Игорь Волков - Мечта летать (Теоретический курс)
Поднимающийся воздух в циклоне приводит к большому количеству облаков и осадкам. Он также может вызвать нестабильность, вплоть до образования грозы.
Ветер
Ветер - это горизонтальное перемещение воздуха. Его сила определяется с помощью анемометра. Если его нет под рукой, можно определить скорость ветра по признакам в окружающей среде, указанным в нижеследующей таблице:
Скорость ветра
Эффекты в окружающей среде
Штиль
Дым поднимается вертикально вверх, растительность неподвижна
0-5 км/ч (0-1.4 м/с)
Дым поднимается вверх, листва начинает шелестеть
5-8 км/ч (1.4-2.2 м/с)
Дым отклоняется от вертикали, вершины деревьев двигаются
8-15 км/ч (2.2-4.2 м/с)
Дым отклоняется на угол около 45 °, мелкие ветки и трава начинают двигаться.
l 5- 29 км/ч ( 4.2-8.1 м/с)
Дым отклоняется до 60 ° от вертикали, ветки двигаются, трава колышется волнами, одежда на веревках колышется.
29-40 км/ч (8.1-11 м/с)
Дым стелется, крупные ветки волнуются, трава покрывается рябью, одежда волнами, начинают появляться мелкие пылевые смерчи.
40 - 56 км/ч (11-15.6 м/с)
Крупные ветки и средние деревья изгибаются. Одежда полощется. Уносятся пыль и снег.
56 км/ч и более (>15.6 м/с)
Клонятся крупные деревья, автомобили качаются. Трудно идти.
Благодаря эффекту Кориолиса, возникающего из-за вращения земли, в северном полушарии ветер с высотой доворачивает правее на 15-45 °, в южном - левее на 15-45 °. Также с увеличением высоты изменяется его сила от 25% над водной поверхностью до 50% над пересеченной местностью.
Лучший способ определить направление высотного ветра - наблюдение за дрейфом облаков верхнего уровня, выбрав в качестве базы какой-нибудь неподвижный объект на земле. Днем в связи с термической активностью и перемешиванием воздуха ветер усиливается, достигая пика примерно в 15 часов по местному времени, и затихает к вечеру. Его минимальная сила достигается в районе 6-7 часов утра. Также, в термически активные дни, ветер может менять направление в сторону восходящих потоков.
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.
