Способ прогнозирования опасности обледенения самолета в переохлажденных облаках

 

Изобретение относится к области авиационной метеорологии и может быть использовано для прогнозирования опасности обледенения самолета в переохлажденных облаках. Согласно способу перед входом самолета в облако с помощью бортовой РЛС зондируют облако в направлении предполагаемого маршрута и определяют усредненное значение отраженного от него радиолокационного сигнала. Одновременно измеряют скорость полета самолета и температуру атмосферной среды за бортом. После этого находят усредненное значение водности, соответствующее усредненному значению отраженного от облака радиолокационного сигнала, а также коэффициент захвата и намерзания, учитывающие влияние скорости полета самолета и температуру атмосферной среды за бортом на рост льда на обшивке самолета. Затем используя имеющиеся данные, расчетным путем определяют толщину слоя льда, который может образоваться на обшивке самолета через облако, и, сравнивая полученные данные с предельно допустимыми значениями для данного типа самолета, судят об опасности обледенения самолета в переохлажденных облаках. 1 ил.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано в авиации для прогнозирования опасности обледенения самолета в переохлажденных облаках.

Известны различные способы прогнозирования опасности обледенения самолета в переохлажденных облаках, основанные на статистической обработке анкетных данных об обледенении различных типов самолетов гражданской авиации в различные времена года с учетом высоты полета и других условий [1,2] Известные способы сложны в реализации и сопряжены со значительными погрешностями, так как основаны на вероятностной оценке, при которой необходим большой экспериментальный материал по каждому конкретному типу самолета.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ прогнозирования опасности обледенения самолета в переохлажденных облаках, заключающийся в радиолокационном зондировании переохлажденного облака и определении его радиолокационной отражаемости [3] Недостатком известного способа является низкая достоверность результатов прогнозирования, что обусловлено тем, что не учитывается влияние на искомый результат таких важнейших характеристик, как протяжность маршрута самолета в переохлажденном облаке, температура и водность облачной среды, а также скорость полета самолета.

Целью настоящего изобретения является повышение достоверности прогнозирования опасности обледенения самолета в переохлажденных облаках.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе прогнозирования опасности обледенения самолета в переохлажденных облаках, заключающемся в радиолокационном зондировании переохлажденного облака и определении его радиолокационной отражаемости, радиолокационное зондирование осуществляют только для участка переохлажденного облака, по которому проходит маршрут самолета, определяют среднее значение водности с учетом усредненного значения радиолокационной отражаемости, расчитывают толщину льда, который может образоваться на обшивке самолета при его прохождении через переохлажденное облако с учетом протяженности маршрута в переохлажденном облаке, среднего значения водности, а также суммарного коэффициента захвата и коэффициента намерзания, определяемых по данным, соответственно о температуре атмосферной среды и скорости самолета, сравнивают расчетную толщину льда с предельно допустимым его значением и прогнозируют опасность обледенения самолета.

На чертеже (рис. А) изображено схематично переохлажденное облако, а на (рис. В) профиль радиолокационной отражаемости.

Способ реализуется следующим образом.

При подлете самолета 2 к переохлажденному облаку 1 (рис. А) с помощью бортовой РЛС осуществляют радиолокационное зондирование облака 1 в направлении предполагаемого маршрута (А А). В процессе радиолокационного зондирования облака определяют отраженные радиолокационные сигналы для множества последовательно расположенных и равноотстоящих друг от друга точек, лежащих на участке (А А) предполагаемого маршрута, таким образом получают профиль радиолокационной отражаемости, представленной на рис.В. После этого используя полученный профиль радиолокационной отражаемости, находят усредненное значение радиолокационной отражаемости η_cp а по нему и усредненное значение водности (g_ср) облачной среды на участке предполагаемого маршрута (А А) через облако 1 по формуле g_cp= Aη^α_cp, (1) где А, α корреляционные коэффициенты.

Одновременно при подлете самолета 2 к облаку 1 с помощью бортовых средств измеряют скорость полета самолета (W_c) и температуру атмосферной среды за бортом (t). Затем используя измеренные значения параметров определяют коэффициент захвата и коэффициент замерзания β учитывающие влияние соответственно скорости полета самолета (W_c) и температуры атмосферной среды за бортом (t) на рост льда на обшивке самолета по формулам где а корреляционный коэффициент, зависящий от типа самолета и профиля намерзания льда на поверхности обшивки самолета. Для самолета типа ИЛ-18 а 4,6·10^-3; b корреляционный коэффициент, зависящий от свойств воды и размеров капель. Для воды с размерами частиц 6 мкм, b 1,5.

