35. Атмосферная турбулентность. Виды атмосферной турбулентности. Тян. Рекомендации по выполнению полётов и управлению воздушным движением в зонах турбулентности.
Турбулентное состояние атмосферы- состояние, при котором наблюдаются неупорядоченные вихревые движения различных масштабов и скоростей. Атмосфера всегда находится в турбулентном состоянии. Основной причиной турбулентности являются возникающие в атмосфере контрасты в поле ветра и температуры.
При пересечении вихрей ВС подвергается воздействию их вертикальных и горизонтальных составляющих, представляющих собой отдельные порывы, в результате чего нарушается равновесие аэродинамических сил, действующих на ВС. Возникают добавочные ускорения, вызывающие вредные перегрузки, а следовательно болтанку ВС. Болтанка- беспорядочные перемещения ВС при полете в турбулентной атмосфере.
По разным причинам возникновения, атмосферную турбулентность условно подразделяют на термическую, динамическую и механическую.
Термическая турбулентность образуется при перемещении холодного воздуха на прогретую подстилающую поверхность, а так же в результате неравномерного нагрева подстилающей поверхности.
Динамическая турбулентность обусловлена большими вертикальными и горизонтальными сдвигами ветра, которые наблюдаются преимущественно в зонах атмосферных фронтов и в струйных течениях.
Механическая турбулентность возникает из-за трения движущегося потока о неровную земную поверхность.
Над горной местностью наблюдается деформация воздушного потока, которая способствует образованию орографической турбулентности. Сильная болтанка будет наблюдаться тогда, когда воздушный поток направлен перпендикулярно ребру и имеет скорость 8-10 м/с, когда происходит нагрев склонов хребта солнечными лучами и когда близко расположены атмосферные фронты. Наиболее опасная болтанка наблюдается при полетах в нисходящем потоке за хребтом (подветренная сторона).
Турбулентность воздуха, вызываемая неровностями местности, называют орографической. Её влияние на полёты бывает сильным в холмистой местности и, особенно в горных районах. Воздушный поток при обтекании горных препятствий деформируется. Степень и характер деформации зависит от характера набегающего потока – его скорости, направления и температуры, и от формы и размеров горного хребта, а также под каким углом встречается воздушный поток с хребтом.
Влияние горного хребта на воздушный поток начинает сказываться на значительном расстоянии. При высоте хребта 1000м воздушный поток начинает восходящее движение на расстоянии 60-80 км от него.
На наветренных склонах гор в приземном слое воздушного потока возникает множество мелких вихрей диаметром порядка нескольких десятков метров.
Над горным хребтом вследствие вихреобразования при срыве потока с кромки хребта и сгущения линий тока опасная турбулентность может наблюдаться в слое 500-1000м над вершинами гор. Здесь же могут наблюдаться и вертикальные градиенты ветра 5м/с и более на 100м.
За хребтом (на подветренной стороне) воздушные завихрения в нисходящем потоке представляют наибольшую опасность для полётов. Скорость нисходящего потока может достигать 5м/с и даже больше.
При сильных ветрах, направленных перпендикулярно к хребту, на подветренном склоне почти от самой поверхности хребта и до высоты 1-1,5км над вершиной образуется зона, в которой наблюдается интенсивная турбулентность, вызывающая сильную болтанку самолётов. Горизонтальная протяженность этой турбулентной зоны может простираться на 10-15 км от хребта. При убывании скорости ветра, направленного к хребту, до 4-6 м/с турбулентность затухает и болтанка уменьшается.
Наряду с турбулентностью на условия полёта в горных районах влияет также эффект общего подъёма воздуха на наветренной и опускание его на подветренной стороне. Поэтому самолёт на наветренной стороне хребта «тянет» вверх, а на подветренной «прижимает» к земле.
При большой скорости ветра (более 8м/с) направленного перпендикулярно к горному хребту, за подветренным склоном могут возникать вихри, называемые роторами, или турникетами.
