Методика определения вертикального распределения зон обледенения воздушных судов в нижнем километровом слое атмосферы в районе аэродромов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.29, кандидат наук Мордус Дарья Петровна

• Мордус Дарья Петровна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Мордус Дарья Петровна

Введение

Глава 1. Условия обледенения воздушных судов

1.1. Основные понятия физики обледенения воздушных судов

1.2. Этапы исследования обледенения воздушных судов

1.3. Особенности пространственного распределения высоты нижней границы облаков нижнего яруса на территории Западной Сибири

1.4. Территориальные особенности обледенения воздушных судов на примере Международных аэропортов Новосибирска и Томска

1.4.1. Сезонная повторяемость обледенения воздушных судов за 20122015 гг

1.4.2. Средняя повторяемость обледенения воздушных судов в зависимости от высоты за 2012-2015 гг

1.5. Анализ метеорологических условий обледенения воздушных судов в

районе аэродрома города Томска

Основные результаты главы

Глава 2. Общая характеристика методики определения зон возможного обледенения воздушных судов

2.1. Способы прогноза обледенения

2.2. Описание методики определения зон возможного обледенения воздушных судов в реальном времени

2.3. Общие данные об экспериментах

2.3.1. Используемое оборудование

2.3.2. Места проведения экспериментальных исследований

Основные результаты главы

Глава 3. Экспериментальная проверка методики определения вертикальных зон возможного обледенения воздушных судов в

реальном времени

3.1. Результаты расчета вертикального распределения зон возможного обледенения воздушных судов для Международного аэропорта Томска

3.2. Результаты расчета вертикального распределения зон возможного обледенения воздушных судов для Международного аэропорта Новосибирска

3.3. Результаты расчета вертикального распределения зон возможного обледенения воздушных судов в районе аэродрома Международного аэропорта Томска

3.4. Оценка успешности методики прогнозирования обледенения воздушных судов

3.4.1. Оправдываемость прогноза обледенения в прогностических подразделениях Западно-Сибирского филиала ФГБУ «Авиаметтелеком Росгидромета»

3.4.2. Точность методики дистанционного определения зон возможного обледенения воздушных судов

Основные результаты главы

Заключение

Список литературы

Приложения

Приложение А. Результаты расчета вертикальных зон возможного

обледенения воздушных судов

Приложение Б. Результаты синоптического и метеорологического анализа... 110 Приложение В. Результаты анализа случаев обледенения при нестандартных температурах воздуха

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика определения вертикального распределения зон обледенения воздушных судов в нижнем километровом слое атмосферы в районе аэродромов»

Актуальность работы

К числу приоритетных направлений научно-технологического развития Российской Федерации относятся занятие и удержание лидерских позиций в освоении и использовании воздушного пространства. Существенными факторами, которые препятствуют эффективному освоению и использованию воздушного пространства, являются опасные явления в атмосфере. К числу наиболее значимых опасных явлений в атмосфере, которые усложняют работу авиации и приводят к авариям и катастрофам, относят обледенение воздушного судна (ВС).

Это явление возникает при отрицательной температуре и высокой влажности воздуха в атмосфере. В этом случае возможно образование водяного пара и капель воды разных размеров в переохлажденном состоянии, что, в свою очередь, может привести к образованию льда на различных частях ВС. Обледенение может происходить на любых высотах, но оно особенно опасно во время взлета и посадки. Здесь экипажу ВС необходимо принимать решения в короткие промежутки времени. Поэтому текущая информация о метеорологическом состоянии атмосферы должна быть не только максимально точной, но и иметь высокое пространственно-временное разрешение [1-3].

В настоящее время в аэропортах РФ мониторинг и прогноз обледенения ВС осуществляется на основе аэрологических измерений с заблаговременностью до 12 ч. На практике для уточнения прогноза используют данные об обледенении, которые поступают с бортов самолетов, а также весь доступный материал и опыт синоптиков. В силу высокой изменчивости температурных полей в атмосфере, данные прогнозы могут не отражать реальной картины, необходимой для производства полетов, т.к. для них используется информация, полученная на удалении от аэродрома, и имеющая низкое вертикальное разрешение.

Возможность получения прогноза обледенения ВС с высоким пространственно-временным разрешением появляется при использовании современной радиометрической техники дистанционного зондирования

атмосферы [4, 5]. Одним из перспективных радиометрических средств пассивного дистанционного зондирования температуры в нижнем километровом слое атмосферы является метеорологический температурный профилемер МТР-5 [6]. Периодичность измерений профиля температуры данного профилемера составляет 5-10 мин., а пространственное разрешение, в зависимости от высоты, 10, 25 и 50 м, что соответствует пространственно-временным масштабам изменений атмосферных условий в периоды возможного обледенения ВС на взлете и посадке. Поэтому разработка методик мониторинга и прогнозирования текущего состояния атмосферы, при котором возникают условия способствующие обледенению ВС в нижнем километровом слое, с помощью метеорологического температурного профилемера МТР-5 является актуальной задачей.

Объект исследования: явление обледенения ВС.

Предмет исследования: оперативная методика обнаружения зон обледенения ВС.

Цели и задачи исследования

Основная цель работы - разработка методики дистанционного определения зон возможного обледенения ВС в полете на основе данных МТР-5 и Аэродромной метеорологической информационно-измерительной системы (АМИС-РФ) с использованием прогностической формулы Годске и прогностической модели Шульца-Политович.

Основные задачи:

1. Исследование вероятности формирования зон обледенения ВС в нижнем километровом слое атмосферы на основе анализа пространственного распределения высоты нижней границы облаков нижнего яруса для территории Западной Сибири, а также средней и сезонной повторяемости обледенения ВС по данным бортовых наблюдений для Международного аэропорта Томска и Новосибирска.

2. Разработка методики дистанционного определения вертикального распределения зон возможного обледенения ВС на основе данных МТР-5 и АМИС-РФ. Исследовать вертикальные зоны возможного обледенения ВС для

Международных аэропортов Томска и Новосибирска с использованием предложенной методики.

3. Проведение оценки успешности прогноза зон возможного обледенения ВС на основе предложенной методики дистанционного определения.

Исходные данные

В работе использовались данные АМИС-РФ и результаты расчета оправдываемости прогноза обледенения ВС, предоставленные ЗападноСибирским филиалом ФГБУ «Авиаметтелеком Росгидромета»; данные геофизической обсерватории Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН); общедоступные данные наблюдательной сети Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды России (Росгидромет) в виде синоптических карт барической топографии; метеоданные NOAA по облачности; данные вертикальных профилей температуры аэрологического радиозондирования Университета Вайоминга (University of Wyoming, College of Engineering).

Основные положения, выносимые на защиту

1. Повторяемость случаев обледенения ВС для нижнего километрового слоя атмосферы в районе аэродрома Международного аэропорта Томска из анализа данных бортовой погоды за 2011-2015 гг. достигает 32 % от всех случаев обледенения ВС.

2. Методика дистанционного определения вертикальных зон вероятного обледенения ВС в атмосфере, основанная на данных температурного профилемера MTP-5 и АМИС-РФ позволяет выявлять такие зоны в нижнем километровом слое с пространственным и временным разрешением не хуже 50 м и 5 мин., соответственно.

3. Оценка предупрежденности прогноза обледенения ВС в нижнем километровом слое атмосферы на основе предложенной методики в течение

30 мин составляет 89 % по модели Шульца-Политович и 83 % по формуле Годске в районе аэродрома Международного аэропорта Томска за период 2012-2013 гг.

Научная новизна работы

1. Изучены зависимости средней и сезонной повторяемости обледенения ВС от высоты, усредненные за период с 2011 г. по 2015 г. на основе данных АМИС-РФ для Международного аэропорта Томска и Новосибирска.

2. Предложена методика дистанционного определения вертикальных зон вероятного обледенения ВС в реальном времени.

3. Впервые исследованы и систематизированы вертикальные зоны возможного обледенения ВС в Международных аэропортах Томска и Новосибирска на основе данных МТР-5 и АМИС-РФ.

Научная и практическая значимость

Результаты работы создают научную основу для применения методики дистанционного зондирования в исследовании вертикального распределения зон возможного обледенения ВС с использованием метеорологического температурного профилемера МТР-5 совместно с данными АМИС-РФ.

Работа может служить основой при составлении методических рекомендаций по обеспечению безопасности лётной эксплуатации ВС, включая малую авиацию, в сложных метеорологических условиях для аэропортов региона юга Западной Сибири.

Достоверность результатов диссертационной работы определяется:

• использованием данных АМИС-РФ, полученных авиационной метеорологической станцией гражданской (АМСГ) Международного аэропорта Томска и зональным авиационным метеорологическим центром (ЗАМЦ) Международного аэропорта Новосибирска;

• использованием данных о профиле температуры воздуха в нижнем километровом слое, полученных с помощью метеорологических температурных профилемеров МТР-5РЕ и МТР-5НЕ, имеющих свидетельства об утверждении типа средств измерений;

• использованием способов диагностики и прогноза метеорологических условий, приводящих к обледенению ВС в полете, которые приняты в авиационной метеорологии и используются в оперативной практике АМСГ и ЗАМЦ РФ;

• согласием полученных результатов с данными бортовой погоды.

