Причины турбулентности атмосферы
Глава 8
ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ
НА ПОЛЕТЫ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
8.1. Причины турбулизации атмосферы
Среди метеорологических явлений, оказывающих влияние та полеты воздушных судов, одним из наиболее опасных является атмосферная турбулентность, вызывающая интенсивную болтанку самолетов, под которой понимается резкое перемещение ВС в вертикальной плоскости. Болтанка, особенно сильная, - явление сравнительно редкое. Тем не менее, внезапное попадание самолета в зону интенсивной турбулентности может быть причиной серьезных летных происшествий. В связи с этим перед синоптиками АМСГ стоит сложная задача диагноза и прогноза атмосферной турбулентности и болтанки самолетов. Трудности прогноза усугубляются большими погрешностями температур-но-ветрового зондирования. Поэтому добиться удовлетворительного качества прогнозов можно только путем глубокого познания динамики атмосферы и комплексного учета атмосферных процессов.
Атмосфера практически всегда находите! в турбулентном состоянии. Основной причиной турбулизации воздушных течений являются возникающие в атмосфере контрасты в поле ветра и температуры. Различные процессы порождают эти контрасты, К основным таким процессам следует отнести:
-трение воздушного потока о поверхность земли и как следствие - большие вертикальные градиенты ветра в нижнем слое;
-деформация воздушных течений горами;
-неодинаковое нагревание различных участков подстилающей поверхности, что вызывает термическую конвекцию;
-процессы облакообразовант, при которых выделяется тепло конденсации и изменяется характер полей температуры и ветра;
-взаимодействие воздушных масс с различными термодинамическими характеристиками, на границе которых очень резко выражены горизонтальные градиенты температуры и ветра;
-наличие инверсионных слоев, на которых могут возникать гравитационные волны, теряющие при определенных условиях устойчивость.
Эти процессы могут действовать одновременно и тем самым усиливать или ослаблять турбулизацию атмосферы. При классификации турбулентности обычно во внимание принимаются не причины ее возникновения, а особенности развития. При этом выделяют орографическую (механическую) турбулентность, термическую (конвективную) турбулентность и динамическую турбулентность.
Орографическая турбулентность является функцией скорости ветра у поверхности земли, шероховатости земной поверхности, а также взаимного расположения направления ветра и направления хребта. Возмущения, возникающие за счет неровностей земной поверхности, приводят к образованию сильных восходящих и нисходящих потоков, которые и вызывают болтанку ВС.
Термическая (конвективная) турбулентность образуется за счет неравномерного нагрева поверхности или при адвекции холодного воздуха на теплую подстилающую поверхность.
Динамическая турбулентность возникает в атмосфере в слоях, где наблюдаются большие вертикальные и горизонтальные сдвиги ветра и температуры. В результате имеющихся в атмосфере градиентов ветра и температуры образуются гравитационные и гравитационно-сдвиговые волны, которые при определенных условиях могут терять устойчивость, разрушаться и переходить в турбулентные вихри более мелкого масштаба.
Ученых многих стран привлекает проблема турбулентности ясного неба (ТЯН). Это связано с задачей обеспечения безопасности полетов в метеорологическом отношении. ТЯН наиболее опасный для авиации вид турбулентности» так как всегда оказывается внезапной для экипажа. Под ТЯН понимается турбулентность в свободной атмосфере вне зон конвективной деятельности, а также турбулентность в перистых облаках. Иными словами та турбулентность, которую экипаж не ждет,
Это интересно:
Надеюсь, что не раскрою «большого секрета» летчиков, если скажу, что командир корабля или второй пилот не сжимают «судорожно» штурвал от взлета до посадки. После того как самолет набрал заданную высоту и встал на курс, летчик включает автопилот, и самолет без вмешательства летчика сохраняет высоту, скорость и курс полета. После включения автопилота командир может попросить у бортпроводницы чашечку кофе. А теперь представьте себе такую картину: ясная погода, самолет летит на автопилоте, командир и второй пилот сидят на своих местах, каждый с чашечкой кофе, а самолет вдруг попадает в зону ТЯН. Что нужно делать? Во-первых, нужно куда-то поставить чашку. Во-вторых, нужно выключить автопилот и только после этого взять управление на себя и парировать влияние турбулентных порывов. На все это потребуется не более 10 с, но при современных скоростях полета за это время самолет пролетит 2,5 км, и пассажиру и экипаж успеют на себе прочувствовать, что такое турбулентность ясного неба,
В настоящее время нет строго теоретического описания ТЯН. Трудности в изучении ТЯН усугубляются и недостатком фактических данных о турбулентности ясного неба. Возникновение ТЯН в свободной атмосфере обусловлено термодинамическими» а в горных районах - орографическими причинами.
Дальнейшее накопление материала позволит уточнить теорию ТЯН, а следовательно, и решить проблему ее более точного прогноза,
Таким образом, в атмосфере на различных уровнях постоянно существуют турбулентные вихри разного масштаба. Эти вихри развиваются, исчезают, перемещаются, и все по-разному оказывают влияние на самолет, пролетающий через них,
Это интересно:
Пожалуй, почти каждому из вас, уважаемый читатель, приходилось е жизни хотя бы раз варить кашу. Да, да, самую обыкновенную кашу. Так вот, когда каша почти готова и начинает в кастрюле «томиться», на поверхность каши всплывают и лопаются пузырьки воздуха. Когда и в каком месте появится следующий пузырек и какого он будет размера - никто не знает. А вот теперь представьте, пожалуйста, что вся ваша каша -это турбулентная атмосфера. Где и какого размера образуется в атмосфере очередной вихрь - никто не знает, но этот вихрь может не только изменить турбулентное состояние атмосферы, но и оказать негативное влияние на полет самолета.
Однако для того чтобы атмосферные турбулентные вихри вызывали болтанку самолета, их размеры должны быть соизмеримы с размерами воздушных
судов, Так, например, установлено, что на дозвуковые самолеты оказывают влияние вихри размерами от нескольких десятков до нескольких сотен метров, а на сверхзвуковые самолеты - от нескольких сотен до нескольких тысяч метров,
Очень крупные вихри как бы вовлекают самолет в свой поток. При этом самолет не испытывает болтанки, а вместе с потоком совершает плавное изменение высоты полета. На очень мелкие турбулентные вихри самолет также не реагирует» поскольку они разного знака и взаимно компенсируются. Кроме того, современный самолет имеет и внушительные размеры, и внушительную массу и поэтому за счет инерции просто не успевает реагировать на мелкие вихри.
Образно влияние турбулентных вихрей на полет самолета можно сравнить с ездой на автомашине по горной дороге. Длинные подъемы и спуски водитель практически не ощущает» Не ощущает он и мелких шероховатостей покрытия дороги (только по-разному шелестят шины у автомобиля на асфальте разного качества), а чередование подъемов и спусков на расстояниях, соизмеримых с размерами автомобиля, будут очень затруднять езду.
Дата добавления: 2020-12-11; просмотров: 735;