Veter-i-BPLA-v-Gornoj-Mestnosti

1.

Ветер и БПЛА в Горной
Местности
Курсовая работа: Особенности ветрового режима и его влияние
на эксплуатацию беспилотных летательных аппаратов (БПЛА)
Выполнил: БПЛА 24-4 Қуандық Бекназар
Проверил: сеньор-лектор кафедры ЛЭВС Коркина Н.А.
АО «АКАДЕМИЯ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ», Алматы, 2025

2.

Введение: Актуальность и Цели Исследования
Ветер является критическим метеорологическим фактором, особенно в горной местности,
где его режим отличается особой сложностью и неустойчивостью из-за влияния рельефа
и перепадов высот. Для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которые
эксплуатируются на малых высотах и обладают ограниченной устойчивостью, эти
особенности приобретают решающее значение.
Актуальность
Актуальность темы обусловлена растущей необходимостью повышения безопасности
полётов БПЛА в горных условиях, особенно в Казахстане, где значительная часть
территории представлена сложными горными системами (Тянь-Шань, Жетысуский
Алатау, Алтай). Рост использования беспилотников в этих районах требует глубокого
понимания ветрового режима и грамотного применения этих знаний на практике.
Практическая значимость: Результаты работы помогут операторам правильно оценивать ветровые
условия, выбирать безопасные зоны взлёта/посадки, планировать маршрут и предотвращать
аварийные ситуации, связанные с турбулентностью и порывами.
Изучить природу и механизмы образования ветра.
Рассмотреть особенности ветрового режима в горах (сдвиг ветра, турбулентность).
Проанализировать влияние ветра на взлёт, посадку и полёт БПЛА.
Разработать рекомендации по обеспечению безопасного выполнения полётов.
Цель работы
Исследовать особенности ветрового режима в горной местности и определить их
влияние на процессы взлёта, посадки и полёта беспилотных летательных аппаратов.

3.

1. Понятие Основ Ветра: Характеристики и Факторы Формирования
Скорость Ветра
Показывает, как быстро воздух перемещается.
Измеряется в м/с, км/ч или узлах. Для авиации
критически важны порывы — кратковременные,
резкие увеличения скорости, которые могут
создавать опасные условия для полёта БПЛА.
Направление Ветра
Указывает, откуда дует ветер (например,
северный ветер дует с севера). Указывается
относительно сторон горизонта или в градусах
по компасу (от 0° до 360°). Направление
отражает источники воздушных масс и их
взаимодействие с рельефом.
Порывы Ветра
Мгновенные всплески ветровой скорости,
длящиеся всего несколько секунд.
Характеризуют повышенную неустойчивость
потока. В горах порывы могут вызывать резкие
изменения силы и направления, влияя на
устойчивость и управляемость БПЛА.
Факторы Формирования Ветра
Основной механизм — перемещение воздушных масс из областей высокого давления в области низкого давления,
вызванное различиями в плотности и температуре воздуха. Горячий воздух восходит, создавая низкое давление,
куда устремляется более холодный воздух.
Типы Ветров:
Влияние Рельефа: Горы, холмы и долины способны изменять направление и
интенсивность ветра. Горные склоны могут препятствовать движению воздушных
масс, вызывая их накопление и усиление (Рис. 1). Низины и долины создают
локальные области давления, влияя на формирование ветра.
Постоянные: Устойчивые потоки, действующие в течение всего года (пассаты,
западные ветры умеренных широт). Формируют крупномасштабные погодные
условия.
Сезонные: Изменяют направление и интенсивность в зависимости от времени
года (муссоны). Связаны с сезонными различиями в нагреве суши и океанов.
Местные: Формируются под влиянием особенностей рельефа и локальных
контрастов (бризы, горно-долинные ветры, фен, бора). Обладают высокой
изменчивостью и часто сопровождаются турбулентностью.

4.