Личный вклад автора. Непосредственно автором диссертации обработаны

данные журнала АВ-6, обработаны материалы приземных синоптических и высотных карт погоды. Автор принимала участие в разработке методики, предложенной в диссертационной работе, а также в обработке и анализе полученных результатов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на международных и всероссийских научных конференциях: Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (Новосибирск, 2014; Томск, 2015, 2016), Всероссийская молодежная научно-практическая конференция с международным участием «Современные достижения и проблемы в области изучения окружающей среды» (Барнаул, 2014), Рабочая группа «Аэрозоли Сибири» (Томск, 2014, 2015), 19-я Международная школа-конференция молодых ученых «Состав атмосферы. Атмосферное электричество. Климатические процессы» (Туапсе, 2015), 2-й Международная научная конференция «Климатология и гляциология Сибири» (Томск, 2015), Международная конференция и школа молодых ученых по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды «ENVIROMIS-2018» (Томск, 2018). Всего сделано 9 докладов, из них 8 устных.

Настоящая работа выполнялась в рамках госзаданий и грантов:

а) Госбюджетная тема № 01201353356 «Погодно-климатические изменения в Сибири и Арктике в условиях усиления аэрозольных нагрузок» (2015-2016 гг.);

б) Госбюджетная тема № АААА-А17-117013050038-7 «Влияние аэрозольных нагрузок на погодно-климатические изменения в Сибири и Арктики» (20172018 гг.); в) Грант РФФИ № 18-05-8005 «Разработка технологии прогнозирования

обледенения воздушного судна в полете на основе радиометрических наблюдений за состоянием атмосферы прибрежной зоны» (2018-2021 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 19 научных работ, в том числе 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для представления основных результатов диссертации, а также получен 1 патент.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка и трех приложений. Работа изложена на 123 страницах, включает 10 таблиц, 105 рисунков и список библиографических источников из 1 35 наименований.

Благодарность. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, члену-корреспонденту РАН, д.ф.-м.н., профессору В.В. Зуеву и с.н.с., к.ф.-м.н. А.П. Шелехову за неоценимую помощь и поддержку на всех этапах написания диссертации, а также за значительный вклад в создании данной работы. Особую благодарность за содействие в проведении исследований автор выражает сотрудникам Западно-Сибирского филиала ФГБУ «Авиаметтелеком Росгидромета» в том числе А.К. Марковой (начальник АМСГ Томск с 1973 по 2018 гг.).

Глава 1. Условия обледенения воздушных судов

1.1. Основные понятия физики обледенения воздушных судов

Условия, при которых возникает обледенение, формируются в нижних слоях атмосферы - в тропосфере. Здесь воздух может содержать воду в трех фазах и различные примеси (мельчайшую пыль, продукты горения, соли и т.д.). Обледенение ВС в большинстве случаев происходит при полете в среде, содержащей капли воды при отрицательной температуре окружающего воздуха, в основном, в облаках или в условиях переохлажденного дождя [7-10].

Необходимыми условиями обледенения ВС в полете являются наличие достаточного количества влаги в воздухе (облака, осадки), отрицательные температуры воздуха и поверхности ВС [11, 12]. Согласно [13, 14] обледенением принято считать лед, образующийся на обтекаемых частях самолетов и вертолетов, а также на силовых установках и внешних деталях специального оборудования при полете в облаках, тумане или мокром снеге.

Возникновение обледенения возможно вследствие двух основных причин. Во-первых, обледенение может происходить за счет сублимации водяного пара в атмосфере. Процесс непосредственного перехода водяного пара, содержащегося в воздухе, в твёрдую фазу воды (лёд, снег) происходит при быстром снижении охлажденного самолета, попадающего при этом в более теплый и влажный воздух. Данное явление может наблюдаться при отрицательной температуре воздуха, когда упругость водяного пара (е) превышает упругость насыщения (Ел) по отношению к поверхности льда:

е > Ел. (1.1)

Как правило, при этом ВС покрывается слоем инея, который исчезает при выравнивании температур. Обледенение инееобразного вида может происходить и при ясном небе [15-18].

Второй причиной возникновения обледенения является замерзание переохлажденных водяных капель, которые, сталкиваясь с поверхностью летящего самолета, замерзают и образуют ледяные отложения на различных его деталях [15-18]. Обледенение данного типа происходит только при полете в среде, содержащей переохлажденные капли (в облаках или в условиях переохлажденного дождя) [19, 20]. Наибольшую опасность для ВС представляет именно обледенение в условиях замерзания переохлажденных водяных капель, а сублимационное обледенение является незначительным [19, 21].

Процесс обледенения самолета описывается уравнением движения облачной водяной капли, где необходимо найти результирующую силу, под действием которой происходит ее движение:

т$ = С' (1.2)

здесь используется масса капли (т), радиус-вектор, определяющий положение капли в потоке ''(х,у). Далее учитывается только сила вязкости, которая подчиняется закону Стокса, согласно которому действующая сила:

О = вжкАГ, (1.3)

где к - коэффициент вязкости, г - радиус капли, А¥ - векторная разность скоростей воздуха и капли. Будем считать форму капли сферической и введем безразмерные величины. За единицу длины будем считать характерный размер крыла С, за единицу скорости - скорость невозмущенного потока Ж, за единицу времени - отношение единицы длины к единице скорости (С/Ж). Получим уравнения для расчета коэффициента оседания капель.

Г = , (1.4)

^ = (1.5)

где £=х/С; у=у/С; Р=(2г Урк)/9кС. Из уравнений видно, что движение капель зависит от их радиуса, от толщины крыла, вязкости воздуха и скорости полета. Вблизи обтекаемого профиля на каплю действует две силы: сила инерции и сила сопротивления воздушного потока [22].

При рассмотрении процесса обледенения ВС обязателен учет водности облаков и температурных условий намерзания льда [22]. Данные условия учитываются в определении интенсивности обледенения, которая характеризуется массой льда, отлагающегося на единице площади обледеневающей поверхности ВС в единицу времени. Однако на практике интенсивность обледенения удобнее характеризовать толщиной льда, отлагающегося на единице площади обледеневающей поверхности ВС в единицу времени [11]. Размерность интенсивности обледенения - мм/мин. Интенсивность обледенения главным образом зависит от таких факторов, как водность облака, агрегатное состояние капель, размер водяных капель, скорость воздушного потока, профиль крыла [11].

Интенсивность обледенения рассчитывается по формуле:

/=(1.6)

Р л

-5

где и - скорость полета (км/ч), w - водность облаков (г/м ), рл - плотность льда (г/см2), Е

- интегральный коэффициент захвата капель, в - коэффициент намерзания.

Значение водности облаков меняется в широких пределах от тысячных долей до нескольких граммов в 1 кубометре воздуха. С увеличением водности облаков интенсивность обледенения в них возрастает. Наиболее сильное обледенение отмечается при водности, превышающей 1 г/м3. Однако такая закономерность наблюдается до тех пор, пока средняя температура обледеневающей поверхности ниже 0 °С, и когда вся осевшая вода замерзает [22]. Для всех типов облачности водность имеет различные значения. Для облаков внутримассовой облачности (слоисто-кучевая, слоистая, высоко-кучевая)

водность возрастает от их нижней границы вверх, достигая максимума несколько ниже верхней границы. Большие значения водности отмечаются лишь в верхней части мощных облаков. Самые малые значения водности встречаются в очень тонких слоях облака, вблизи его границ. Во фронтальных облаках (высокослоистых, слоисто-дождевых) осаждение, т.е. перенос воды сверху вниз, приводит к уменьшению водности в верхних их частях и к возрастанию ее в нижних. Поэтому большие значения водности равновероятны в значительной толще облака [21].

Поскольку обледенение происходит при попадании ВС в среду, содержащую переохлажденные водяные капли, то их агрегатное состояние имеет существенное значение. Ледяные кристаллы и град обычно не оседают на поверхности ВС, так как соскальзывают с нее и уносятся воздушным потоком [22]. Размер водяных капель также играет большую роль в процессе обледенения. Крупные капли, попадающие на крыло ВС, оседают на его поверхности и отложение льда может происходить в больших масштабах. Поток воздуха, содержащий мелкие капли, приводит к отложению льда на узком участке крыла, или отложения льда вообще не наблюдается. В действительности воздух содержит капли разных размеров [19].

Большую роль в оседании капель на поверхности крыла играет скорость воздушного потока. Чем больше скорость ВС, тем большее количество капель будет оседать на профиле крыла в единицу времени. С увеличением скорости происходит отложение на крыле капель разных размеров [19]. Толщина профиля крыла является одним из составляющих в образовании льда на поверхности ВС. Профиль меньшей толщины обледеневает интенсивнее, чем толстый профиль [19]. Важным фактором возникновения обледенения ВС, является не только состояние атмосферы, но и особенности конструкции судна, его скорость и продолжительность полета [8]. Также необходимо учитывать кинетический нагрев поверхности самолета. Для его расчета используется формула (1.7), где учтен полет в облаках или в осадках, т.к. здесь кинетический нагрев меньше, чем при полете с той же скоростью в сухом воздухе.

