Введение к работе
Актуальность темы
В связи с переходом авиацией вооруженных сил на категорпрованные шнимумы погоды (согласно минимумов погоды категорий "КЛСП ставится за-іача повышения безопасности взлета и-посадки летательных аппаратов (ЛЛ) і замутненной атмосфере, например, при закрытии аэродрома тумаками, гус-ъми дымками и промышленными дымами. В этой связи возникает проблема оп-юделения и прогноза наклонной дальности видимости (НДВ) прч заходе ЛА іа посадку в разнообразных аэродисперсных фазах, в том числе и промкш-юиных дымах.
Существующие исследования позволяют определить наклонную дальность мдимости в условиях облачности, наличии тумана, дождя и снега. В про-шшленных дымах моделирование визуального обнаружения и определения НДВ ;тационарных плоскостных объектов до недавнего времени не рєзсматрива-юсь. Кроме того, до сих пор не построено единой математической' (оптп-со-метеорологнческой) модели для определения НДВ в условиях реальной за-іутнепной атмосферы. Для тумана, дождя и снега проводились исследования статистическими методами моделирования. При этом реальное состояние замутненной атмосферы не учитывалось, так как оптическое состояния атмосферы для перечисленных атмосферных явлений в. различных районах примерно ідентично. Иная картина наблюдается для промышленны. дымов, оптические <арактері:стігп реальной задымленной атмосферы в этом случае изменяются существенно. Это вызвано распределением промышленных дымов по высоте, ізменчивостью их химического состава и массовой концентрации.
. На территории Российской Федерации существует ряд высокоразвитых В' іромишленном отношении регионов с существенным задымлением нижних слоев тю сферы при соответствующих синоптических ситуациях (Кузбасс Урал и іругнє). Наличие промышленных дымов в районе аэродрома существенно влияет на взлет и посадку ЛА, а иногда полностью их исключает из-за значительного ухудшения видимости.
Поэтому задача создания математической модели обнаружения и опреде-пения НДВ визируемых в задымленных средах объектов носит актуальный ха-эактер. В этой связи диссертационная работа является продолжением поиска 5олее совершенных и строгих путей решения проблемы оценки (прогнозирования) видимости стационарных плоскостных объектов (на примере взлетно-по-задочной полосы (ВПП)) по наклонным трассам в условиях реальной задымленной атмосферы.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом адъюнк-
тской подготовки Воронежского ВВАИУ, программой подготовки научно-иссле довательских работ НИР № 49201, 49205, выполненных по заказу Главног гидрометеорологического центра'МО РФ.
Цель и задачи работы. Целью работы является создание математическо модели НДВ и визуального обнаружения летчиком взлетно-посадочной полос в реальной задымленной атмосфере. ...
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующи задачи:
-
создание математической модели описания вертикальных профиле массовой концентрации промышленных дымов в горизонтально-неоднородно пограничном слое атмосферы (ПСА) на различных удалениях от стационарног точечного или линейного истрчника загрязнения на основе реальной метео рологической информации;
-
создание математических моделей визуального обнаружения и опре деления наклонной дальности видимости ВПП в задымленном горизонталь но-неоднородном ПСА в условиях безоблачной атмосферы и при наличи сплошной облачности (летательный аппарат находится под облаками);
. 3) разработка алгоритма расчета оптических параметров задымленно атмосферы в направлении наклонных трасс, учитывающего вид входной реаль ной (прогностической) метеорологической информации и оптические констан ты аэрозоля индустриального происхождения;
4) разработка программного комплекса идентификации параметров за дымленной атмосферы в направлении наклонных трасс при визуальном обнару жении летчиком ВПП и включений его в состав автоматизированного рабочег места инженера синоптика.
Научная новизна диссертационной работы:
создана математическая модель описания вертикальных профилей массо вой концентрации промышленных дымов в горизонтально-неоднородном ПСА н различных удалениях от стационарного точечного (линейного.) источник непрерывного действия на основе реальной метеорологической информации;
разработана математическая модель визуального обнаружения и опреде ления НДВ наземного стационарного плоскостного объекта при закрытии ег промышленными дымами от источника загрязнения; . .
расчет высотного распределения оптических характеристик задымленно атмосферы (коэффициенты рассеяния, ослабления, вероятность выживани кванта, и соответственно, яркость воздушной дымки, оптические толщины на основе модельных профилей массовой концентрации промышленных дымов н .различных удалениях от источника задымления, полученных с учетом исполь зования в качестве входных параметров модели данных реальной метеороло
ической информации;
определены характеристики рассеяния системы полидисперсных сфери-
еских частиц индустриальных дымов (фактор эффективности рассеяния и ос-
абления света сферической частицей, индикатриса рассеяния) с испсльзо-
анием теории Ми-Дебая; .
