§ 2. Тропопауза и характеристика температурного режима

При выборе профиля, оценке условий полета и боевого применения на средних, больших высотах и в стратосфере необходимо знать и учитывать высоту и температуру тропопаузы, высоту, направление и скорость струйного течения, зоны болтанки самолетов, распределение температуры и ветра с высотой.

При оценке метеорологических условий на больших высотах и в стратосфере важно иметь четкое представление о положении тропопаузы. Это определяется следующим:

- тропопауза является границей между большими высотами стратосферой;

- уровень с минимальными температурами вблизи тропопаузы используется для разгона самолетов до максимальных сверхзвуковых скоростей;

- ниже тропопаузы на 1-2 км располагаются оси тропосферных струйных течений;

- верхняя граница перистых облаков чаще всего (в 81 - 83%) располагается на расстоянии +- 300 м от тропопаузы. За нижнюю границу тропопаузы принимается уровень устойчивого перехода к постоянной температуре или незначительному ее изменению. Толщина тропопаузы составляет от нескольких сотен метров до 1-1,5 км, а высота над умеренными широтами - 9-12 км.

Над СССР самая низкая тропопауза (4 км) наблюдается зимой в Якутии, а самая высокая (20-21 км) летом в Средней Азии и Закавказье. Выше тропопаузы обычно наблюдается инверсионное или изотермическое распределение температуры, которое способствует скоплению водяного пара, пыли, дыма ухудшению видимости.

По положению тропопаузы можно судить о верхней границе перистой облачности, вершинах кучево-дождевой облачности, об уровне с максимальными скоростями ветра. Верхняя граница перистых облаков достигает нижней границы тропопа­узы и проникает в нее только в 12% случаев. Тропопауза ограничивает рост кучево-дождевых облаков. Однако вершины кучево-дождевых облаков нередко пробивают тропопаузу и проникают в стратосферу. В отдельных случаях их превышение над тропопаузой было более 2000 м. Под тропопаузой в перистых и перисто-слоистых облаках наблюдается болтанка, наиболее интенсивная на нижней и верхней границах облаков. Пов­торяемость болтанки самолетов под тропопаузой (в слое 500-1000 м) достигает 70%.

При выполнении инженерно-штурманских расчетов, опре­делении практического потолка, характеристик скороподъем­ности, маневренности самолетов особое внимание обращается на положительные отклонения температуры воздуха от стандартных значений. В практике учитываются только положительные отклонения температуры не менее 10°.

При полете с заданным скоростным режимом по прибору повышения температуры воздуха по сравнению со стандартными приводят к падению тяги двигателей. Это происходит вследствие уменьшения плотности воздуха и массы воздуха, прохо­дящей через двигатель. Повышение температуры воздуха на 10° приводит к падению силы тяги на 4-9% в зависимости от типа двигателя. В этом случае для сохранения заданного ре­жима полета необходимо увеличить обороты двигателя на 1,7- 2,3%, что приводит к увеличению часового расхода топлива на такую же величину. Изменение температуры воздуха на 30° (при переходе от зимы к лету и наоборот) часовой расход топлива изменяется на 5-6%. Часовой и километровый расход топлива, как правило, с увеличением высоты полета до вы­сот 11-13 км уменьшается. Эта особенность используется для правильного выбора профиля полета.

Если полет выполняется на высоте, близкой к потолку, то при положительном отклонении температуры от стандартной на 20° и более даже максимальных оборотов может не хватить для поддержания заданного режима полета. В этом случае необходимо уменьшить высоту полета во избежание опасного уменьшения скорости, что сопровождается увеличением часово­го и километрового расхода топлива.

Если Инструкцией летчику (экипажу) предусмотрены максимально и минимально допустимые значения скорости по при­бору и числу М, то эти ограничения сохраняют силу при любых температурах воздуха на данной высоте. Соответствующие истинные скорости при повышении температуры возрастают, а при понижении - уменьшаются примерно на 1% на каждые 5°. однако комбинированный указатель скорости (КУС) и измери­тель числа М при полете на допустимых максимальной и минимальной скоростях этих изменений не улавливает. Выход за пределы максимально допустимой скорости полета может привести к разрушению конструкции самолета, а за минимальную скорость полета - к произвольному сваливанию самолета.