Ткин = 3,87х10-5х¥2^а, (1.7)

где V — скорость полета (км/ч); Yа — сухоадиабатический градиент в случае полета вне облаков и влажноадиабатический градиент температуры при полете в облаках.

У различных участков поверхности крыла кинетический нагрев неодинаков. Наибольший нагрев происходит в критической точке, т.е. у передней кромки, к задней части крыла нагрев уменьшается.

Отложение льда на ВС происходит, как правило, в облаке при отрицательной температуре, оно вызывается столкновением ВС с переохлажденными облачными каплями и в итоге их замерзанием. В настоящее время в гражданской авиации эксплуатируются самолеты с турбовинтовыми и турбовентиляторными двигателями (например, А320, ЛТЯ-72 и др.), но также в некоторых случаях могут использоваться и самолеты с поршневыми двигателями (АТ-400, АН-2). Поршневые самолеты сильно подвержены обледенению, особенно выступающие и направленные навстречу потоку детали, такие как остекление кабины пилота, плоскости и винт, капоты моторов, стабилизатор, элероны, радиоантенны, приемник воздушного давления. Как правило, решающее значение имеет отсутствие противообледенительных систем (ПОС) [21, 23]. У турбовинтовых самолетов к критическим поверхностям можно отнести переднюю кромку крыла, стабилизатор, руль высоты, лопасти винта, входной направляющий аппарат двигателя, а также хвостовое оперение, фюзеляж, гондолы. Все современные ВС оснащены ПОС, что повышает безопасность авиаперевозок.

Влияние, оказываемое отложением льда на ВС, существенно, и проявляется оно в ухудшении устойчивости и управляемости ВС. Обледенению обычно подвержены такие поверхности ВС, как передние кромки крыла и оперения, входные кромки воздухозаборников двигателей, входной направляющий аппарат компрессора двигателя, лопасти и обтекатели воздушных винтов турбовинтовых или винто-вентиляторных двигателей, остекление кабины экипажа, лопасти несущих и рулевых винтов вертолетов, датчики пилотажно-навигационных

приборов, выходящие в поток, обтекатели радиолокационных и радиосвязных антенн.

Накопление льда приводит к изменению условий обтекания, значительному снижению подъемной силы крыла и возрастанию коэффициента лобового сопротивления. Снижение подъемной силы увеличивает риск срыва потока при меньших углах атаки. Это ухудшает скороподъемность ВС, высоту потолка, максимальную скорость и маневренные характеристики, увеличивает расход топлива.

Сильное обледенение может привести к разрушению подшипников ротора и всего двигателя, это происходит, когда покрываются льдом лопатки входного направляющего аппарата двигателя или первые ступени компрессора двигателя, возникает дисбаланс ротора и в итоге разрушающая вибрация.

Обледенение остекления кабины экипажа, обтекателей антенн и датчиков пилотажно-навигационных приборов приводит к усложнению условий полета и созданию неблагоприятной обстановки для работы экипажа.

Серьезную опасность обледенение представляет для вертолетов при горизонтальном полете. Здесь лед может образовываться на лобовой части кабины, шасси, стабилизаторе, на лопастях несущего и хвостового винтов. Наибольшую опасность представляет обледенение винтов, т.к. отложение льда нарушает баланс ротора и вызывает сильную вибрацию [24]. В настоящее время не все типы вертолетов оборудованы ПОС, поэтому обледенение для них может привести к катастрофе.

Особенно велико влияние обледенения на этапах взлета и посадки. Взлетать на обледеневшем ВС запрещается. Из-за обледенения ВС значительно увеличивается скорость отрыва и длина разбега. Кроме того, возрастает скорость сваливания, а также ухудшается управляемость ВС. В свою очередь при посадке обледенение ВС еще более опасно. На устойчивость и управляемость ВС оказывает обледенение стабилизатора. В результате может возникнуть тенденция к пикированию.

В настоящее время учет всех факторов, которые способствуют возникновению обледенения ВС, не может быть осуществлен. Поэтому прогноз обледенения дается на основе физических заключений, где рассматривается анализ синоптических карт, анализ знаний о процессах образования различных форм облаков и их микроструктурных особенностей [25].

1.2. Этапы исследования обледенения воздушных судов

Развитие авиации - увеличение количества полетов, увеличение скоростей и дальности полетов - привело к необходимости исследования опасных метеорологических явлений, в том числе обледенения ВС. Все исследования можно разделить на два этапа, первые и основные - это экспериментальные исследования, которые исчерпали себя к середине XX века. Вторым этапом послужило развитие вычислительной техники и моделирования.

Первые попытки исследования процессов обледенения в атмосфере были выполнены в 1922-1923 гг. Пеплером с помощью воздушных змеев. Начиная с 1929 г. возрастает количество исследований по обледенению [26-28]. В 1939 г. Н.В. Лебедевым представлен обзор основных работ, связанных с обледенением самолетов [29]. Важные открытия в области метеорологических условий обледенения самолетов и вертолетов принадлежат А.Х. Хргиану, И.Г. Пчелко, И.П. Мазину [21, 23, 30]. В статье А.Х. Хргиана из сборника «Обледенение воздушных судов» (1938 г.) были описаны основные физические процессы, приводящие к обледенению самолетов [31]. Большой вклад в описание повторяемости и вероятности обледенения в различных синоптических условиях внесли работы И.Г. Пчелко, В.М. Курганской, М.В. Завариной, В.Д. Степаненко и др. [32, 33]. Разработка метода прогнозирования обледенения самолетов в полете принадлежит И.Г. Пчелко и А.М. Боровикову [34]. Изучением физических процессов обледенения самолетов с конца 40-х годов стали заниматься такие советские ученые, как А.И. Хргиан, Т.Г. Пчелко, И.П. Мазин, Л.М. Левин, О.К. Трунов [19, 35, 36], также и зарубежные - В. Льюис, Бергран, Тайбус, Девис,

Тейлор [37-41]. Большой вклад в понимание процесса обледенения ВС внесла работа Центральной аэрологической обсерватории, где проводились экспериментальные исследования на летающей лаборатории под руководством А.М. Боровикова [42].

Изучение физики облаков и условий полета в облачности способствовало детальному рассмотрению процессов обледенения. Исследованием физических процессов в облаках занимались такие советские ученые, как А.Х. Хргиан, И.П. Мазин, С.М. Шметер и др. [43, 44]. Существенный вклад в исследовании процессов облакообразования внесли зарубежные авторы: Бревер, Фурнье, Фрезер, Якоби и др. [45-48].

С середины XX столетия экспериментальных полетов по изучению условий обледенения стало выполняться гораздо меньше, а к концу века они были практически приостановлены.

В 60-е годы началось широкое использование электронной вычислительной техники для составления авиационных прогностических карт погоды, а также использование для метеорологического обеспечения полетов информации с метеорологических искусственных спутников Земли [49]. К 80-м годам уже накопилось большое количество информации о физике обледенения, о полете в условиях обледенения и т.д., а также были разработаны методы и средства борьбы с данным опасным метеорологическим явлением [50, 51].

Исследование влияния обледенения на аэродинамические характеристики самолета более активно началось с развитием вычислительной техники и возможности предварительного проектирования летательных аппаратов [52-62]. Увеличение быстродействия и объема памяти ЭВМ, а также развитие численных методов и моделей, предоставило широкие возможности для математического моделирования все более сложных задач, связанных с процессами обледенения [63-66].

Внедрение метеорологических радиолокаторов (МРЛ) в сеть Росгидромет позволило определять районы, в которых отмечается или предполагается возможность обледенения, а также ее интенсивность. Наблюдения производятся,

как правило, один-два раза в час, а в случае необходимости и чаще. Определение интенсивности обледенения относится к расширенным возможностям МРЛ. Выявление зон обледенения с помощью МРЛ возможно только тогда, когда оно связанно с конвективной облачностью. В настоящее время по всей территории РФ происходит замена МРЛ-5 на усовершенствованные доплеровские метеорологические радиолокаторы (ДМРЛ), которые позволяют в автоматическом режиме проводить непрерывные наблюдения и получать информацию о местоположении и характеристиках облачности, осадков и связанных с ними опасных явлениях погоды [67].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мордус Дарья Петровна, 2019 год

Список литературы

1. Reehorst, A.L. The NASA Icing Remote Sensing System / A.L. Reehorst, D.J. Brinker, T.P. Ratvasky // 11th Conf. on Aviation, Range, and Aerospace Meteorology. - 2005. - P. 80776. - Режим доступа: https: //ntrs .nasa. gov/archive/nasa/casi.ntrs .nasa. gov/20050175843. pdf.