спрогнозированы оптические характеристики, параметры обнаружения и ДВ визируемого объекта в задымленном пограничном слое атмосфере на ос-ове использования прогностической метеорологической информации;
разработан алгоритм расчета оптических параметров задымленной ат-осферы в направлении наклонных трасс, учитывающий реальную или прогнос-ическую метеорологическую информацию и оптические константы аэрозоля ндустриального происхождения. Достоверность результатов
Достоверность результатов обусловлена применением фундаментальных аконов явлений переноса при синтезе математических моделей, использова-ием математических методов теории массообмена, распространения элект-юмагнитного излучения, линейных систем и, главное, удовлетворительным югласованнем полученных в диссертации результатов прогнозирования с ре-іультатами летного эксперимента в условиях задымления аэродрома дымами мдустриального происхождения. .
Практическая значимость:
повышена безопасность полетов на основе, использования предлоз&н-юй модели путем уточнения входной метеоинформации и оценки летно-метео-юлогических условий взлета и посадки ЛА в задымленной.атмосфере;
предложенная, математическая модель позволяет оценивать эффектов-юсть применения оптико-электронных средств (ОЗС) воздушной разведки ,ВР) в мирное время на основе данных реальной метеорологической информа-ши и с использованием обрезанных карт погоды в военное время, эффектов-юсть ведения ВР методом бокового обзора, пространственную концентрацию [ ослабление излучения, видимого диапазона специализированными аэрозолями іри постановке маскирующих завесп при различных метеорологических услови-IX с целью аэрозольного противодействия ОЭС разведки противника, npQBo-дать количественную оценку пространственного распределения загрязняющих їеществ в ПСА от стационарных точечных.и линейных источников непрерывно-7о действия, что очень важно для осуществления мониторинга окружающей :реды в районе базирования.аэродрома. ' . J
Результаты диссертационной работы, реализованы в учебном процессе Зоронежского ЕВАИУ при изучении дисциплин "Физика атмосферы и космичес-сого пространства", и "Авиационная экология" и в виде пакета , прикладных
v компьютерных программ в составе автоматизированного рабочего места .инженера-синоптика метеорологического подразделения, специалистов диспетчерской службы и группы руководства полетами международных аэропортоЕ "Курумоч" (г. Самара) и "Воронеж", а также Балашовского. Качинского. Сызранского ВВАУЛ, .Челябинского ВВАУШ, военного ас-родрома "Кряк" (г.Самара) с целью повышения безопасности плановых и учебно-тренировочных полетов.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Математическая модель описания вертикальных профилей массовоі концентрации промышленных дымов в горизонтально-неоднородном погранично! слое атмосферы на основе реальной или прогностической метеорологическоі информации.
?. Математическая модель обнаружения и определения наклонной дальности іЛідгмости ВПП в задымленном гооизонтально-неоднородном ПСА.
.3. Алгоритм расчета оптических параметров задымленной атмосферы і направлении наклонных трасс, учитывающий вид входной реальной или прог ностической метеорологической информации и оптические константы аэрозол. индустриального происхождения. .
4. Результаты численных экспериментов по расчету: . - вертикальных профилей концентрации промышленных дымов на различ ных расстояниях от точечного стационарного источника непрерывного дейс твия;
оптических характеристик (коэффициент рассеяния, коэффициент ос лабления, индикатриса рассеяния, оптические толщины) задымленной безоб лачной атмосферы;
оптических характеристик задымленной атмосферы при наличии сплош ной облачности (яркость воздушной дымки, яркостный контраст объект-фон)
функциональных зависимостей параметра визуального обнаружения ВП в отношении сигнал/шум, а.также вероятности обнаружения, среднего време ли обнаружения, НДВ визируемого огоскостного объекта от значений метео ралогнческой дальности видимости (ВДВ) у земли, оптических толщин задым ленной атмосферы (при различных концентрациях промышленных дымов), нали чия (или полного отсутствия) сплошной облачности, поглощения промышлен ными дымами излучения видимого диапазона; линейных размеров объекта на людения, зенитного расстояния и азимутального положения Солнца, алйбех фона.' ' .
Апробация работы .
Основные результаты диссертационной работы докладывались на мєжбі зовских республиканских конференциях в г.Воронеже: " Информационные те>
ологии и системы" в октябре 1993г.; " Современные проблемы механикч и іатематической физики " в январе 1994 г; " Молодежь и проблемы информа-донного и экологического мониторинга " в марте 1996 г. и на семинарах ;а!федры " Физика атмосферы и моделирования метеорологических процессов" іоронєжского ВВАИУ, Института физики атмосферы РАН. кафедры №34 ВВИА им. [.Е.Жуковского и кафедры математического моделирования технологических процессов Воронежской государственной технологической академии.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ и выполнены 3 на-'чно-исследовательских работы.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, биб-иографии и приложения, изложена на 220 страницах машинописного текста, юдержит 92 рисунка и 19 таблиц.
Похожие диссертации на Модель наклонной дальности видимости и визуального обнаружения взлетно-посадочной полосы в задымленном пограничном слое атмосферы
