Чтение онлайн

Нужно сказать, что можно отделить скоростные и температурные причины возникновения турбулентности среза. Можно сказать, что слои воздуха, имеющие различные температуры, имеют неодинаковые скорости и направления, что является причиной турбулентности среза между ними. В предыдущих главах говорилось, что эффекты нагревания и охлаждения воздуха, а также барические системы высокого давления создают температурные инверсии и струйные потоки на различных уровнях. Это типичное явление, тесно связанное с турбулентностью среза.

В самом деле, турбулентность среза чаще всего встречается возле слоя инверсии. Этот слой может быть на высоте нескольких сотен метров, формируется он опускающимся воздухом в барических системах высокого давления, или ночью, когда нижний слой воздуха остывает быстрее. В первом случае, инверсионный слой может остановить подъем термических потоков, турбулентный воздух перемешается в теплом слое. На рисунке 101 изображено несколько ситуаций, когда присутствуют одновременно инверсия и турбулентность среза.

Рис. 101. Причины возникновения турбулентности среза

На последней картинке мы видим, как в долине собирается холодный воздух, а более теплый протекая над ним с большой скоростью, приводит к образованию сильной турбулентности среза на границе между воздушными массами. В горных районах после обеда возникают мощные холодные потоки, которые являются результатом стока воздуха с гор в долину (подробнее об этом явлении в следующей главе). Они приводят к образованию сильной турбулентности среза (рис. 102).

Рис. 102. Ветер в горах как причина турбулентности

Этот процесс чаще всего встречается на восточно-ориентированных склонах с глубокими каньонами внизу в жаркие дни, когда солнце опускается ниже вершин и восточные склоны оказываются в тени. На рисунке 103 объясняется еще одна причина возникновения турбулентности среза — это холодный и теплый фронты, а также фронты морских бризов (смотри следующую главу). Отметим, что сильная турбулентность среза встречается на границе двух воздушных масс с сильно отличающимися характеристиками (например, во фронте морского бриза). Турбулентность среза имеет тенденцию удерживаться длительное время, если слои ее порождающие, стабильны. Мощные фронты могут создавать турбулентный слой на несколько дней.

Рис. 103. Турбулентность среза во фронтах

Слои воздуха с различной температурой, а значит и плотностью не стремятся перемешиваться. Таким образом, они некоторое время поддерживают разделение и перемешиваются только в узком слое между собой. С годами турбулентность среза не становится менее тяжелым испытанием для спортивной авиации. Для большей части малой авиации лучше ее избегать. Турбулентность среза часто выглядит как небольшая болтанка и возможны вполне нормальные полеты, но может быть очень сильной, неприятной даже для самолетов, что встречается в верхних слоях и чаще в высоких широтах.

ВИХРЕВАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ

Мы рассмотрели три естественных причины возникновения турбулентности. Для полноты информации отметим, что есть еще причина, созданная человеком. Это спутная струя, представляющая собой вихрь, сходящий с законцовок всех крыльев. Он имеет большую энергию, и его воздействие в воздухе на летательный аппарат, летящий сзади, ощутимо. Спутная струя от другого аппарата действует на некотором расстоянии за крылом. В этих пределах летящий сзади ощущает толчки, удары, тряску в зависимости от расстояния и положения относительно переднего аппарата. Спутные струи за самолетом намного интенсивнее, чем мы можем предположить, они могут стать причиной проблем в управлении и даже разрушений попавшего в них летательного аппарата. Избегая их, вы сохраняете свое здоровье. Спутные струи тем интенсивнее, чем больше нагрузка на крыло, чем менее аэродинамически совершенен летательный аппарат и чем больше углы атаки.

РОТОРЫ

В определенных условиях в пересеченной или горной местности образуются вихри, которые мы называем роторами. Длительность их существования зависит от того, как долго дует ветер. Позднее будут приведены рисунки с примерами роторов.

Роторы возникают в стабильных условиях при слабых или средних ветрах. В нестабильных условиях (например: термичность) имеется тенденция к их дроблению или уничтожению совсем. В более сильный ветер ротора обычно сдуваются в направлении основной турбулентности, свойственной данной местности. В полете надо избегать роторов, потому что они приводят к возникновению сильных нисходящих потоков и создают проблемы в управлении аппаратом. Полет вдоль оси ротора может привести к опрокидыванию. Роторы, которые расположены под волной (глава 8) могут привести к разрушению самолета.

ПРИЗНАКИ ТУРБУЛЕНТНОСТИ

Турбулентность можно увидеть, находясь на земле. Любое быстрое изменение скорости или направления движения воздуха является указателем турбулентности. Каждый пилот должен знать максимальные параметры турбулентности, допустимые для его летательного аппарата, да еще с учетом его индивидуального мастерства. Например, примем ограничение изменения скорости и направления ветра на 2 м/с и 45° за 3 секунды. Если изменения больше, или такие, но за меньший промежуток времени, то вам лучше подождать более подходящую погоду.

Любые гибкие объекты, которые могут служить указателями ветра, такие, как: деревья, поля злаковых, высокая трава, водяные пространства, флаги и ветроуказатели можно использовать для определения интенсивности турбулентности. Идеальным детектором турбулентности является дым, как показано на рисунке 104.

Рис. 104. Дым как индикатор турбулентности.

Как отмечалось в главе 3 определенные типы облаков также хорошо указывают на турбулентность. Кучевые облака очень часто связаны с термиками и, следовательно, с термической турбулентностью. На интенсивность турбулентности частично указывают вертикальное развитие и скорость роста облаков, связанные с термической активностью. Турбулентность среза также можно определить по типу облаков.

Слоистые облака часто находятся в инверсионном слое. А граница слоя инверсии с более холодным воздухом является зоной турбулентности среза. Billow облака, которые рассматриваются выше (рис. 34), указывают на срез потоков. Часто они возникают по причине прихода теплого фронта и обычно выше уровня полетов спортивных аппаратов (5000 м и более). Последний тип облаков, который может помочь определить наличие турбулентности, — это волновые облака (рис. 33). Сильные роторы часто соседствуют с волнами, поэтому район с волновыми облаками представляет опасность для легкой авиации. В главе 8 мы подробнее рассмотрим волны и покажем, чем опасен ротор.

УСЛОВИЯ И ЦИКЛЫ ТУРБУЛЕНТНОСТИ

Понятно, что жаркие, сухие условия идеальны для возникновения сильной термической турбулентности. В дополнение, большой градиент давления, местные прогревы или крупномасштабная циркуляция вызывают сильный ветер, что может привести еще и к мощной механической турбулентности.

Изменения стабильности атмосферы тесно связано с типом турбулентности. Стабильный воздух не способствует термической активности или другим видам вертикального движения потоков. Механическая турбулентность, как и термическая, довольно неожиданна в стабильных условиях, и умирает быстрее. С другой стороны взаимодействие стабильного воздуха с другими слоями зачастую приводит к турбулентности среза.