Шке верхней атмосферы, о метеорологических условиях по
 Скачать 1.82 Mb.
|
|
Турбулентность (от латинского слова «турбо» - завихрения, водоворот) - это такое состояние атмосферы, при котором образуются вихри разных размеров, возникают го- ртонтальные и вертикальные порывы ветра. Оси турбулентных вихрей быстро меняют свое положение в пространстве и нывают ориентированы в самых различных направлениях. В зависимости от причин образования турбулентность подразделяется на термическую, динамическую, орографическую. Термическая турбулентность (конвекция) возника- ст из-за неравномерного прогрева подстилающей поверхно- сги или в результате натекания холодного воздуха на теплую подстилающую поверхность при больших вертикальных юмпературных градиентах. Над континентом наблюдается летом, днем. При термической турбулентности возникают как беспорядочные, так и упорядоченные восходящие и нисходящие потоки воздуха. Её интенсивнос ть зависит от влажности воздуха. В сухом воздухе конвекция развивается до высоты 2-3 км и вызывает в этом слое слабую или умеренную болтанку. Во влажном воздухе конвекция развивается до больших высот, иногда до тропопаузы и приводит к образованию мощно-кучевых и кучево-дождевых облаков. В этом случае болтанка сильная, особенно в облаках, и наблюдается от земли до верхней границы облаков, Динамическую турбулентность вызывают следующие причины: трение движущегося воздушного потока о шероховатости рельефа на земной поверхности: неоднородность характера воздушного потока по направлению и скорости; - волновые движения в слоях инверсии и изотерм ии. Трение о земную поверхность в равнинной и холмистой местности обусловливает возникновение динамической турбулентности в нижнем слое тропосферы (до 1-1,5 км). Т акая турбулентность вызывает слабую и умеренную болтанку. Чем сильнее воздушный поток и больше шероховатость подстилающей поверхности, тем интенсивнее динамическая турбулентность в приземном слое. В свободной атмосфере динамическая турбулентность возникает в слоях, где наблюдается большая изменчивость характеристик ветра по высоте и/или по горизонтали. Для количественной характеристики такой турбулентности вводится понятие сдвиг ветра - изменение вектора ветра в пространстве, включая восходящие и нисходящие потоки. Опасная турбулентность образуется при вертикальных сдвигах ветра более 3 м/с на 100 м высоты и/или горизонтальных сдвигах ветра более 6 м/с на 100 км расстояния. Турбулентные зоны в большинстве случаев имеют ограниченные размеры. Их толщина чаще всего 300-600 м, горизонтальная протяженность 60-80 км. Очень редко зона турбулентности охватывает слой толщиной 2-3 км и имеет протяженность до 1000 км. Чем интенсивнее турбулентная зона, тем меньше ее толщина и протяженность. Эти зоны неустойчивы во времени и могут исчезать через 30-50 мин после их возникновения. В свободной атмосфере динамическая турбулентность чаще всего развивается там, где наблюдается сходимость (конвергенция) и расходимость (дивергенция) воздушных потоков, на границах струйного течения, в зоне тропопаузы. Турбулентность, наблюдающаяся в атмосфере на высотах более 5 км при отсутствии кучевообразных облаков, называется турбулентность при ясном небе - ТЯН (САТ - с1еаг а!г ШгЬн1епсе). тян относится к опасным для авиации метеоявлени- •1м п силу внезапности (неожиданно для экипажа) воздей- ■ нн1»1 на ВС. Известны авиационные происшествия из-за пони мним ВС при безоблачном небе в зоны очень сильной | \ роупсш пости. ТЯН чаще всего связана со струйными течениями. Орографическая турбулентность возникает в горных районах (рисунок 2.11).    Рисунок 2.11 - Турбулентность в горных районах Воздушный лоток при обтекании горных препятствий деформируется и, при определенных условиях это приводит к образованию зон с повышенной турбулентностью. Повторяемость сильной турбулентности в горных районах при одних и тех же метеорологических условиях значительно выше, чем в равнинной местности. Характер и интенсивность турбулентности зависят от формы и размеров горного препятствия, от того, как направлен воздушный поток по отношению к препятствию, от скорости ветра и изменения ее с высотой, от температурной стратификации. Турбулентность, вызывающая интенсивную болтанку ВС. образуется в тех случаях, когда: воздушный поток направлен перпендикулярно к горному препятствию: скорость ветра у земли 8-10 м/с и с высотой ветер усиливается; выше горного препятствия наблюдается устойчивая стратификация атмосферы (имеет место слой инверсии, изо- термии или медленного