2. Reinking, R.F. Concept and design for a pilot demonstration Ground-based Remote Icing Detection System / R.F. Reinking, R.A. Kropfli, S.Y. Matrosov, W.C. Campbell, M.J. Post, D.A. Hazen, J.S. Gibson, K.P. Moran, B.E. Martner // 30th Conf. on Radar Meteorology. - 2001. - P. 214-217. - Режим доступа: https://ams.confex.com/ams/pdfpapers/21730.pdf.

3. Иванова, А.Р. Опыт верификации численных прогнозов влажности и оценка их пригодности для прогноза зон обледенения воздушных судов / А.Р. Иванова // Метеорология и гидрология. - 2009. - № 6. - С. 33-46.

4. Иванова, А.Р. Перспективы развития наукастинга для метеорологического обеспечения авиации в рамках реализации глобального аэронавигационного плана (ГАНП) / А.Р. Иванова, Н.П. Шакина // Труды Гидрометцентра России. - 2016. - № 360. - С. 113-134.

5. Шакина, Н.П. О результатах испытания метода прогноза зон возможного обледенения воздушных судов / Н.П. Шакина, Е.Н. Скриптунова, А.Р. Иванова, И.А. Горлач // Информационный сборник. Результаты испытания новых и усовершенствованных технологий, моделей и методов гидрометеорологических прогнозов. - 2010. - № 37. - С. 124-135.

6. Kadygrov, E.N. The potential for temperature retrieval from an angular-scanning single-channel microwave radiometer and some comparisons with in situ observations / E.N. Kadygrov, D.R. Pick // Meteorol. Appl. - 1998. - V. 5, N 4. -P. 393-404.

7. Руководство по прогнозированию метеорологических условий для авиации / под ред. К.Г. Абрамович, А.А. Васильева. - М.: Госкомгидромет, 1985. -302 с.

8. Богаткин, О.Г. Анализ и прогноз погоды для авиации / О.Г. Богаткин, В.Д. Еникеева. - Л.: Гидрометиздат, 1985. - 232 с.

9. Приходько, А.А. Обледенение аэродинамических поверхностей: условия возникновения и методика расчета / А.А. Приходько, С.В. Алексеенко // Авиационно-космическая техника и технология. - 2012. - Т. 93, № 6. - С. 37-47.

10. Turcotte, F.A. A method for aircraft icing diagnosis in precipitation: A thesis for the degree of Master of Science. - McGill University, 1994. - 73 p.

11. Cold Weather Operations: Be prepared for icing. - Blagnac, France: ATR Customer Services, 2009. - 71 с.

12. Шевяков, В.И. Решение новых задач аэродинамики в процессе сертификации самолетов транспортной категории -противообледенительная система / В.И. Шевяков // Научный вестник МГТУ ГА. - 2014. - № 199. - С. 74-82.

13. Богаткин, О.Г. Авиационная метеорология. Учебник / О.Г. Богаткин. -СПб.: Изд. РГГМУ, 2005. - 328 с.

14. Бабиков, М.А. Авиационная метеорология / М.А. Бабиков. - М.: ДОСАРМ, 1951. - 208 с.

15. Позднякова, В.А. Практическая авиационная метеорология / В.А. Позднякова. - Екатеринбург: Уральский УТЦ ГА, 2015. - 128 с.

16. Хргиан, А.Х. Физика атмосферы / А.Х. Хргиан. - Л.: Гидрометеоиздат, 1969. - 645 с.

17. Шишкин, Н.С. Облака, осадки и грозовое электричество / Н.С. Шишкин. -Л.: Гидрометеоиздат, 1964. - 402 с.

18. Мейсон, Б.Дж. Физика облаков / Б.Дж. Мейсон. - Л.: Гидрометеоиздат, 1961. - 542 с.

19. Трунов, О.К. Обледенение самолетов и средства борьбы с ними / О.К. Трунов. - М.: Машиностроение, 1965. - 247 с.

20. Korolev, A.V. Small ice particles in tropospheric clouds: fact or artifact? Airborne icing instrumentation evaluation experiment / A.V. Korolev, E.F.

Emery, J.W. Strapp, S.G. Cober, G.A. Isaac, M. Wasey, D. Marcotte // BAMS. -2011. - V. 92, N 8. - P. 967-973.

21. Физика облаков / Под ред. А.Х. Хргиан. - Л.: Гидрометеоиздат, 1961. -458 с.

22. Баранов, А.М. Авиационная метеорология / А.М. Баранов, С.В. Солонин. -Л.: Гидрометиздат, 1981. - 383 с.

23. Мазин, И.П. Физические основы обледенения самолетов / И.П. Мазин. - М.: Гидрометеоиздат, 1957. - 112 с.

24. Мазуров, Г.И., Нестерук В.Н. Метеорологические условия и полеты вертолетов / Г.И. Мазуров, В.Н. Нестерук. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. -254 с.

25. Пчелко, И.Г. Авиационная метеорология / И.Г. Пчелко. - Л.: Гидрометеоиздат, 1963. - 336 с.

26. Bleeker. Einige Bemerkungen über Eiseinsatz auf Flugzeugen / Bleeker // Met. Zeitsch. - 1932. - V. 49, N. 9.

27. Samuels, L.T. Investigation of conditions favorable for the formation of ice on airplanes / L.T. Samuels // Bull. Am. Met. Soc. - 1929. - V. 10, N 6/7.

28. Köhler, H. On water in the clouds / H. Köhler // Geophys. Publikatjoner. - 1930.

29. Лебедев, Н.В. Борьба с обледенением самолетов / Н.В. Лебедев. - М.: Оборонгиз, 1939. - 224 с.

30. Курганская, В.М. Метеорологические условия обледенения самолетов / В.М. Курганская, И.Г. Пчелко. - Л.: Гидрометеоиздат, 1947. - 110 с.

31. Беленкин, Я.Д. Обледенение воздушных судов / Я.Д. Беленкин, Н.П. Фомин, А.Х. Хргиан. - М., 1938.

32. Пчелко, И.Г. Обледенение самолетов / И.Г. Пчелко, В.М. Курганская. - Л.: Гидрометеоиздат, 1947.

33. Заварина, М.В. Обледенение самолетов / М.В. Заварина. - Л.: Гидрометеоиздат, 1947.

34. Пчелко, И.Г. Результаты обработки данных микроструктурных наблюдений для облаков с обледенением и без обледенения / И.Г. Пчелко, А.М. Боровиков // Труды ЦИП. - 1959. - Т. 80.

35. Левин, Л.М. Некоторые результаты исследования структуры облаков / Л.М. Левин, Р.Ф. Старостина // ДАН СССР. - 1953. - Т. 93, № 2.

36. Трунов, О.К. Безопасность взлета в условиях обледенения. Сведения, правила, рекомендации для летного и наземного персонала гражданской авиации / О.К. Трунов. - М.: АФЕС, 1995. - 70 с.

37. Lewis, W. Meteorological aspects in aircraft icing / W. Lewis // Compend. Met. -1951.

38. Berggrun, N.R. An empirical method for determination of area, rate and distribution of water drop impingment on airfoils / N.R. Berggrun // NACA Techn. Note. - 1951. - N 2476.

39. Tribus, M. Analysis of heat transfer over a small cylinder in icing conditions on Mount Washington / M. Tribus, S. Bader // Trans. ASME. - 1948. - V. 70, N 8.

40. Tribus, M. Limitation and mathematical basis for predicting aircraft icing / M. Tribus, C.B. Young, L.M. Boelter // Trans. ASME. - 1948. - V. 70, N 8.

41. Taylor, V. Notes on possible equipment and technique for experiments on icing on aircraft / V. Taylor // Aeronaut. Res. Comm. R. M. - 1940. - N 2024.

42. Боровиков, А.М. Полет 27/X 1948 г. и исследование процессов, происходящих в капельных облаках / А.М. Боровиков, А.Х. Хргиан // Труды ЦАО. - 1949. - T. 5.

43. Хргиан, А.Х. О распределении капель по размерам в облаках / А.Х. Хргиан, И.П. Мазин // Труды ЦАО. - 1952. - T. 7.

44. Шметер, С.М. О содержании хлора в воде облаков в связи с их микроструктурой / С.М. Шметер // Труды ЦАО. - 1957. - T. 9.

45. Brewer, A.W. Freezing of supercooled water / A.W. Brewer, H.P. Palmer // Proc. Phys. Soc. B. - 1955. - V. 64.

46. Fournier, A. Some experiments on the condensation of water vapour at temperatures below 0°C / A. Fournier // Quart. Journ. Roy. Met. Soc. - 1949. -V. 75, N 323.

47. Fraser, D. Production of ice crystals in clouds by seeding / D. Fraser // Nature. -1949. - V. 164.

48. Jacobi, W. Über die Eisbildung in reinem unterkühltem Wasser / W. Jacobi // Z. Naturforsch. - 1955. - N 4.

49. Астапенко, П.Д. Авиационная метеорология / П.Д. Астапенко, А.М. Баранов, И.М. Шварев. - Л.: изд. ОЛАГА, 1976. - 99 с.

