погоду. Фактически, Обзор безопасности погодных происшествий в авиации общего назначения, проведенный Фондом воздушной безопасности, показывает, что за 11 лет Национальный совет по безопасности на транспорте назвал ветер основной причиной более чем 2800 происшествий. Поэтому пилотам легких самолетов следует быть осторожными и с уважением относиться к ветреной погоде.

1.3 Турбулентность — это явление в атмосфере, характеризующееся неупорядоченными колебаниями и перемешиванием воздушных потоков. Она является одним из ключевых факторов, влияющих на безопасность и эффективность авиационных операций. Образование турбулентности связано с различными физическими процессами, включая взаимодействие воздушных масс разной температуры и плотности, различные горизонтальные и вертикальные направленные потоки, изменения местных ландшафтных условий и др.

Турбулентность может иметь различную интенсивность и масштабы. Она может быть либо слабой и локализованной, либо сильной и распространяться на большие расстояния. Воздушные потоки в турбулентных областях становятся непредсказуемыми, нерегулярными и нестабильными, что влечет за собой изменения в скорости и направлении ветра.

Для самолетов турбулентность является одним из наиболее существенных метеорологических факторов, влияющих на полет. При попадании в турбулентные области самолет может подвергаться резким вертикальным и горизонтальным колебаниям, что может приводить к неудобствам для пассажиров и экипажа, а также к риску повреждения структуры самолета.

Силы, действующие на самолет в турбулентности, включают вертикальные и горизонтальные рывки, вихревые движения и изменения атмосферного давления. В вертикальной плоскости это может приводить к резким сменам высоты полета, что требует активного контроля со стороны пилотов. В горизонтальной плоскости турбулентные потоки могут вызывать изменения в направлении и силе ветра, что влияет на курс и скорость самолета.

1.4 Метели — это явление в атмосфере, характеризующееся сильными снежными или метельными осадками, сильным ветром и плохой видимостью. Они обычно возникают во время пониженных температур и при наличии атмосферного фронта, который приводит к заметному ухудшению погодных условий.

При метели воздушные потоки становятся сильно расстроенными и переменными. Основным фактором, способствующим образованию метели, является сильный ветер, который подхватывает снег и создает снежные сугробы и вихри. Это становится особым вызовом для авиации, так как метели могут значительно затруднять безопасное взлетно-посадочное обслуживание и навигацию самолетов.

Во время метели пилоты сталкиваются с рядом проблем, включая снижение видимости, сильные горизонтальные и вертикальные турбулентности, а также возможность обледенения самолета. Это может привести к потере контроля над самолетом и создать опасную ситуацию.

1.5 Вулканический пепел представляет собой мелкие частицы пород, стекла и минералов, выбрасываемые в атмосферу в результате извержения вулкана. Эти частицы могут представлять серьезную угрозу для авиации. Вот как вулканический пепел влияет на полеты самолетов:

1. Опасность для двигателей: Пепел имеет тенденцию абразивно воздействовать на моторы самолетов. При попадании частицы пепла в мотор они могут расплавиться и образовать твердые частицы, которые затем охлаждаются и становятся твердыми. Это может вызвать повреждения лопаток и других частей мотора.
2. Опасность для электроники: Вулканический пепел содержит металлические и минеральные частицы, которые могут представлять опасность для электроники на борту самолета. Это может включать в себя радиосвязь, навигационные системы и другие важные компоненты.