понижения температуры с высотой). Опасная турбулентность возникает: над вершиной горы в слое 500-1000 м. Здесь поток сжимается, усиливается, в результате чего вертикальные сдвиги ветра увеличиваются до 5 м/с и более на 100 м высоты; с подветренной стороны гор, где образуются сильные нисходящие потоки (фён), совокупность вихрей разных размеров (роторы), а выше хребта - подветренные волны. Зона повышенной турбулентности распросграняется по горизонтали в направлении воздушного потока на 20- 30 км от горного препятствия. Упорядоченные нисходящие воздушные потоки (фён), возникающие на подветренной стороне, приводят к резкой потере высоты ВС на несколько сотен метров. Известны летные происшествия, связанные с указанным явлением. Роторы возникают чаще всего за горными препятствиями высотой до 1500 м. Они представляют собой цилиндрические вихри диаметром 500-1000 м с горизонтальными осями, направленными параллельно горному хребту. В отчетливо выраженных роторах скорость вертикальных движений 5-10 м/с, поэтому в роторах наблюдается сильная болтанка, аналогичная болтанке в кучево-дождевых облаках. Иногда в верхней части роторного вихря образуются разорванно-кучевые облака с небольшим вертикальным развитием (напоминают шляпку гриба). Наряду с турбулентностью, на условия полетов в горных районах влияет эффект общего подъема воздуха на наветренной и опускание его на подветренной стороне. Поэтому ВС на наветренной стороне хребта "тянет" кверху, а на подветренной “прижимает” к земле. Влияние горного хребта на воздушный поток начинает сказываться на значительном расстоянии. При высоте хребта 1000 м воздушный поток начинает восходящее движение на расстоянии 60-80 км от него. Турбулентное состояние атмосферы, в свою очередь, оказывает существенное влияние на полет ВС. Летательный аппарат подвергается воздействию горизонтальных и вертикальных порывов ветра. Вследствие этого изменяется угол атаки, подъемная сила, происходит тряска и вибрация, неупорядоченные броски вверх и вниз, создается перегрузка. В комплексе реакция ВС на турбулентное состояние атмосферы называется болтанкой. Болтанка - беспорядочные перемещения воздушного судна, возникающие при полете в условиях турбулентности атмосферы (п. 7 ст. 12 ФАППВП). Обозначается символом А. При прочих равных условиях болтанка гем интенсивнее, чем больше скорость полета. Поэтому в руководствах по летной эксплуатации ВС через число М задаются максимально допустимые скорости полета в спокойной и турбулентной атмосфере. Интенсивность болтанки оценивается приращением перегрузки по вертикальной оси (Лпу), выраженным в долях ускорения свободного падения (§). Болтанка считается слабой, когда прирост перегрузки достигает не более ± 0,5 умеренной - до ± 1,0 сильной - ± 1,0 А при посадке: умеренная - от ± 0,3 § до ± 0,4 сильная -- более ± 0,4 Наиболее часто наблюдаются следующие виды болтанки: болтанка в виде частых и мелких толчков, бросков вверх и вниз; болтанка в виде редких, но значительных по вертикали бросков самолета вверх и вниз на десятки, а иногда и сотни метров; болтанка, при которой сочетаются сразу оба вида. Следствием болтанки могут быть потеря управления или повреждения самолета, трудности в управлении самолетом, ухудшение самочувствия экипажа, неточности в показаниях приборов и уменьшение скорости полета самолета. В условиях болтанки показания вариометра и указателя скорости могут быть неправильными, так при умеренной болтанке скорость снижается на 5—10 %. Возможен и такой случай, когда в одно и то же время одна плоскость самолета окажется под воздействием восходящего потока, а другая - нисходящего. В этом случае резкие движения рулями управления могут быть причиной перехода самолета в «штопор». Продолжительность существования турбулентных зон составляет от нескольких часов до суток (в отдельных случаях). Чаще всего турбулентность наблюдается у земли до высоты 2 -3 км и под тропопаузой. Часто возмущенные участки чередуются со спокойными. Рассмотрим метеорологические и физико- географические условия болтанки. Болтанка в различных слоях атмосферы В зависимости от характера болтанки и ее повторяемости тропосферу можно разделить на 3 слоя: нижний (0- 2 км); средний (0-6 км); верхний (6-11 км). В нижнем слое максимальная повторяемость болтанки. Она обусловлена как термическими, гак и динамическими причинами вследствие трения воздуха о неровности земной поверхности при его горизонтальном перемещении до высоты I 000 1500 м. В среднем слое - минимальная повторяемость и наблюдается в случае