50. Зак, М.Е. Метеорологические условия полетов летательных аппаратов / М.Е. Зак, Н.И. Мазурин. - М.: Транспорт, 1978. - 165 с.

51. Астапенко П.Д. Погода и полеты самолетов и вертолетов / П.Д. Астапенко, А.М. Баранов, И.М. Шварев. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 280 с.

52. Addу, Н.Е. Ice accretions and icing effects for modern airfoils / H.E. Addу // NASA TP-2000-210031. - 2000. - 285 p.

53. Bragg, M.B. Effects of large-droplet ice accretion on airfoil and wing aerodynamics and control / M.B. Bragg, E. Loth // D0T/FAA/AR-00/14. - 2000. -176 p.

54. Lyncha, F.T. Effects of ice accretions on aircraft aerodynamics / F.T. Lyncha, A. Khodadoust // Progress in Aerospace Sciences. - 2001. - V. 37. - P. 669-767.

55. Papadakis, M. Aerodynamic performance of a swept wing with ice accretions / M. Papadakis, H.-W. Yeong, S.-С. Wong, M. Vargas, M. Potapezuk // AIAA Paper. - 2003. - V. 731. - P. 48.

56. Vargas, M. Current experimental basis for modeling ice accretions on swept wings / M. Vargas // AIAA Paper. - 2005. - V. 5188. - P. 28.

57. Bragg, M.B. Iced-airfoil aerodynamics / M.B. Bragg, A.P. Braeren, L.A. Blumenthal // Progress in Aerospace Sciences. - 2005. - V. 41. - P. 323-362.

58. Богатырей, B.B. Расчетные исследования влияния имитаторов барьерного обледенения на аэродинамические характеристики профиля крыла на режиме ожидания / B.B. Богатырей // ТBФ. - 2007. - № 2. - С. 23-30.

59. Богатырев, В.В. Расчетные исследования влияния имитаторов барьерного обледенения на аэродинамические характеристики профиля крыла на режиме посадки / В.В. Богатырев // ТВФ. - 2009. - № 1. - С. 1-9.

60. Андреев, Г.Т. Влияние имитаторов льда на аэродинамические характеристики моделей самолетов с прямым крылом / Г.Т. Андреев, В.В. Богатырев, О.В. Павленко, Ю.П. Мельничук // Полет. - 2009. - № 8. - С. 5460.

61. Ratvasky, T.P. Current methods modeling and simulating icing effects on aircraft performance, stability, control / T.P. Ratvasky, B.P. Barnhart, S. Lee // J. Aircraft. - 2010. - V. 47, N 1. - P. 201-211.

62. Raps, D. Comparative evaluation of icing on aerodynamic surfaces / D. Raps, S. Jung // 28-th International congress of the aeronautical sciences. - 2012. - P. 6.

63. Мещерякова, Т.П. Проектирование систем защиты самолетов и вертолетов / Т.П. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1977. - 232 с.

64. Aircraft Icing Handbook. - Режим доступа: https: //www.caa.govt.nz/safety_info/GAPs/Aircraft_Icing_Handbook.pdf.

65. Байкулова, Н.Й. О математическом моделировании взлета транспортного самолета в сложных метеоусловиях / Н.Й. Байкулова, Ю.Е. Кузьмина, И.Ф. Полякова, В.Г. Ципенко // Методы инженерного обеспечения безопасности полетов. - М.: МИИГА, 1985. - C. 95-102.

66. Приходько, А.А. Математическое моделирование процессов тепломассообмена при обледенении аэродинамических профилей / А.А. Приходько, С.В. Алексеенко // Конвективный тепломассообмен. - 2008. - Т. 1. - С. 1-10.

67. Горбатенко, В.П. Метеорологический радиолокатор МРЛ-5: производство наблюдений. Диагноз и прогноз опасных явлений погоды: Учебное пособие / В.П. Горбатенко, В.И. Слуцкий, Л.Н. Бычкова. - Томск: Изд-во «ТМЛ-Пресс», 2007. - 120 с.

68. Serke, D.J. Supercooled large drop detection with NASA's Icing Remote Sensing System / D.J. Serke, A.L. Reehorst, M.K. Politovich // Proc. SPIE. - 2010. - V. 7827. - P. 782705.

69. Vivekanandan, J. Retrieval of atmospheric liquid and ice characteristics using dual-wavelength radar observations / J. Vivekanandan, B.E. Martner, M.K. Politovich, G. Zhang // IEEE T. Geosci. Remote. - 1999. - V. 37, N 5. - P. 23252334.

70. Reehorst, A. Progress in the development of practical remote detection of icing conditions / A. Reehorst, M.K. Politovich, S. Zednik, G.A. Isaac, S. Cober // 12th Conf. on Aviation Range and Aerospace Meteorology. - 2006. - Режим доступа: https://ams.confex.com/ams/Annual2006/techprogram/paper_100499.htm.

71. Bernstein, B.C. Current icing potential: Algorithm description and comparison with aircraft observations / B.C. Bernstein, F. McDonough, M.K. Politovich, B.G. Brown, T.P. Ratvasky, D.R. Miller, C.A. Wolff, G. Cunning // J. Appl. Meteorol. - 2005. - V. 44, N 7. - P. 969-986.

72. Bernstein, B.C. An inferred climatology of icing conditions aloft, including supercooled large drops. Part I: Canada and the Continental United States / B.C. Bernstein, C.A. Wolff, F. McDonough // J. Appl. Meteorol. Clim. - 2007. - V. 46, N 11. - P. 1857-1878.

73. Bernstein, B.C. An inferred climatology of icing conditions aloft, including supercooled large drops. Part II: Europe, Asia, and the Globe / B.C. Bernstein, C.L. Bot // J. Appl. Meteorol. Clim. - 2009. - V. 48, N 8. - P. 1503-1526.

74. Шакина, Н.П. Обледенение двигателей самолета в кристаллических облаках: анализ случая / Н.П. Шакина, И.А. Горлач, Е.Н. Скриптунова, Н.И. Комасько // Метеорология и гидрология. - 2014. - № 2. - С. 85-91.

75. Шакина, Н.П. Прогнозирование метеорологических условий для авиации / Н.П. Шакина, А.Р. Иванова. - М.: Триада, 2016. - 312 с.

76. De Laat, J. An operational geostationary satellite data product for detection High Ice Water Content (HIWC) / J. De Laat, J.F. Meirink, E. Defer // Proceedings of the WMO Aeronautical Meteorology Scientific Conference. - 2017. - P. 1-35.

77. Defer, E. Low orbiting space-borne High IWC retrievals in the framework of the European HAIC project: from case studies to regional and seasonal distribution / E. Defer, J. Delanoë, R. Nohra, F. Parol, A. Protat, C. Vanbauce // Proceedings of the WMO Aeronautical Meteorology Scientific Conference. - 2017. - P. 172173.

78. Иванова, А.Р. Обледенение двигателей самолетов в ледяных кристаллах: пути решения проблемы / А.Р. Иванова // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. - 2018. - № 2. - C. 95-109.

79. Матвеев, Л.Т. Облака и вихри - основа колебаний погоды и климата / Л.Т. Матвеев, Ю.Л. Матвеев. - СПб.: РГГМУ, 2005. - 327 с.

80. Облака и облачная атмосфера: Справочник / под ред. И.П. Мазина, А.Х. Хргиана. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 647 с.

81. NOAA's National Centers for Environmental Information (online database). -Режим доступа: http:/www.ncdc.noaa.gov.

82. Климатология / под ред. О.А. Дроздова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. -567 с.

83. Комаров, В.С. Климатический режим нижней облачности над территорией Сибири и его современные изменения. Часть 1. Особенности режима нижней облачности / В.С. Комаров, С.Н. Ильин, А.В. Лавриненко, Н.Я. Ломакина, Е.В. Горев, Д.П. Нахтигалова // Оптика атмосф. и океана. - 2013. - Т. 26, № 7. - С. 579-583.

84. Абрамович, К.Г. Прогноз обледенения самолетов (пособие для синоптиков АМСГ, АМЦ, ЗАМЦ и МГАМУ) / К.Г. Абрамович. - Л.: Гидрометиздат, 1979. - 26 с.

85. Thompson, G. A numerical weather model's ability to predict characteristics of aircraft icing environments / G. Thompson, M.K. Politovicha, R.M. Rasmussen // Weather Forecast. - 2017. - V. 32, N 1. - P. 207-221.

86. Caliskan, F. A review of in-flight detection and identification of aircraft icing and reconfigurable control / F. Caliskan, C. Hajiyev // Prog. Aerosp. Sci. - 2017. - V. 60. - P. 12-34.

87. Jung, S.K. An efficient CFD-based method for aircraft icing simulation using a reduced order model / S.K. Jung, S. Shin, R.S. Myong, T.H. Cho // J. Mech. Sci. Technol. - 2011. - V. 25, N 3. - P. 703-711.

