Развитие планирующих систем или как появился параплан (стр. 16 из 41)

Существуют некоторые специфические типы ветров. Мы рассмотрим фены и бризы.

Фен возникает, когда холодные сухие массы воздуха высокого давления застаиваются в запирающем их горном районе. Воздух начинает перетекать через вершины, и, если в долинах по другую сторону гор низкое давление, возникает фен. Скорость его - 60-100 км/ч, отмеченный максимум - около 150 км/ч. Этот ветер может продолжаться несколько дней с постепенным затуханием, внезапными возобновлениями и превращениями. Он типичен для зимы и весны, когда существуют мощные барические системы.

Бриз - ветер, возникающий только на границе водной поверхности и суши. Днем, когда суша более прогрета, воздух над ней поднимается вверх, и его замещает холодный воздух с воды. Эта циркуляция продолжается, пока продолжается прогрев земной поверхности. Ночью ситуация повторяет дневную с точностью до наоборот.

Бриз может проникать на территорию земли в среднем на 10-20 км. Но в пустынных районах отмечались случаи проникновения бриза на 400 км вглубь материка.

Проникая внутрь материка, бриз противостоит воздуху с суши, и в том месте, где его движение вглубь прекращается, возникает миниатюрный холодный фронт, называемый фронтом морского бриза.

Турбулентность

Турбулентность - это хаотическое, случайное движение воздуха. Хотя некоторые ее виды (например, роторы) и отличаются некоторой организованностью, но хаотичность все-таки является определяющим фактором.

Влияние турбулентности на летательный аппарат сказывается по-разному, в зависимости от интенсивности, размеров и ориентаций вихря. В самых простых случаях турбулентность ощущается, как легкая «болтанка», которая немного затрудняет управление. В худшем случае турбулентность может привести даже к полному разрушению параплана.

Цикл турбулентности начинается, когда она формируется одним из трех способов, о которых будет сказано ниже. Крупный ротор, двигаясь с основным потоком, разбивается на все более мелкие, но увеличивающиеся в количестве вихри. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вихри не становятся так малы, что энергия движения гасится вязкостью и подобна тепловому движению (диаметром около 0.25 мм на уровне моря).

Более мелкие вихри могут иметь энергию большую, чем крупные вихри, из которых они образовались. Только с прохождением времени и определенного пути вихри турбулентности уменьшают свою энергию.

Турбулентность образуется тремя способами: механическим, термическим и на срезе потоков. Рассмотрим их по порядку.

Механическая турбулентность создается при обтекании потоком воздуха различных тел.

Любое тело, находящееся в потоке воздуха, разбивает его. Если скорость воздуха невелика, то возможно просто отклонение потока, но при больших скоростях поток разбивается с образованием вихрей, которые создают за объектом след, являющийся уже настоящей турбулентностью.

Более скоростной поток создает не только более сильную турбулентность, но и увеличивает ее след за объектом. Также сила и характер турбулентности во многом определяются размерами и формой тела. Объекты с острыми краями образуют гораздо большую турбулентность, чем объекты со сглаженными формами. При обтекании потоком некоторых тел, могут образовываться стабильные формы турбулентности - роторы, расположенные постоянно в одних и тех же местах. Они могут отрываться потоком, и их уносит, но их место тут же занимают новые. В основном они стабильны и занимают свое место, пока существует поток с определенными параметрами. Если скорость потока сильно увеличится, то роторы унесет и на их месте будет сплошная турбулентность.

Турбулентность, вызванная любыми твердыми телами, расположенными на земной поверхности, заканчивается на высоте 500 м над самым высоким из них... Величина объектов, стоящих на пути воздушного потока, определяет размеры начальных вихрей. Чем больше преграда, тем больше вихри. Обычно объект создает вихрь в 1/10 - 1/7 своего размера. Энергия вихрей турбулентности пропорциональна квадрату скорости ветра. То есть, при усилении ветра в два раза, сила турбулентности увеличивается в четыре раза. Мощность турбулентности увеличивается с квадратом скорости ветра.

Термическая турбулентность возникает в результате тепловой конвекции воздуха. Она обычно возникает на границах восходящих или нисходящих потоков воздуха.