развития конвекции до больших высот, а также на границе двух различных по свойствам ВМ (на атмосферных фронтах). Турбулентность в верхнем слое тропосферы чаще всего динамического происхождения и наблюдается в зоне струйных течений и тропопаузы. Болтанка в облаках Внутри всех типов облаков турбулентность обычно развита сильнее, чем в окружающей атмосфере, поэтому болтанка в облаках более значительна по сравнению с безоблачными зонами. Наиболее интенсивная болтанка, угрожающая безопасности полетов, наблюдается в зонах мощнокучевых облаков и кучево-дождевых облаков. В этих облаках преднамеренный полет ВС запрещается. Для качественной оценки интенсивности болтанки в полете летчику необходимо знат ь характеристику поведения самолета при болтанке (таблица 2.2). Таблица 2.2 - Основные характеристики болтанки
Атмосферная турбулентность, вызывающая болтанку самолетов, относится к числу опасных для авиации явлений погоды. Интенсивность и характер болтанки при полете в турбулентной атмосфере зависят от масштаба турбулентности (размера вихрей), скорости полета и типа самолета (аэродинамических особенностей его). В целях обеспечения безопасности полета в турбулентной атмосфере для каждого тина самолета, в соответствии с особенностями его конструкции, установлены пределы допустимых скоростей полез а, указанные в Инструкциях для каждого типа самолета. Превышение скоростей, рекомендуемых Инструкцией, приводит к усилению болтанки, а полет со скоростями меньше рекомендованных опасен выходом самолета за критические углы атаки. Поэтому при попадании в зону сильной болтанки необходимо избегать энергичного маневрирования, сохраняя заданный угол тангажа небольшими плавными движениями ручки (штурвала). Не следует реагировать на каждый восходящий или нисходящий порыв, особенно кратковременный. Лишь при воздействии на самолет сильного порыва, вызвавшего длительное увеличение (уменьшение) перегрузки, нужно «помочь» самолету восстановить исходную перегрузку. Это особенно относится к тяжелым самолетам, обладающим, с одной стороны, большой инертностью при вращениях относительно центра тяжести, а с другой - ограниченными запасами допускаемой перегрузки и допустимого угла атаки. При полете в неспокойной атмосфере самолет может быть подвержен воздействию зак называемой циклической болтанки, которая возникает в том случае, когда частота повторяемости восходящих и нисходящих потоков совпадает с собственной частотой изгибных колебаний крыла. Совпадение частот наиболее вероятно у тяжелых самолетов. Циклическая бол ганка представляет особенно большую опасность для различных агрегатов, прикрепленных к крылу. В концевых сечениях крыла, где имеют место наибольшие амплитуды, в некоторых случаях могул' возникнуть перегрузки, доходящие до 10 § и более. Возникающая в полете циклическая болтанка внешне воспринимается как очень интенсивная тряска крыла, вызывающая тряску всего самолета. При ее появлении следует немедленно изменить режим полета - скорость или высоту. В целом наиболее часто болтанка встречается в слое 206-500 м, а также вблизи тропопаузы. Отмечается она как в облаках, так и вне облаков, но повторяемость ес в первом случае больше, чем во втором. Наиболее интенсивная болтанка наблюдается в кучево-дождевых облаках и мощнокучевых облаках, а также в зоне струйных течений (СТ). Обычно летчики отмечают болтанку при горизонтальном полете реже, чем при наборе высоты или снижении. Это объясняется прежде всего гем. что турбулентные зоны часто имеют сложный характер по вертикали. Кроме того, при наборе и снижении динамическая устойчивость самолета меньше, чем при горизонтальном полете. 2.3 Густые дымки, туманы, мелели 2.3.1 Густые дымки, туманы Туман - скопление продуктов конденсации и сублимации водяного пара у поверхности земли при видимости менее 1000 м. Обозначается символом Дымка - явление, аналогичное туману при видимости от I до 10 км. Обозначается символом =. Главное условие образования тумана - охлаждение воздуха до температуры точки росы или его дополнительное увлажнение за счет испарения (туман испарення). Туманы, как и облака, состоят из водяных капель, ледяных кристаллов либо их смеси. При температуре воздуха до минус 20 °С наблюдаются преимущественно капельножидкие туманы; при температуре минус 20 °С и ниже - смешанные туманы. Чисто кристаллические туманы обычно наблюдаются при температуре минус 40 °С и ниже. Для образования тумана необходимы следующие условия: насыщение воздуха водяным паром у поверхности земли до 100 %; наличие ядер конденсации. |