1.4.1 Сдвиг ветра, микропорывы. Опасность влияния сдвига ветра на воздушное судно на различных этапах полета. Действия экипажа в случае попадания в условия сдвига ветра

Катастрофы и аварии , происходящие с исправными ВС в общем то не очень сложной погоде, заставили специалистов службы БП придти к выводу, что иногда в воздухе создаются такие условия, прогнозирование которых синоптиками могло только иметь общие черты.

Тщательное сопоставление фактов и обстоятельств АП, опрос оставшихся в живых свидетелей, дали положительные результаты. Специалистами было установлено, что причиной большинства АП стало такое явление, как «сдвиг ветра».

Сдвиг ветра– изменение направления и (или) скорости ветра в пространстве, включая восходящие и нисходящие потоки :

Слабый < 2 м/с на 30 м высоты

Умеренный 2-4 м/с на 30 м высоты

Сильный .4-6 м/с на 30 м высоты

Очень сильный > 6 м/с на 30 м высоты

Сдвиг ветра присутствует в атмосфере всегда, и это явление часто можно наблюдать.

Примерами могут служить слои облачности на разных высотах, движущиеся в разных направлениях:

- шлейфы дыма, срезанные по высотам и движущиеся в разных направлениях;

- вращающиеся взвешенные частицы и/или капельки воды в относительно безобидных пылевых вихрях и чрезвычайно опасных водяных смерчах и торнадо;

- «стеноподобная» передняя кромка пылевых/песчаных бурь и деревья, клонящиеся во всех направлениях под внезапными порывами фронта шквалов.

Все эти видимые эффекты свидетельствуют о повсеместном присутствии в атмосфере сдвига ветра и явлений, которые его вызывают.

Микропорыв (микрошквал)(англ.microburst - микровзрыв) — частный случайшквала, сильное кратковременное нисходящее движение воздуха, связанное сгрозовой деятельностью.

Микропорывы представляют серьёзную опасность для воздушных судов (самолётов и вертолётов) на этапах взлёта и захода на посадку, т.к. вызывают сильный сдвиг ветра, приводящий к потере высоты воздушным судном и возможному столкновению с земной поверхностью (или поверхностью воды). В 1985 году самолёт авиакомпании Delta Airlines потерпел катастрофу в Далласе из-за микропорыва, погибло 137 человек.

Данный термин введен известным исследователем опасных явлений погоды Фуджита Тэцуя, как вид нисходящего порыва воздуха (англ.downburst - нисходящий взрыв). Если данное явление охватывает зону более 4 км, то оно называется макропорыв (макрошквал) (англ.macroburst - макровзрыв). В русскоязычной метеорологической литературе данное явление не изучено.

Условия возникновения.

При определённых условиях возникает поток нисходящего из грозового облака воздуха (15-20 м/с, зарегистрировано до 35 м/с), расходящийся в разные стороны при встрече с земной поверхностью (может давать векторное изменение скорости ветра до 180 км/час на расстоянии нескольких километров). Продолжается до пяти минут, при наибольшей интенсивности 2—3 минуты, диаметр зоны распространения — не более 4 км (обычно 1—3 км). 

Микрошквалынаблюдаются подкучево-дождевыми облаками во вторую половину дня и ранним вечером в жаркую погоду, когда в слое нижних нескольких км атмосферы вертикальный градиент температуры воздуха близок к сухоадиабатическому (9.8°С/км). Высота нижней границы кучево-дождевых облаков обычно находится на большой высоте, от 3 до 5 км, толщина облаков невелика (3-4 км), радиолокационная отражаемость сравнительно небольшая (от 10 до 20 дБZ).

При влажных микрошквалах (когда дождь достигает поверхности земли) средняя точка росыв нижнем километровом слое атмосферы составляет 15...23°С (удельная влажность 12-18 г/кг), при сухих (когда дождь практически не достигает земли, видны только полосы падения) 0...14°С (удельная влажность 4-12 г/кг). Вертикальный градиент температуры воздуха от земли до уровня таяния при сухих микрошквалах равен 9-10 градусов на км, при влажных 7-8 градусов на км (из-за того, что уровень таяния в этом случае находится выше, чем нижняя граница облаков).