2. Особенности Ветрового Режима в Горной Местности
2.1. Горные и Долинные Ветры: Суточная Циркуляция
Горные и долинные ветры — это местные ветры, обусловленные суточными изменениями температуры на склонах и в долинах, формирующие локальные перепады давления.
Долинный Ветер (День)
Формируется днём: склоны и дно долины прогреваются, воздух становится тёплым и менее плотным. Нагретый
воздух поднимается вверх по склонам, создавая зону пониженного давления. Происходит приток воздуха снизу
вверх по долине и склонам. Обычно умеренный, создаёт восходящие потоки.
Горный Ветер (Ночь)
Формируется ночью: склоны быстро охлаждаются, воздух становится плотным и тяжёлым, стекая вниз в долины.
В долине накапливается холодный воздух, создавая повышенное давление. Сопровождается порывами, создаёт
опасные нисходящие потоки.
2.2. Турбулентность в Горных Районах
Турбулентность — неупорядоченное движение воздушных масс с резкими изменениями скорости и направления. В горах она выражена сильнее из-за сложного рельефа.
Орографическая
Механическая
Термическая
Роторная
Возникает при обтекании хребтов и перевалов. Формирует зоны
неустойчивости, особенно с подветренной стороны гор.
Возникает из-за неравномерного прогрева склонов. Восходящие и
нисходящие термические потоки создают неустойчивость, особенно днём.
Обусловлена трением потока о неровную поверхность (скалы, леса).
Наиболее выражена в приземном слое атмосферы.
Формируется с подветренной стороны при сильном ветре. Связана с
замкнутыми вихревыми структурами (роторами), отличается высокой
интенсивностью и непредсказуемостью.

5.

2.3. Сдвиг Ветра, Роторы и Горные Волны
Явление «Сдвига Ветра» в Горах
Сдвиг ветра — это резкое изменение скорости и/или направления ветра на
небольшом расстоянии (по высоте или горизонтали). В горах сдвиг часто
сочетается с турбулентностью и вертикальными потоками, создавая
опасные условия.
• Возникает из-за обтекания воздушными массами хребтов и долин.
Поток ускоряется в узких ущельях и ослабляется за препятствиями.
• Значительные различия наблюдаются между наветренной и подветренной сторонами.
• Горно-долинные ветры и термическая циркуляция усиливают
вертикальный сдвиг (например, восходящие потоки по склонам
сочетаются с сильным фоновым ветром на высоте).
Роторы и Волновые Явления (Горные Волны)
Эти сложные структуры формируются при взаимодействии устойчивого
воздушного потока с горными хребтами и представляют серьёзную
опасность для БПЛА.
Горные Волны
Колебательные движения воздушных масс, возникающие при обтекании хребта
устойчивым ветром (перпендикулярно хребту). Сопровождаются чередованием зон
восходящих и нисходящих потоков. Нисходящие потоки могут быть очень
интенсивными, вызывая резкое снижение высоты полёта БПЛА.
Роторы
Замкнутые вихревые образования, формирующиеся в приземном слое под
горными волнами (с подветренной стороны). Воздух вращается вокруг
горизонтальной оси, создавая интенсивную турбулентность и непредсказуемые
изменения ветра. Попадание БПЛА в ротор может привести к потере устойчивости,
срыву управления и полной утрате аппарата.

6.

2.5. Локальные Ветры Казахстана: Опасность для
Авиации
Горные системы Казахстана (Тянь-Шань, Жетысуский Алатау, Алтай) способствуют формированию специфических локальных ветров, которые
необходимо учитывать при эксплуатации БПЛА.
Жетысуские Ветры
Фен
Бора
Формируются в районе Джунгарских
Тёплый сухой ветер, возникающий при
Холодный, сильный и порывистый ветер,
ворот — узкого горного прохода. При
спуске воздушных масс с подветренных
возникающий при стекании холодных
значительной разности давления между
склонов гор (наблюдается в районах
воздушных масс с возвышенностей в
Балхашско-Алакольской впадиной и
Тянь-Шаня и Жетысуского Алатау). При
низины. Характерен для восточных и
Китаем воздушные массы ускоряются.
спуске воздух адиабатически
юго-восточных горных районов в
Отличаются высокой скоростью и
нагревается. Опасен из-за сильных
холодный период. Опасна внезапным
порывистостью, создавая риск сноса
нисходящих потоков, турбулентности и
усилением ветра, сильной
БПЛА с маршрута и увеличения нагрузки
резкого повышения температуры, что
турбулентностью и резким понижением
на двигатели.
влияет на работу электроники БПЛА.
температуры воздуха.

7.