Оси таких вихрей бывают горизонтальными и направленными параллельно горному хребту. Диаметр роторов может достигать нескольких сотен метров и более. Скорость вертикальных движений в отчетливо выраженных роторах колеблется от 5 до 10м/с. Вследствие этого в роторах наблюдается сильная турбулентность, аналогичная турбулентности в кучево-дождевых облаках. Иногда в верхней части роторного вихря образуются разорвано – кучевые облака е небольшим вертикальным развитием. Роторы часто располагаются в виде нескольких параллельных хребту полос.
Если над хребтом в слое толщиной 4-5 км наблюдается усиливающийся ветер, перпендикулярно хребту, а стратификация устойчивая (т.е. есть инверсия, изотермия или слабое падение температуры с высотой), то на подветренной стороне хребта образуются подветренные волны, называемые иногда стоячими или горными волнами. Образованию таких волн благоприятствует наличие у хребта крупных склонов.
Стоячими волнами называются потому, что их вершины и долина находятся на одном месте по отношению к хребту. Длина таких волн может быть от 5 до 50км, амплитуда 100-150м. Распространяются в высоту в несколько раз (4-5) превышая высоту хребта, могут наблюдаться во всей тоще тропосферы, иногда распространяясь в нижнюю стратосферу.
При полёте в зоне стоячих волн возникает циклическая болтанка, вызываемая чередующимися восходящими и нисходящими движениями воздуха в гребнях и долинах волн, вертикальные скорости в этом случае могут достигать10-12м/с. Наиболее тяжелые условия полёта наблюдаются в коротких волнах с большой амплитудой. В области образования подветренных волн наблюдаются резкие колебания атмосферного давления. Вследствие этого показания барометрического высотомера часто оказываются ненадежными. Иногда при полётах отмечались ошибки в определении высоты до 300м и даже 750м.
При анализе и оценке метеорологической обстановки следует учитывать, что болтанка ВС, обусловленная турбулентностью атмосферы, может возникать при следующих условиях:
В нижнем приземном слое, из-за неодинакового нагрева земной поверхности, трения воздушного потока о поверхность земли;
При пересечении инверсионных слоев (в зоне тропопаузы и в зоне инверсии над поверхностью земли);
В зоне атмосферных фронтов и особенно, когда с ними связаны высотные фронтальные зоны, где наблюдаются горизонтальные градиенты температуры 2 град С на 100 км и скорости ветра более 20 км/час на 100 км;
При вхождении в облачность (выделяется тепло конденсации и кристаллизации);
В горной местности (горные волны и роторные движения на подветренной стороне);
В зоне струйных течений (когда наблюдается вертикальный градиент скорости ветра более 10 м/с на 1 км высоты и изменение направления ветра более 15 град на 1 км высоты)
В зонах сходимости и расходимости воздушных потоков и при резком изменении потоков по направлению (периферия циклона, гребень, ложбина).
Болтанка самолетов, при полетах в вышеуказанных условиях, может быть различной интенсивности и приводит к усложнению условий полета, вибрации ВС, покачиванию, толчкам и ударам, потере высоты, устойчивости полета, ухудшению управляемости, искажению показаний ряда приборов, ускорению изнашиваемости деталей. Если прирост перегрузки превышает допустимые значения, то это может привести к летному происшествию.
Болтанка считается умеренной при приросте перегрузки до +1.0g , сильной при +1.0g и более .При заходе на посадку болтанка считается умеренной при +0.3-0.4g , сильной- более +0.4g . При попадании ВС в сильную болтанку командир обязан принять меры для немедленного выхода из опасной зоны, в том числе с разрешения диспетчера изменить высоту полета.
Турбулентность ясного неба - опасное для авиации явление, так как может встретиться неожиданно. Зона болтанки имеет толщину до 2 км, горизонтальная протяженность десятки и сотни километров. ТЯН связана с зонами больших горизонтальных и вертикальных сдвигов ветра на высоте и чаще обусловлена наличием СТ.