диагностика обледенения самолетов по спутниковым данным
advertisement
ДИАГНОСТИКА ОБЛЕДЕНЕНИЯ САМОЛЕТОВ ПО СПУТНИКОВЫМ ДАННЫМ Садыкова А.Ф. Научный руководитель: Чукин В.В. Введение Результаты моделирования фазового состояния облаков Молекулы воды играют наиважнейшую роль на нашей планете. Многие атмосферные явления связаны именно с водой, которая может находится в атмосфере сразу в трех фазовых состояниях: газообразном, жидком и твердом (в виде кристаллов льда). Рассмотрим влияние кристаллов льда и переохлажденных капель воды в атмосфере на полеты авиации. С развитием авиации она становится все менее зависимой от условий погоды. Но по-прежнему существует такая опасность, как обледенение самолета. При определенных летных условиях переохлажденные капли воды, содержащиеся в облаках, могут замерзать на переднем крае фюзеляжа, на крыльях, а также на элементах оперения и в воздухозаборниках авиационных двигателей. Ледяной слой изменяет форму обтекаемых поверхностей и, как следствие, приводит к изменению аэродинамических характеристик самолета, что может подвергнуть полет опасности. На обледенение самолета оказывают влияние такие метеорологические параметры облаков как: водность облака, размер переохлажденных капелек, относительная влажность и температура воздуха. Используя модель CPS нами получены осредненые по сезонам глобальные распределения фазового состояния облаков на основе данных о глобальном распределении среднемесячных значений температуры верхней границы облаков (ТТ) полученном в ходе Международного проекта по спутниковой клиаматологии облаков (ISCCP) и при средних значениях водо/льдозапаса облаков TWP (0.1 кг/м2). Январь Апрель Октябрь Июль Из представленных данных следует, что районы земного шара, наиболее опасные с точки зрения обледенения летательных аппаратов, меняются в зависимости от сезона и расположены в основном вдоль береговой линии материков. Диагностика обледенения самолетов по данным о фазовом состоянии облаков Цель работы Данная работа заключается в создании методики определения фазового состояния облаков, и использовании этих данных для диагностики обледенения самолетов. Математическая модель фазового состояния облака Для расчета фазового состояния облака (F) мы используем суммарное значение водозапаса и льдозапаса облака (TWP) и температуру на верхней границе облака (ТТ). В модели определяется зависимость доли кристаллов льда от температуры на верхней границе облака, в предположении, что все аэрозоли являются частицами одного типа и их кристаллизующие свойства описываются одним значением удельной линейной энергии. Основные уравнения модели Обледенение в облаках наблюдается при температурах от 0 до -20 ºС, причем наибольшая повторяемость наблюдается в диапазоне температур от -5 до -12 ºС. Обычно в практике гидрометеорологического обеспечения авиации используются именно эти температурные критерии для прогноза обледенения. Однако, на самом деле, важным критерием обледенения является наличие переохлажденных капель, способных образовать ледяные отложения на летательном аппарате при столкновении с ним. Таким критерием обледенения является фазовое состояние облака (F), показывающее долю кристаллов льда в общем количестве облачных частиц. Обледенение будет крайне слабым при высоких значениях F изза отсутствия переохлажденных капель и при F = 0, что наблюдается при положительных температурах воздуха. Ниже представлен график зависимости фазового состояния облаков от температуры на верхней границе облака для различных типов аэрозолей. Морская соль Кварцевый песок Мы предлагаем формулу для оценки вероятности обледенения летательных аппаратов (P) по данным о фазовом состоянии облаков и температуре на верхней границе облаков: TT ∫ f (T )dT P = 1 - F, IWP IWP T F(T T ,TWP)= = = , LWP+ IWP TWP T T −T B 0 TT ∞ 1 f (T )= ∫ P ( T , ra ) n(r a )dr a Nw r c 2 T0 a −4 r P T , r a =1−exp ∫ J dT dT T het d − G max − Gact J het=J 0 exp exp kT kT TWP Модель фазового состояния облака (CPS) F при T < 273 K T Заключение Полученная нами методика позволяет получать не только климатические характеристики облаков, но и в оперативном режиме определять фазовое состояние облаков на основе спутниковых данных о температуре верхней границы и водозапасе облаков. По данной методике можно производить оперативную диагностику опасных зон, в которых есть вероятность обледенения воздушного судна. Это позволит экипажу заблаговременно изменить курс или эшелон полета, чтобы избежать обледенения.
