Понять небо
Шрифт:
ТУРБУЛЕНТНОСТЬ ВНЕ ВОДНЫХ ПРОСТРАНСТВ.
Здесь ситуация может быть очень разнообразная. Механическая и термическая турбулентности могут комбинироваться, как показано на рисунке 98. За любым твердым объектом при ветре возникает механическая турбулентность (рис 105). Здесь мы видим, как она распространяется, а размер вихрей с расстоянием уменьшается. Вихревой след зависит от силы ветра и стабильности воздуха. Основное правило авиации гласит, что безопасная зона на подветренной стороне объекта, начинается на расстоянии, равном произведению высоты объекта на половину скорости ветра в км/ч. Например, дом высотой 8 м при скорости ветра 30 км/ч даст протяженность опасной
Рис. 105. Распространение турбулентности
НАВЕТРЕННЫЙ СКЛОН
Ранее на рисунках 95 и 96 было показано, как влияют различные формы тела на поток. Обтекание строений происходит подобно тому, как изображено на рисунке 95. Проанализировав, можно понять, что происходит с потоком, встретившим на своем пути холм или утес произвольной формы, как, например, показано на рисунке 106. Плавный отлогий склон в слабый и даже умеренный ветер может вообще не иметь турбулентности. Такие возвышенности могут использоваться не только для полетов, но и для посадки.
Рис. 106. Турбулентность на склонах
Крутой склон при ветре обязательно имеет какую либо форму турбулентности. Слабый ветер может индуцировать роторы, в сильный ветер возможна сильная хаотическая турбулентность. Особенно опасны склоны с нависанием где турбулентность присутствует даже в самый слабый ветер.
Мы специально так подробно останавливаемся на различных формах склонов, потому что некоторые виды летательных аппаратов летают вблизи них и даже совершают на них посадки. Пилоты должны понимать процессы, происходящие на склоне и уметь и с земли и с воздуха определить возможность и безопасность таких полетов и посадок.
ГОРНЫЕ ХРЕБТЫ, ГРЕБНИ
Условия возникновения турбулентности при обтекании горных хребтов похожи на те, что возникают на склонах. Некоторые общие ситуации показаны на рисунке 107. Здесь мы видим возвышенности с различными по крутизне подветренными склонами. Хребты с пологими подветренными склонами турбулизируют поток только при очень сильном ветре. Если склон крутой, то при слабом ветре за ним располагается ротор, при сильном мощная турбулентность с интенсивным перемешиванием.
Рис. 107. Турбулентность возле вершины
Отметим, что при любой крупной неровности наветренного склона, там образуется ротор. Длинный хребет, лесополоса или ряд домов более эффективно индуцируют турбулентность, чем отдельностоящие. Как показано на рисунке 108, ветер обтекает холм с очень малыми завихрениями потока (в главе 8 мы увидим, что изолированный холм создает менее интенсивный динамический восходящий поток, чем длинный гребень по той же причине).
Рис. 108. Поведение потока возле возвышенностей
Существует возможность того, что поток будет подниматься вверх даже над подветренным склоном холма из-за расположенного там ротора (см. рис 109).
Рис. 109.
Посадка в этот ротор приводит к очень неустойчивому и беспорядочному "полету", который в лучшем случае закончится грубым приземлением на склон. Автор однажды наблюдал, как подобную ошибку совершил пилот дельтаплана. Аппарат перевернулся и упал на склон, пилоту потребовалось много времени для выздоровления.
Если на подветренном склоне расставить флажки, то они покажут восточный ветер, даже если, на самом деле, дует сильный западный. Это действие ротора, которое может обмануть невнимательного пилота. Чтобы быть уверенным в направлении ветра, надо посмотреть на обе стороны вершины хребта. Напомним, что возможна ситуация, когда верховой и низовой ветры имеют различные направления (например, при прохождении холодного фронта: юго-восточный внизу и западный вверху в северном полушарии), но, в отличие от ситуации с роторами, в данном случае, полеты могут быть возможны.
В зависимости от формы подветренного склона плато, на нем при общем нисходящем потоке возможен ротор или даже обширная турбулентность (рис. 110), что очень опасно для полетов.
Рис. 110. Турбулентность на подветренном склоне плато
УЩЕЛЬЯ, ЧАШИ, КАНЬОНЫ И ОВРАГИ
Гребни и холмы, которые используются пилотами для парения, имеют одну общую особенность — малую турбулентность. Если в длинном гребне есть пролом, то это вносит некоторые особенности в характер потока как в нем, так и за ним. Наблюдать это можно на примере ручья, перегороженного дамбой. Рисунок 111 показывает поток и турбулентность вблизи разрыва в гряде при прямом и скошенном ветре.
Рис. 111. Поток и турбулентность в разрыве
Скорость воздушного потока в проломе будет выше, чем скорость ветра вообще, из-за сжатия. Если разрыв протяженный и сужающийся, то характер течения в нем будет таким, как показано на рисунке 112.
Рис. 112. Характер течения в сужающемся ущелье
Когда ветер дует параллельно длинному пролому или сужающейся долине, поток спокоен с завихрениями и роторами только вблизи склонов и поверхности. В случае же, когда ветер дует под углом к оси долины, то размеры и интенсивность турбулентности в ней увеличиваются, что и отражено на рисунке 113. Несильный ветер может создавать ротор, заполняющий всю долину. Однако термичность приводит к его разрушению и к хаотической турбулентности, как при сильном ветре. Когда основной ветер пересекает долину, в ней самой поток может идти вдоль, прижимаясь к наветренному склону, а турбулентность присутствовать только у подветренного.