После этого используя полученные коэффициенты и β и усредненное значение водности (g_ср) находят расчетное значение толщины слоя льда, который может образоваться на обшивке самолета при его прохождении через переохлажденное облако, по формуле где L протяженность маршрута самолета в облаке, м; g_ср - усредненное значение водности облачной среды на участке маршрута в облаке, г/м³;
ρ_л плотность льда, г/м³.

Затем полученное расчетное значение толщины слоя льда (h) сравнивают с предельно допустимым его значением для данного типа самолета. При этом если величина расчетного значения (h) будет меньше допустимого его значения, то пролет самолета через переохлажденное облако не сопряжено с опасностью. Если же (h) превышает допустимое значение, то это свидетельствует об опасности обледенения самолета и пилот должен аналогичным образом, используя бортовой вычислительный комплекс, реализующий данный способ, проверить другие возможные варианты маршрута через переохлажденное облако. Он может принять либо обходной маневр, либо предпринять соответствующие меры безопасности, например включить противообледенительную систему (если она есть) или же обеспечить пролет самолета через облако на более высоких скоростях, когда процесс обледенения обшивки в результате его нагрева будет протекать менее интенсивно.

Коэффициент захвата показывает, какая часть капель воды, переносимых в объеме воздуха, ограниченного размерами препятствия, осаждается на поверхности последнего.

Как следует из формулы (2), с увеличением скорости полета самолета (W_c) доля осаждаемых частиц на обшивке самолета увеличивается.

В отличие от коэффициент намерзания β показывает какая часть из всех сталкивающихся с обшивкой самолета частиц воды намерзает на его поверхность. Остальная часть частиц испаряется, либо отрывается в атмосферу. Как следует из формулы (3), с понижением температуры атмосферной среды, доля намерзающих частиц воды на обшивке самолета растет.

Пример конкретного выполнения способа.

При подлете к переохлажденному облаку самолета ИЛ-18 измерены следующие исходные параметры:
L10000 м; W_c=200 м/с; g=_ср8 г/м³; t-8^oC; ρ_л= 0,98·10³ г/м³.
Требуется выяснить степень опасности пролета самолета ИЛ-18 через данное облако, имея в виду, что предельная опасная толщина слоя льда на обшивке данного типа самолета составляет 4 см.

Решение задачи
1. Используя данные по формулам (2) и (3) определяем коэффициент захвата и коэффициент намерзания β;
Е=1-exp(-4,6·10^-3·200)=0,6

2. Подставляя исходные данные и полученные значения коэффициентов и β в формулу (4), получаем

Из полученного результата следует, что расчетная толщина слоя льда на обшивке самолета составляет 4,9 см, что превышает допустимое значение (4 см). Следовательно, пролет самолета ИЛ-18 через данное облако сопряжен с опасностью.

Предложенный способ позволяет в оперативном режиме выбрать безопасный маршрут самолета в переохлажденном облаке. При этом обеспечивается высокая достоверность прогноза опасности обледенения самолета в переохлажденных облаках.

Формула изобретения

Способ определения опасности обледенения самолета в переохлажденных облаках, заключающийся в радиолокационном зондировании переохлажденного облака и определении его радиолокационной отражаемости, отличающийся тем, что радиолокационное зондирование осуществляют только для участка переохлажденного облака, по которому проходит маршрут самолета, определяют среднее значение водности с учетом усредненного значения радиолокационной отражаемости, рассчитывают толщину льда, который может образоваться на обшивке самолета при его прохождении через переохлажденное облако с учетом протяженности маршрута в переохлажденном облаке, среднего значения водности, а также суммарного коэффициента захвата и коэффициента намерзания, определяемых по данным, соответственно о температуре атмосферной среды и скорости самолета, сравнивают расчетную толщину льда с предельно допустимым его значением и прогнозируют опасность обледенения самолета.

РИСУНКИ

Рисунок 1