88. Cober, S.G. Characterization of aircraft icing environments with supercooled large drops for application to commercial aircraft certification / S.G. Cober, G.A. Isaac // J. Appl. Meteorol. Clim. - 2012. - V. 51, N 2. - P. 265-284.

89. Iuliano, E. Eulerian modeling of large droplet physics toward realistic aircraft icing simulation / E. Iuliano, G. Mingione, F. Petrosino, F. Hervy // J. Aircraft. -2011. - V. 48, N 5. - P. 1621-1632.

90. Yanxia, D. Investigation on heat transfer characteristics of aircraft icing including runback water / D. Yanxia, G. Yewei, X. Chunhua, Y. Xian // Int. J. Heat Mass Tran. - 2010. - V. 53, N 19-20. - P. 3702-3707.

91. Plummer, D.M. Discrimination of mixed-versus ice-phase clouds using dual-polarization radar with application to detection of aircraft icing regions / D.M. Plummer // J. Appl. Meteorol. Clim. - 2010. - V. 49, N 5. - P. 920-936.

92. Lijuan, C. An approach of AHP for human factors analysis in the aircraft icing accident / C. Lijuan, C. Shinan // Procedia Engineer. - 2011. - V. 17. - P. 63-69.

93. Dong, Y. Research on inflight parameter identification and icing location detection of the aircraft / Y. Dong, J. Ai // Aerosp. Sci. Technol. - 2013. - V. 29, N 1. - P. 305-312.

94. Peng, K. Super-cooled large droplets consideration in the droplet impingement simulation for aircraft icing / K. Peng, W. Xinxin // Procedia Engineer. - 2011. -V. 17. - P. 151-159.

95. Xin, L. A spongy icing model for aircraft icing / L. Xin, B. Junqiang, H. Jun, W. Kun, Z. Yang // Chinese J. Aeronaut. - 2014. - V. 27, N 1. - P. 40-51.

96. Zhang, X. Aircraft icing model considering both rime ice property variability and runback water effect / X. Zhang, X. Wu, J. Min // Int. J. Heat Mass Tran. - 2017. - V. 104. - P. 510-516.

97. Pellissier, M.P.C. Optimization via FENSAP-ICE of aircraft hot-air anti-icing systems / M.P.C. Pellissier, W.G. Habashi, A. Pueyo // J. Aircraft. - 2011. - V. 48, N 1. - P. 265-276.

98. Cao, Y. Aircraft flight characteristics in icing conditions / Y. Cao, Z. Wu, Y. Su, Z. Xu // Prog. Aerosp. Sci. - 2015. - V. 74. - P. 62-80.

99. Jin, Z. Visualization of icing process of a water droplet impinging onto a frozen cold plate under free and forced convection / Z. Jin, S. Jin, Z. Yang // J. Visual. -2013. - V. 16, N 1. - P. 13-17.

100. Zhang, X. Model for aircraft icing with consideration of property-variable rime ice / X. Zhang, J. Min, X. Wu // Int. J. Heat Mass Tran. - 2016. - V. 97. - P. 185-190.

101. Köhler, F. Towards 3D prediction of supercooled liquid water for aircraft icing: Modifications of the microphysics in COSMO-EU / F. Köhler, U. Görsdorf // Meteorol. Z. - 2014. - V. 23, N 3. - P. 253-262.

102. Sitnikov, G.I. Forecast of extreme weather conditions that promote aircraft icing during take-off or landing / G.I. Sitnikov, A.V. Starchenko, M.V. Terenteva, N.K. Barashkova, M.A. Volkova, I.V. Kuzhevskaia, L.I. Kizhner // Proc. SPIE. - 2015. - V. 9680. - P. 96806T.

103. Zuev, V.V. Application of MTP-5PE meteorological temperature profiler in an airport for determining spatial zones of possible aircraft icing / V.V. Zuev, D.P. Nakhtigalova, A.P. Shelekhov, E.A. Shelekhova, A.V. Pavlinskii, N.A. Baranov, L.I. Kizhner // Atmos. Ocean. Opt. - 2016. - V. 29, N 2. - P. 186-190.

104. Официальный сайт Международного аэропорта Томск. - Режим доступа: http: //tomskairport.ru.

105. Федеральное государственное бюджетное учреждение Авиаметтелеком Росгидромета. ФАП. - Режим доступа: http://www.aviamettelecom.ru/ index .php?id_top=6.

106. Godske, C.L. Dynamic Meteorology and Weather Forecasting / C.L. Godske, T. Bergeron, J. Bjerknes, R.C. Bungaard. - Boston: Amer. Meteor. Soc., 1957. -800 p.

107. Руководство по противообледенительной защите воздушных судов на земле / Международная организация гражданской авиации. - М.: ИКАО, 2000. -38 с.

108. Chopine, A. Vue 7: From the Ground Up: The Official Guide / A. Chopine, V. Chopine. - Abingdon, UK: Focal Press, 2009. - 317 p.

109. MacDonald, S.A.F. From the Ground Up / S.A.F. MacDonald, I.L. Peppler. -Washington, USA: Aviation Supplies & Academics, 2003. - 352 p.

110. Minnis, P. A near-real time method for deriving cloud and radiation properties from satellites for weather and climate studies / P. Minnis, W.L. Smith, D.F. Young, L. Nguyen, A.D. Rapp, P.W. Heck, S. Sun-Mack, Q. Trepte, Y. Chen // Proc. AMS 11th Conf. Satellite Meteorology and Oceanography, Madison, WI, 15-18 Oct. 2001. - P. 477-480.

111. Шакина, Н.П. Оценка механизмов генерации вертикальных движений в глобальных моделях и их начальных полях в связи с численным прогнозом осадков / Н.П. Шакина, Е.Н. Скриптунова, А.Р. Иванова, И.А. Горлач // Метеорология и гидрология. - 2009. - № 7. - С. 14-32.

112. Icing / Headquarters Air Weather Service Aerospace Sciences Division // FYI. -1997. - V. 38. - 15 p.

113. Зверев, А.С. Синоптическая метеорология / А.С. Зверев. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 711 с.

114. Schultz, P. Toward the improvement of aircraft-icing forecasts for the Continental United States / P. Schultz, M.K. Politovich // Weather Forecast. - 1992. - V. 7, N 3. - P. 491-500.

115. Thompson, G. Intercomparison of in-flight icing algorithms. Part I: WISP94 realtime icing prediction and evaluation program / G. Thompson, R.T. Bruintjes, B.G. Brown, F. Hage // Weather Forecast. - 1997. - V. 12, N 4. - P. 878-889.

116. Westwater, E.R. Remote sensing of boundary layer temperature profiles by a scanning 5-mm microwave radiometer and RASS: Comparison experiments / E.R. Westwater, Y. Han, V.G. Irisov, V. Leuskiy, E.N. Kadygrov, S.A. Viazankin // J. Atmos. Ocean. Tech. - 1999. - V. 16, N 7. - P. 805-818.

117. Кадыгров, Е.Н. Наземные микроволновые температурные профилемеры: потенциал и реальность / Е.Н. Кадыгров, Е.В. Ганьшин, Е.А. Миллер, Т.А. Точилкина // Оптика атмосферы и океана. - 2015. - Т. 28, № 6. - С. 521-528.

118. Дистанционный способ определения пространственных зон вероятного обледенения воздушных судов в режиме реального времени: Пат. 2580375 / В.В. Зуев, Д.П. Нахтигалова, А.П. Шелехов, Е.А. Шелехова; ИМКЭС СО РАН. - Заявл. 30.12.2014; Опубл. 10.04.2016. - Бюл. № 10.

119. Lawrence, M.G. The relationship between relative humidity and the dewpoint temperature in moist air: A simple conversion and applications / M.G. Lawrence // BAMS. - 2005. - V. 86, N 2. - P. 225-233.

120. Датчик высоты облаков ДВО-2. Руководство по эксплуатации. ИАЖЮ.201112.002 РЭ (АЦ2.008.003 РЭ).

121. Метеорологический температурный профилемер MTP-5PE (полярная версия высокого разрешения). Руководство по эксплуатации. ATMP 416311.001 РЭ.

122. Системы аэродромные метеорологические информационно-измерительные АМИС-РФ / ООО «Институт геофизического приборостроения». Свид-во № 17011-15. - 2015.

123. Методические рекомендации по использованию данных профилемеров МТП-5. - М.: РОСГИДРОМЕТ, 2010. - 45 с.

124. Кузнецова, И.Н. Характеристики температуры в нижнем 600-метровом слое по данным дистанционных измерений приборами МТП-5 / И.Н. Кузнецова, Е.Н. Кадыгров, Е.А. Миллер, М.И. Нахаев // Оптика атмосф. и океана. -2012. - Т. 25, № 10. - С. 877-883.

125. Метеорологический температурный профилемер MTP-5. - Режим доступа: http : //attex.net/RU/mtp5 .php.