3. Влияние Ветра на Эксплуатацию БПЛА
3.1. Общие Требования и Ограничения
Ветровые нагрузки влияют на устойчивость, управляемость и энергоэффективность БПЛА. Строгое соблюдение требований безопасности обязательно.
Оценка Ветровых Условий
Соблюдение Ограничений
Оператор должен анализировать прогноз скорости, направления,
Необходимо строго следовать предельно допустимой скорости ветра и
вероятность порывов и сдвига ветра. Особое внимание — приземному
порывов, установленной производителем БПЛА. Превышение ограничений
слою и рельефным препятствиям.
ведёт к потере устойчивости и отказу систем.
Выбор Площадки
Планирование Маршрута
Площадка для взлёта/посадки должна быть максимально открытой,
Полёт против сильного ветра увеличивает энергопотребление.
удалённой от склонов и препятствий, создающих турбулентность. В горах
Необходимо предусматривать запас энергии и возможность безопасного
предпочтение — участкам, защищённым от нисходящих потоков.
возврата. Постоянный контроль параметров полёта обязателен.
3.2. Влияние Ветра на Взлёт
Взлёт — критический этап на малой высоте. Порывы ветра могут вызвать внезапное кренение или потерю высоты, делая взлёт неконтролируемым. Турбулентность у
подножий склонов (особенно с подветренной стороны) создаёт нисходящие потоки, затрудняющие набор высоты.
Рекомендация: Выполнять взлёт против ветра на открытых, ровных участках, удалённых от зон турбулентности.

8.

3.3. Влияние Ветра на Посадку и Полёт
3.4. Влияние Ветра на Полёт
Ветер постоянно воздействует на динамику БПЛА, особенно в изменчивых горных условиях.
Влияние Ветра на Посадку
Увод БПЛА с Маршрута
Посадка на малой скорости делает БПЛА уязвимым к ветровым явлениям. Сдвиг ветра при заходе на
посадку (резкое изменение скорости/направления) может привести к внезапной потере подъёмной
силы или неконтролируемому набору высоты, затрудняя точное приземление.
Боковой или встречный ветер отклоняет аппарат от траектории. В горах эффект
усиливается локальными ускорениями. Требуется постоянная корректировка курса и
навигация.
Роторы и нисходящие потоки (часто с подветренной стороны склонов) являются наиболее
опасными. Попадание в них вызывает резкую потерю высоты и перегрузку силовой установки.
Алгоритм Безопасной Посадки
Увеличение Энергопотребления
Полёт против сильного ветра требует повышенной нагрузки на двигатели, сокращая
Заранее оценить ветровые условия, исключить сильные порывы и роторы.
продолжительность полёта и дальность действия БПЛА. Турбулентность увеличивает
Заход на посадку выполнять против ветра для повышения устойчивости.
количество коррекционных манёвров, снижая ресурс аккумуляторов.
Поддерживать устойчивый режим полёта, избегать резких манёвров.
Сохранять запас тяги для компенсации порывов.
Быть готовым прервать посадку и выбрать альтернативную площадку.
Риск Потери Связи
Увод аппарата с маршрута или изменение высоты могут ухудшить условия приёма
сигнала, особенно при экранирующем воздействии горного рельефа, что ведёт к потере
управления.
Вертикальные Потоки
Восходящие потоки вызывают самопроизвольный набор высоты; нисходящие — резкую
потерю высоты, создавая угрозу столкновения с рельефом.
Это последняя фото с дрона
Перед тем как его унесло
Ветром и он сломался после
Входа в туман

9.

Рекомендации по безопасности
Алгоритм действий для оператора при работе в горной местности Казахстана.
01
02
03
Анализ метеоданных
Выбор площадки
Контроль ресурсов
Проверка прогноза и визуальная оценка
Использование наветренных склонов,
Всегда оставлять 30% запаса энергии на
(движение пыли, деревьев).
удаление от роторных зон и обрывов.
борьбу с непредвиденным ветром при
возврате.

10.

4.3. Особенности Эксплуатации в Горных Районах Казахстана
Эксплуатация БПЛА в Казахстане требует учёта региональных особенностей ветрового режима, которые формируются под влиянием Заилийского Алатау, Алтая и Жетысуского Алатау.
Район Алматы (Заилийский Алатау)
Ветровой режим формируется горно-долинной циркуляцией и фенами. Днём —
восходящие потоки, ночью — нисходящие. Это вызывает резкие изменения
вертикальной скорости. Плотная застройка и сложный рельеф усиливают
турбулентность в пригородных зонах. Требуется повышенное внимание при полётах
на малых высотах.
Восточно-Казахстанский Алтай
Характеризуется суровыми условиями и высокой повторяемостью сильных ветров.
Часто наблюдаются порывистые потоки, горные волны и зоны интенсивной
турбулентности на подветренных склонах. Требуется дополнительный запас
энергетических ресурсов для компенсации ветровых нагрузок.
Жетысуский Алатау
Характерны локальные ветры, ускоряющиеся в узких долинах и перевалах
(Жетысуские ветры). Это может привести к значительному уводу БПЛА с маршрута.
Рекомендуется избегать районов перевалов и подветренных склонов в периоды
усиления ветра.