При полетах на максимальную дальность высота полета для одиночного самолета определяется на 800-1000 м, а для боевого порядка - на 2000-3000 м ниже практического по­толка. Это необходимо для одиночного и группового маневрирования с учетом атмосферных условий. При положительных Отклонениях температуры воздуха от стандартной высота потолка существенно уменьшается. При температуре воздуха выше стандартной на 10° высота потолка самолета на дозвуковом «жиме полета уменьшается на 300-500 м, а на сверхзвуковом- на 1000-1500 м.

При выполнении маневрирования на заданных высотах с Определенной скоростью по прибору повышенные по сравнению со стандартными температуры воздуха приводят к уменьшению приращения перегрузок (от фактических до предельно располагаемых). В результате увеличивается радиус и время выполнения виража, ухудшается разгон самолета, уменьшается скорости в верхних точках пространственных маневров.

Вертикальная скорость набора высоты при положительном отклонении температуры воздуха от стандартной на 10° умень­шается на 10-20%. Это приводит к увеличению времени набора заданной высоты на 6-10$, уменьшению времени дежурства истребителей в воздухе.

Влияние температуры сказывается на времени разгона самолета к сверхзвуковой скорости и расстоянии, пролетаемым самолетом в фазе разгона. Непример, при температуре воздуха выше стандартной на 5°С время, затрачиваемое на разгон, увеличивается примерно на 4 мин, а при Т>Тса на 15°С - на 15 мин, а расстояние, пролетаемое самолетом увеличивается соответственно на 100 и 370 км по сравнению с расчетным (по температуре СА). В такой метеорологической обстановке возникает проблема выбора правильной загрузки сверхзвуковых самолетов, появляется необходимость в прогнозе реальной температуры на эшелоне полета, а для планирования (месячного, сезонного) - в климатических данных отклонений реальной температуры от стандартной.

Таблица 23

Значения стандартной температуры на основных изобарических поверхностях

Изобарическая поверхность, мбар (гПа)	850	700	500	400	300	200 1
Температура в стандартной ат­мосфере, С	5,5	-4,5	-21	-31,5	-44,5	-56,5 J

Температуру на высоте полета с использованием данных карт AT можно рассчитать по формуле

Оценить возможные отклонения температуры воздуха hi высотах от стандартных значений можно по картам абсолютной топографии (AT) различных уровней и по аэрологической диаграмме сравнением фактической температуры со стандартной. Значения стандартных температур на основных изобарических поверхностях приведены в табл. 23.

t_H=t₀+-t_грН/100

где to - температура на уровне изобарической поверх­ности, С;

tгр - вертикальный градиент температуры (можно пользоваться стандартным - 0,65 /100 м);

Н - разность высот изобарической поверхности и полета, м.

Повторяемость температур на 10° выше стандартных на средних и больших высотах максимальна над полярными района­ми (более 30%). К югу она постепенно уменьшается, а в суб­тропических широтах (южнее 40° с.ш.) такие отклонения наб­людаются очень редко. На высотах около 20 км повторяемость температур выше стандартных над Европой и США 40-50%, а над северо-западной частью Тихого океане составляет более 95%.

Температура в тропосфере и стратосфере испытывает су­щественные изменения. Разности средних широтных температур показывают, что тропосфера летом и зимой теплее в низких широтах, а область холода располагается над полярными райо­нами. В стратосфере летом, наоборот, область холода распола­гается над тропическими широтами, а область тепла - над полярными. Причиной такого распределения температуры в се­верном полушарии является сильный прогрев стратосферы над полярными районами во время полярного дня и конвективное перемешивание воздуха до высот 16-18 км в тропических ши­ротах, приводящие к очень низким температурам.

Кроме периодических сезонных изменений в атмосфере наблюдаются непериодические изменения температуры, которые в высоких широтах могут происходить очень быстро (Взрывные волны тепла) как в тропосфере, так и в стратосфере (до 10-20 С за cyтки). В некоторых случаях в зимнее время в высоких широтах температура в стратосфере повышается на 25-30° по сравнению со стандартной. В связи с этим при вы­полнении полетов в стратосфере со сверхзвуковыми скоростя­ми необходим прогноз и учет таких резких потеплений.