2. Существует несколько современных технологий и систем , которые помогают минимизировать воздействие погодных условий на самолеты:

Погодные условия	Технологии, предназначенные для избегания опасных ситуаций, связанных с данным погодным условием
Грозы	Для снижения риска металлические элементы наружной обшивки летательных аппаратов тщательно электрически соединяются друг с другом, а неметаллические элементы металлизируются. Таким образом, обеспечивается низкое электрическое сопротивление корпуса. Для стекания тока молнии и другого атмосферного электричества с корпуса летательные аппараты оборудуются разрядниками.
Ветер	Некоторые системы обнаруживают потенциально серьезное явление сдвига ветра достаточно задолго до столкновения, как в профиле взлета/набора высоты, так и в профиле захода на посадку/посадку, чтобы позволить пилоту успешно избежать этого явления. Другие системы обеспечивают пилоту своевременное предупреждение и адекватное руководство полетом в случае сильного сдвига ветра для успешного маневра эвакуации: Заход на посадку/уход на второй круг: использование максимальной доступной производительности без непреднамеренной потери управления, сваливания и контакта с землей. Взлет и набор высоты: на начальном или последующих участках набора высоты с использованием максимальной доступной производительности без непреднамеренной потери управления или контакта с землей, при наличии избыточной энергии. Ранние системы полагались на датчики самолета для определения наличия сдвига ветра. Эти системы имели ограниченную ценность, поскольку не могли предсказать начало сдвига ветра. Более поздние системы используют доплеровский метеорологический радар или другие системы, такие как лазерные или инфракрасные технологии, для прогнозирования сдвига ветра. Многие современные самолеты, такие как серия Boeing-777, оснащены системами предупреждения о сдвиге ветра (PWS), которые собирают данные о скорости ветра, собранные метеорологическим радаром, для выявления наличия сдвига ветра. Эти системы имеют малую дальность действия и зависят от радара, собирающего данные о скорости от частиц воды и льда перед самолетом, и, следовательно, не работают в сухих условиях. Однако они эффективны, предоставляя пилоту возможность прервать взлет или выполнить уход на второй круг.
Турбулентность	Для уменьшения воздействия турбулентности на полеты самолеты оснащены специальными системами и приборами, предназначенными для обнаружения и измерения этого явления. Это позволяет предупредить пилотов о наличии турбулентных областей и принять соответствующие меры, такие как изменение высоты полета или выбор другого маршрута, чтобы минимизировать воздействие турбулентности на самолет. Однако полное устранение турбулентных явлений из полетной среды по-прежнему остается невозможным, и поэтому у пилотов и экипажей должны быть не только навыки реагирования на турбулентность, но и систематический анализ и оценка метеорологических данных для принятия правильных и безопасных решений.
Метели	Для удаления наледи и снега самолет опрыскивают горячей смесью гликоля и воды. Это буквально сдувает ледяные отложения с крыла. Как только это будет сделано, теоретически самолет готов к полету. Однако, если температура близка к точке замерзания или ниже ее, а вокруг все еще присутствует влага в виде тумана или выпадающих осадков, всегда есть вероятность, что еще больше влаги может оседать на крыльях перед взлетом. Чтобы этого не произошло, проводится противообледенительный этап. Противообледенительные жидкости аналогичны противообледенительным жидкостям, за исключением того, что они также содержат полимерные загустители. В результате на поверхности крыльев образуется слой того, что часто выглядит как зеленая или желтая слизь, что предотвращает осаждение выпадающих осадков. Хотя это эффективно во время распыления, оно действует только в течение определенного времени. В зависимости от типа антиобледенительной жидкости и текущих погодных условий, антиобледенение может быть эффективным в течение периода от пары часов до пары минут. Это известно как время удержания. По истечении этого времени пилоты не могут быть уверены, что крылья очищены от снега и льда, и весь процесс приходится начинать заново.
Вулканический пепел	Вулканический пепел не обнаруживается на метеорологических радарах самолетов или радарах УВД из-за небольшого размера частиц. Частицы пепла несут электрические заряды, и в облаке вулканического пепла это может вызвать гром и молнию в районе непосредственно над местом извержения. Другими признаками могут быть серный запах и пыль в салоне.

Литература:

1. https://skybrary.aero/articles/airborne-wind-shear-warning-systems
2. https://thepointsguy.com/guide/aircraft-snow-ice-danger/
3. https://simpleflying.com/what-happens-when-a-plane-is-hit-by-lightning/