126. Характеристики температуры в нижнем 600-метровом слое атмосферы по данным профилемеров МТП-5. Справочное пособие. - М.: Росгидромет, 2012. - 61 с.

127. Метеостанции автоматические WXT520. - Режим доступа: https://all-pribors.ru/opisanie/40333-14-wxt520-42021.

128. Хромов, С.П. Метеорологический словарь / С.П. Хромов, Л.И. Мамонтова. -Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 455 с.

129. Федеральное государственное бюджетное учреждение «Западно-Сибирское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» (ФГБУ «Западно-Сибирское УГМС»). Данные наблюдений. - Режим доступа: http://www.meteo-nso.ru.

130. Русин, И.Н. Сверхкраткосрочные прогнозы / И.Н. Русин, Г.Г. Тараканов. -СПб.: РГГМИ, 1996. - 308 с.

131. Хандожко, Л.А. Экономическая метеорология. Учебник / Л.А. Хандожко. -СПб.: Гидрометеоиздат, 2005. - 490 с.

132. РД 52.27.284-91 Методические указания. Проведение производственных (оперативных) испытаний новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических и гелиогеофизических прогнозов / Комитет гидрометеорологии при кабинете министров СССР. - М.: Госкомгидромет СССР, 1991. - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200068360.

133. Zuev, V.V. Validation of a method for the remote determination of potential aircraft icing spatial zones / V.V. Zuev, D.P. Mordus, A.P. Shelekhov, A.V. Pavlinsky // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2018. -V. 211, № 1. - P. 12071.

134. Зуев, В.В. Оценка успешности прогноза обледенения ВС на основе дистанционного способа радиометрирования атмосферы / В.В. Зуев, Д.П. Мордус, А.В. Павлинский // Оптика атмосф. и океана. - 2019. - Т 32, № 4. -С. 329-331.

135. Технический регламент. Сборник основных документов № 2. Том II: Метеорологическое обслуживание международной аэронавигации. -Швейцария, Женева: ВМО, 2016. - 217 с.

Приложения

Приложение А. Результаты расчета вертикальных зон возможного

обледенения воздушных судов

Результаты расчета вертикальных зон возможного обледенения ВС для Международного аэропорта Томска

При проведении эксперимента в Международном аэропорту Томска в период с сентября 2012 г. по июль 2013 г. было зафиксировано 22 дня с обледенением ВС.

В § 3.1 детально рассматриваются результаты расчета вертикальных зон возможного обледенения ВС для 11 октября 2012 г. и 17 марта 2013 г. Остальные профили зон с возможным обледенением ВС в аэропорту г. Томска, полученные в исследуемый период по модели Шульца-Политович (а) и формуле Годске (б), представлены на рис. А.1-А.20.

На рис. А.1-А.20 темно-серый цвет соответствует пространственным зонам возможного обледенения ВС в облаках, серый - в осадках, светло-серый - при отсутствии облачности и осадков, а белый цвет соответствует зонам, в которых метеорологические условия не способствовали возникновению обледенения ВС. Черными штриховыми линиями обозначены пространственные зоны фактического обледенения, информация о которых поступала с бортов ВС в течение рассмотренного периода времени.

Изотермы 0 °С и -15 °С, представленные на рисунках А.1-А.20, являются основными предикторами обледенения.

а б

Рис. А.1. Результаты за 5 сентября 2012 г.

12 16 20 24

12 16 20 24

а б Рис. А.3. Результаты за 16 сентября 2012 г.

Время

Рис. А. 5. Результаты за 6 октября 2012 г.

—-ИюпршО (

а б

Рис. А.7. Результаты за 29 октября 2012 г.

I,

а б

Рис. А.9. Результаты за 24 января 2013 г.

а Б

Рис. А.2. Результаты за 6 сентября 2012 г.

а б

Рис. А.4. Результаты за 5 октября 2012 г.

а б

Рис. А.6. Результаты за 28 октября 2012 г.

(UTC)

а б

Рис. А.8. Результаты за 3 декабря 2012 г.

а б Рис. А.10. Результаты за 25 января 2013 г.

б

а

и

а б

Рис. А. 11. Результаты за 26 января 2013 г.

а б

Рис. А.12. Результаты за 10 февраля 2013 г.

4

а б

Рис. А.13. Результаты за 7 марта 2013 г.

а б

Рис. А.14. Результаты за 4 апреля 2013 г.

б

Рис. А.15. Результаты за 22 апреля 2013 г.

а б

Рис. А.16. Результаты за 23 апреля 2013 г.

а б

Рис. А.17. Результаты за 6 мая 2013 г.

а б

Рис. А.18. Результаты за 13 мая 2013 г.

а б

Рис. А.19. Результаты за 15 мая 2013 г.

а б

Рис. А.20. Результаты за 23 мая 2013 г.

Результаты расчета вертикальных зон возможного обледенения ВС для Международного аэропорта Новосибирска

При проведении эксперимента в Международном аэропорту Новосибирска в январе 2015 г. было зафиксировано 10 дней с обледенением ВС. В § 3.2 детально рассматриваются результаты расчета вертикальных зон возможного обледенения ВС для 5 и 17 января 2015 г. Остальные профили зон с возможным обледенением ВС в аэропорту г. Новосибирска, полученные в исследуемый период по модели Шульца-Политович (а) и формуле Годске (б), представлены на рис. А.21-А.28.

На рис. А.21-А.28 темно-серый цвет соответствует пространственным зонам возможного обледенения ВС в облаках, серый - в осадках, светло-серый -при отсутствии облачности и осадков, а белый цвет соответствует зонам, в которых метеорологические условия не способствовали возникновению обледенения ВС. Черные штриховые линии и символ 0 соответствуют пространственным зонам с обледенением ВС, символ © - зонам с отсутствием обледенения, согласно данным, поступающим с бортов ВС. Изотермы 0 °С и -15 °С, представленные на рисунках А.21-А.28, являются основными предикторами обледенения.

а б

Рис. А.21. Результаты за 4 января 2015 г.

Время, ■

а б

Рис. А.22. Результаты за 6 января 2015 г.

а б

Рис. А.23. Результаты за 8 января 2015 г.

а б

Рис. А.24. Результаты за 9 января 2015 г.

а б

Рис. А.25. Результаты за 16 января 2015 г.

а б

Рис. А.26. Результаты за 18 января 2015 г.

Рис. А.27. Результаты на 19 января 2015 г.

Рис. А.28. Результаты на 20 января 2015 г.

Результаты расчета вертикальных зон возможного обледенения ВС в районе аэродрома Международного аэропорта Томска

При продолжении эксперимента в Международном аэропорту Томска в период с 1 января по 31 сентября 2016 г. было зафиксировано 11 дней с обледенением ВС. В § 3.3 детально рассматриваются результаты расчета вертикальных зон возможного обледенения ВС для 25 февраля и 26 марта 2016 г. Все остальные профили зон с возможным обледенением ВС в аэропорту г. Томска, полученные в исследуемый период по модели Шульца-Политович (а) и формуле Годске (б), представлены на рис. А.29-А.37.

На рис. А.29-А.37 темно-серый цвет соответствует пространственным зонам возможного обледенения ВС в облаках, серый - в осадках, светло-серый -при отсутствии облачности и осадков, а белый цвет соответствует зонам, в которых метеорологические условия не способствовали возникновению обледенения ВС. Черными штриховыми линиями обозначены пространственные зоны фактического обледенения, информация о которых поступала с бортов ВС в течение рассмотренного периода времени. Изотермы 0 °С и -15 °С, представленные на рисунках А.29-А.37, являются основными предикторами обледенения.

а б Рис. А.29. Результаты на 3 февраля 2016 г.

а б

Рис. А.30. Результаты на 5 февраля 2016 г.

б

Рис. А.31. Результаты за 6 февраля 2016 г.

а б

Рис. А.32. Результаты на 24 февраля 2016 г.

а б

Рис. А.ЗЗ. Результаты за 26 февраля 2016 г.

а

б

Рис. А.34. Результаты за 14 марта 2016 г.

а б

Рис. А.35. Результаты за 17 марта 2016 г.

а б

Рис. А.36. Результаты за 25 марта 2016 г.

а б

Рис. А.37. Результаты за 29 марта 2016 г.

Приложение Б. Результаты синоптического и метеорологического

анализа

На рис. Б.1-Б.6. представлен приземный анализ погоды. На карте г. Томск и г. Новосибирск обозначены в виде черных точек. Под буквами В и Н подразумеваются центры барической системы, соответственно антициклон и циклон. На линиях атмосферных фронтов полукругами, обращенными в сторону холодной воздушной массы, представлен теплый фронт, треугольниками, обращенными в сторону теплой воздушной массы, представлен холодный фронт. Подробное описание синоптического положения предложено в § 3.1-3.3.

Рис. Б.1. Приземный анализ погоды за 00:00 иТС 11 октября 2012 г.

Рис. Б.2. Приземный анализ погоды за 00:00 иТС 17 марта 2013 г.

