Струйные течения и их аэронавигационное значение

4.3. Турбулентность атмосферы 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.