Общий ветер в нижней тропосфере при образовании микрошквалов обычно слабый (0-7 м/с), разных направлений (в основном от восточного до юго-западного), в средней тропосфере преобладает южный и юго-западный 5-10 м/с, на высоте 5 км юго-западный 10-13 м/с.

Серьезную опасность для ВС, выполняющих полеты на малой высоте, представляет сдвиг ветра – резкое и значительное изменение скорости и (или) направления ветра на малом расстоянии. Чаще всего сдвиг ветра вызывается температурной инверсией на малой высоте, когда холодный воздух застаивается в приземном слое, например в предгорных долинах, а теплые перемещаются над холодной воздушной массой.

Сдвиг ветранаблюдается преимущественно в ночное время и при интенсивной грозовой активности, ветра – шторм или шквал, вызывая значительную турбулентность, а иногда обледенение и град. Наиболее опасная форма сдвига ветра – шторм или шквал, образующийся главным образом в результате взаимодействия с поверхностью земли и бокового растекания мощного нисходящего ветрового потока.

Основная опасностьсдвига ветра заключается в том, что помимо обычной турбулентности (болтанки) он вызывает резкое изменение воздушной скорости ВС, а не только путевой скорости, как это иногда считается. Действительно, пересекая за несколько секунд зону сдвига ветра, ВС попадает в область, где скорость ветра резко изменяется, а направление может быть даже противоположным (например, встречный ветер неожиданно становится попутным). Хотя подобная инверсия достаточно редка, но вполне реальна, особенно при интенсивной грозовой деятельности (см. рис. 1.10).

Рисунок 1.10 - Авария самолета из-за попадания в условия сдвига ветра

Важность сдвига ветра для авиации заключается в его воздействии на летные характеристики воздушных судов и, как следствие, в потенциально неблагоприятном влиянии на безопасность полетов. Хотя сдвиг ветра может присутствовать в атмосфере на всех высотах, его наличие на самом низком уровне – 500 м (1600 фут) – особенно важно для воздушных судов, производящих посадку и взлет.

На этапах начального набора высоты и захода на посадку значения воздушной скорости и относительной высоты воздушного судна близки к критическим, и поэтому воздушное судно особенно восприимчиво к неблагоприятному воздействию сдвига ветра.

Научно доказано, что реакция воздушного судна на сдвиг ветра является чрезвычайно сложной и зависит от множества факторов, включая тип воздушного судна, этап полета, масштаб воздействия сдвига ветра относительно размеров воздушного судна, интенсивность и длительность воздействия сдвига ветра на воздушное судно.

Отрицательное влияниесдвига ветра обусловлено двумя основными обстоятельствами : резким изменением вектора скорости ветра и инертностью ВС.

В совокупности это приводит к резкому изменению воздушной скорости, изменению подъемной силы, значительной просадкой ВС.

Действие сдвига ветра зависит от разностей скоростей ветра, размеров ВС и от того, как оно управляется пилотом.

Сдвиг ветра может быть вертикальным при изменении вектора потока по высоте и горизонтальным – при изменении вектора в различных точках пространства на одном уровне.

Это метеоявление практически не измеряется с земли и не указывается в прогнозах. Аэродинамические исследования показали, что опасной зоной влияния сдвига ветра является интервал высот от 9 до 24 метров.

Когда встречный ветер уменьшается или попутный возрастает, воздушная скорость ВС уменьшается, что приводит к полету ниже глиссады и, следовательно, к приземлению до ВПП.

И наоборот, если встречный ветер возрастает или попутный ветер уменьшается, то воздушная скорость ВС возрастает, полет осуществляется выше глиссады, что приводит к приземлению с перелетом.

Боковая составляющая сдвига ветра приводит к смещению ВС с осевой линии полета (см. рис.1.11).. Горизонтальные сдвиги в основном вызываются особенностями рельефа, аэродромными сооружениями, движением воздуха в направлении с гладкой поверхности к сильнопересеченной.

Рисунок 1.11 - Влияние боковой составляющей сдвига ветра