Рис. Б.3. Приземный анализ погоды за 00:00 иТС 05 января 2015 г.

Рис. Б.4. Приземный анализ погоды за 00:00 иТС 17 января 2015 г.

ротлэа

210000

-147215

АНАЛИЗ ПРИЗЕМНЫЙ 25\02\1б

180 388,' Ч>»>

® 012\ -эзз ь ]

-1461169

300 XXX

1015

-79160 -22 170

^ /оиГзс»

||94ч-3 4133

ВО ОМ/

зЦГ4 75

01

248 2

1|71в1

' МЭ5Е 77о05,

93ХХК 60@-й\ , ООО

,130 143,

-57МЗ

350 73

250000

131 « 5

1 В5в-138 ее лоа

АНАЛИЗ ПРИЗЕМНЫЙ

25\02\1б

Ю0214 2?о1 ■ ВО ООО 40 С

119199 -07 175

130 166 55)

Рис. Б.5. Приземный анализ погоды за 00:00 иТС 25 февраля 2016 г.

Рис. Б.6. Приземный анализ погоды за 00:00 иТС 26 марта 2016 г.

На рис. Б.7-Б.12 представлен анализ абсолютной топографии на изобарической поверхности 700 гПа. На карте г. Томск и Новосибирск обозначены в виде черных точек. Здесь черными непрерывными линиями проведены изогипсы, с помощью данных карт определялось направление ведущего потока. Подробное описание предложено в § 3.1-3.3.

Рис. Б.7. Анализ абсолютной топографии на изобарической высоте 700 гПа за 00:00 иТС 11

октября 2012 г.

Рис. Б.8. Анализ абсолютной топографии на изобарической высоте 700 гПа за 00:00 ИТС 17

марта 2013 г.

Рис. Б.9. Анализ абсолютной топографии на изобарической высоте 700 гПа за 00:00 ИТС 05

января 2015 г.

Рис. Б.10. Анализ абсолютной топографии на уровне 700 гПа за 00:00 иТС 17 января 2015 г.

Рис. Б.11. Анализ абсолютной топографии на уровне 700 гПа за 00:00 иТС 25 февраля 2016 г.

Рис. Б.12. Анализ абсолютной топографии на уровне 700 гПа за 00:00 иТС 26 марта 2016 г.

Приложение В. Результаты анализа случаев обледенения при нестандартных температурах воздуха

За периоды экспериментов в районе аэродромов Томск и Новосибирск было зафиксировано 9 случаев с обледенением в теплой воздушной массе (положительные температуры воздуха), а также 1 случай обледенения при температуре воздуха ниже -16 °С. Рассмотрим случай с обледенением ВС в условии положительных температур воздуха.

23 мая 2013 г.

Рассмотрим синоптическую и метеорологическую обстановку в международном аэропорту Томска за 23 мая 2013 г. Погоду 23 мая 2013 г. на территории г. Томска обуславливал циклон (рис. В.1 и рис. В.2), центр которого в 00:00 иТС находился на территории Томской области в районе села Кожевниково. Через Томск проходил теплый фронт, на котором отмечалась кучево-дождевая облачность и осадки в виде ливневого дождя.

Рис. В.1. Приземный анализ погоды за 00:00 иТС 23 мая 2013 г.

Рис. В.2. Анализ абсолютной топографии на уровне 700 гПа за 00:00 иТС 23 мая 2013 г. — На рис. В.3 приведены

---температура точки росы.' С А А

приземные значения температуры, относительной влажности,

температуры точки росы за 23 мая 2013 г. по данным АМИС-РФ. Температура воздуха 23 мая 2013 г. в аэропорту г. Томска находилась в пределах положительных температур. Максимум составлял 13,7 °С, а минимум 6,9 °С.

Температура точки росы находилась в пределе от 3,5 до 9,2 °С. Относительная влажность в течение рассмотренных суток изменялась от 50 % в дневное время до 99 % в ночные и утренние часы.

Время, ч (иТС)

Рис. В.3. Суточные вариации приземных значений метеопараметров 23 мая 2013 г.

Рассмотрим результаты измерений суточных вариаций высоты нижней границы облачности (ВНГО) за 23 мая 2013 г. Суточный ход высоты нижней кромки облачности по данным АМИС-РФ представлен на рис. В.4. Нижняя кромка облачности понижалась до 120 м и поднималась до высот 900 м. Отмечалась облачность таких типов, как разорвано дождевая ^тЬ) в сочетании с облаками вертикального развития - кучево-дождевыми (СЬ), также облака среднего яруса - высоко-кучевые (Ас). Суточные вариации профиля температуры показаны на рис. В.5.

О 4 8 12 16 20 24 0 4 8 12 16 20

Время.ч (11ТС) Время.ч (11ТС)

Рис. В.4. Суточный ход высоты нижней Рис. В.5. Суточный профиль температуры 11 кромки облачности по данным АМИС-РФ октября 2012 г. (данные МТР-5РЕ)

Максимум температуры наблюдался у поверхности земли, минимум на высоте 1000 м. Видно, что с 00.00 до 12.00 ЦТС температура воздуха с высотой резко понижается.

Анализируя синоптическую и метеорологическую обстановку 23 мая 2013 г., можно предположить, что обледенение ВС в условии положительных температур не должно наблюдаться. Однако развитие СЬ и понижение ВНГО до 250 м в утренние часы может способствовать возникновению обледенения ВС.

Рассмотрим результат расчета (рис. В.6) зон обледенения на основе метода дистанционного определения зон возможного обледенения ВС. Штриховой линией обозначено фактическое обледенение.

а б

Рис. В.6. Результаты расчета вертикальных зон возможного обледенения ВС на 23 мая 2013 г. по модели Шульца-Политович (а) и формуле Годске (б)

Из рис. В.6 видно, что при расчетах как по модели Шульца-Политович, так и при расчете по формуле Годске обледенения не должно быть. Используемые методы прогноза не учитывают все физические условия возникновения обледенения ВС, в данном случае наличие кучево-дождевой облачности.

Рассмотрим случай с обледенением в условиях низких температур (ниже -16 °С).

3 декабря 2012 г.

Далее представлена синоптическая и метеорологическая обстановка в международном аэропорту Томска за 3 декабря 2012 г. Погоду на территории г. Томска обуславливал гребень антициклона (рис. В.7), центр которого находился в районе г. Барнаул. Отмечались осадки обложного характера и поземок.

Рис. В.7. Приземный анализ погоды за 00:00 ЦТС 23 мая 2013 г.

Рис. В.8. Суточные вариации приземных значений метеопараметров 3 декабря 2012 г.

На рис. В.8 изображены приземные значения температуры, относительной влажности,

температуры точки росы за 3 декабря 2012 г. по данным АМИС-РФ. Температура воздуха 3 декабря 2012 г. в аэропорту г. Томска изменялась в пределах от -14,7 до -17,5 °С.

Температура точки росы находилась в диапазоне от -20,1 до -16,8 °С. Относительная влажность в течение рассмотренных суток превышала 79 %.

Рассмотрим результаты измерений суточных вариаций высоты нижней границы облачности (ВНГО) за 3 декабря 2012 г. Суточный ход высоты нижней кромки облачности по данным АМИС-РФ представлен на рис. В.9. Нижняя кромка облачности понижалась до 130 м и поднималась до высоты 700 м.

Отмечалась такая облачность, как разорвано дождевая ^гиЬ) в сочетании с облаками вертикального развития - кучево-дождевыми (СЬ), также облака среднего яруса - высоко-кучевые (Ас). Суточные вариации профиля температуры показаны на рис. В.10.

Максимум температуры наблюдается у поверхности земли, минимум на высоте 1000 м.

Рассмотрим результат расчета (рис. В. 11) зон обледенения на основе методики дистанционного определения зон возможного обледенения ВС. Темно-серый цвет соответствует пространственным зонам возможного обледенения ВС в облаках, серый - в осадках, светло-серый - при отсутствии облачности и осадков, белый цвет соответствует зонам, в которых метеорологические условия не способствовали возникновению обледенения ВС. Черными штриховыми линиями обозначены пространственные зоны фактического обледенения, информация о которых поступала с бортов ВС в течение рассмотренного периода времени.

1000

0 4 8 12 16 20

Время,ч (11ТС)

0 4 8 12 16 20 Время.ч (иТС)

Рис. В.9. Суточный ход высоты нижней кромки облачности по данным АМИС-РФ

Рис. В.10. Суточный профиль температуры 3 декабря 2012 г. (данные МТР-5РЕ)

а б

Рис. В.11. Результаты расчета вертикальных зон возможного обледенения ВС на 3 декабря 2012 г. по модели Шульца-Политович (а) и формуле Годске (б)

Из рис. В.11 (а) видно, что при расчете по модели Шульца-Политович обледенение возможно с 8.00 до 20.00 на высотах 0-100 м, однако обледенение фиксировалось в слое от 500 до 1000 м. При расчете по формуле Годске (рис. В.11б) обледенение возможно в течение всего дня.