Обычно она наиболее сильна на высотах от 600 до 1300 м, но может достигнуть и нескольких километров в пустынях или в грозовых условиях. Тогда она очень опасна и может перевернуть или даже разрушить небольшой самолет. К счастью, такие экстремальные условия встречаются довольно редко.

Когда нагретый воздух поднимается, его место занимает воздух сверху. Если наверху дует ветер, то движение вниз приведет к тому, что у земли будет ощущение потока, направленного к земле с горизонтальной и вертикальной составляющими. Этот эффект называют «кошачьей лапой» и увидеть его можно в ветреный день с термической активностью по местной ряби на воде, по верхушкам леса, на травяных полях.

Третья и последняя причина возникновения турбулентности - это следствие среза (сдвига) ветра. Под термином срез (сдвиг) понимается соприкосновение двух слоев воздуха, которые имеют различные скорости или направления движения. В таком случае граница между этими двумя слоями становится зоной или слоем турбулентности, возникающей из-за трения между ними.

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 приземный слой воздуха остывает быстрее. В горных районах во второй половине дня возникают мощные потоки воздуха, стекающего с гор в долину. Они приводят к образованию сильной турбулентности среза. Этот процесс чаще всего встречается на восточных склонах с глубокими каньонами внизу, в жаркие дни, когда солнце опускается ниже вершин и восточные склоны оказываются в тени. Также турбулентность среза возникает во всех, без исключения фронтах.

Еще один тип турбулентности, которую можно отнести к механической - это спутная струя. Из аэродинамики вы знаете, что воздух перетекает с нижней поверхности на верхнюю через кончики крыльев. Поэтому за кончиками крыльев любого летательного аппарата возникает вихревой след, довольно энергичный. Даже попав в спутную струю от другого параплана можно нахвататься острых ощущений. А о спутных струях от самолетов или, скажем, парамотора, вообще и речи нет. Для параплана, попавшего в них, ничем хорошим это не закончится. Помните о спутных струях, и вы сбережете себе много нервов и здоровья. Эти струи тем интенсивнее, чем больше нагрузка на крыло и чем менее аэродинамически совершенен летательный аппарат, и чем больше углы атаки.

В определенных условиях в пересеченной или горной местности могут образовываться роторы. Это стационарные вихри. Они возникают в стабильных условиях при слабых или средних ветрах. В нестабильных условиях (например, термичность) имеется тенденция к их дроблению или уничтожению. В более сильный ветер роторы обычно сдуваются в направлении ветра. В полете надо избегать их любым путем, потому, что они приводят к возникновению сильных нисходящих потоков и создают проблемы в управлении аппаратом. Полет вдоль оси ротора может привести к опрокидыванию. За ротором по направлению ветра всегда тянется зона остаточной турбулентности.

Безопасная зона за подветренной стороной препятствия находится на расстоянии (в метрах)

L = (Н • V) / 2

где Н - высота препятствия в метрах, а V - скорость ветра в км/ч.

Восходящие потоки

Как известно, восходящие потоки (термики) образуются из нагретого у земли воздуха, поднимающегося вверх. НО: Пусть этот воздух хоть сто раз нагретый будет лежать слоем у поверхности земли, восходящего потока не образуется, если... если не срабатывает триггер. Триггером называется любая вещь или явление, способное вызвать сотрясение воздуха, или дать ему какой-то стимул для того, чтобы оторваться от земли. Это может быть стадо коров, отдельно едущий автомобиль, в конце концов, порыв ветра. Если триггера нет, то теплый воздух просто застаивается у поверхности земли. Также триггером может служить холм, пусть очень маленький, этого хватает, отдельно стоящее дерево, любая неровность поверхности. Почему? Если аккуратно положить прикуренную папиросу на стол, то из ее мундштука будет выливаться дым и растекаться по столу. Подниматься он не будет, заметьте. Но если в этот слой дыма поставить вертикально карандаш или палец, то дым полезет вверх по этому карандашу. Любые возвышенности на поверхности могут служить отправными точками для термальных потоков.