ТУРБУЛЕНТНОСТЬ АТМОСФЕРЫ, ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЕЕ ИНТЕНСИВНОСТЬ

Воздухпредставляетсобойчрезвычайноподвижнуюсреду, вкоторойдвижениечастиц обычноимеетбеспорядочныйили, такназываемый, турбулентныйхарактер.

Турбулентность(отлатинскогослова “турбо” - завихрения, водоворот) - этотакое состояние атмосферы, при котором образуются вихри разных размеров, возникают горизонтальныеивертикальныепорывы ветра.

С турбулентностью атмосферы связаны порывистость ветра, переносповертикали водяного пара, ядер конденсации и других материальных частиц; она способствует вертикальномупереносутеплаизоднихслоеввдругие, обменуколичествадвижениямежду различнымислоямиит.п.

Турбулентный обмен оказывает существенное влияниена условияформирования, эволюцию и микрофизическое строение облаков, туманов и осадков, с которыми непосредственносвязанысложныеметеорологическиеусловияполетов.

Турбулентность оказывает существенное влияние на распространение звуковых и электромагнитных волн (особенно ультракоротких волн). Но особенно велико влияние турбулентности наполетВС. Во времяполетав турбулентной зоне, при пересечении атмосферных вихрей, ВС подвергается воздействию вертикальных и горизонтальных

порывовветра. Приэтомизменяетсяуголатакикрылаиподъемнаясила, происходиттряска ивибрация, воздушноесудноиспытываетнеупорядоченныеброскивверхивниз, создаются перегрузки, т.е. возникаетболтанкаВС.

Болтанка - это беспорядочные колебания воздушного судна, сопровождающиеся перегрузкойприполетевтурбулентнойатмосфере.

Зависимость приращения перегрузки самолета Δη от различных факторов выражается следующимобразом:

где: р- плотность воздуха;

-эффективная скорость вертикального порыва ветра, которая определяется как результат воздействия на воздушное судно вертикального порыва, изменяющегосяполинейномузаконуотнулядо W_max;

^{V -} скоростьполета;

^{G -} вессамолета;

^S - площадькрыла;

а - угол атаки;

C_y - коэффициент подъемной силы;

Изформулывидно, чтоприращениеперегрузки, азначитиболтанкаВС, зависятот:

- турбулентного состояния атмосферы ( р, W₃j> );

- режимаполета

- конструкциисамолета ( G, S ).

Этоозначает, чтопри однойи тойжеинтенсивностиатмосфернойтурбулентности различныетипыВСбудутиспытыватьболтанкуразличнойинтенсивности.

Припрочихравныхусловияхболтанкатеминтенсивнее, чембольшескоростьполета. ПоэтомувруководствахполетнойэксплуатацииВСчерезчисло М задаютсямаксимально допустимыескоростиполетавспокойнойитурбулентнойатмосфере.

Интенсивность болтанки оценивается приращением перегрузки ( Δη ), выраженным в доляхускорениясвободногопадения ( g ).

При поле те на эшелоне:

Привзлетеиплсадке:

Взависимостиотпричинобразованиятурбулентностьподразделяетсянатермическую, динамическую, орографическую.

Термическаятурбулентнлсть(конвекция) возникаетиз-занеравномерногопрогрева подстилающей поверхности или в результате натекания холодного воздуха на теплую подстилающую поверхность при больших вертикальных температурных градиентах. Над континентом наблюдаетсялетом, днем. Притермической турбулентности возникаюткак

беспорядочные, так и упорядоченные восходящиеи нисходящие потоки воздуха. Ее интенсивностьзависитотвлажностивоздуха. В сухом воздухеконвекцияразвиваетсядо

высоты 2...3 км и вызывает в этом слое слабую или умеренную болтанку. Во влажном воздухеконвекциярзвиветсядобольшихвысот, иногдадотропопузы, иприводитк обрзовнию мощно-кучевыхикучево-дождевыхоблков. Вэтомслучеболтнкасильня, особенновоблкх, инблюдетсяотземлидоверхнейгрницыоблков.

Динамическуютурбулентностьвызывютследующиепричины:

- трение движущегося воздушного потокк о шероховатости рельефа на земной поверхности;

- неоднородность характера воздушного потока по направлению и скорости;

- волновыедвижениявслояхинверсиииизоермии.

Трениео земную поверхнось вравнинной и холмисой месноси обуславливает возникновениединамическойтурбуленноси внижнем слоетропосферы (до 1.1,5 км).

В свободной атмосфере динамическая турбуленнось возникает в слоях, где наблюдаесябольшаяизменчивосьхаракерисиквераповысоеи/илипогоризонали. Для количественной характеристики такой турбулентности вводится понятие сдвиг ветра - изменение вектора ветра в пространстве, включая восходящие и нисходящие потоки. Опаснаятурбулентностьобразуетсяпривертикальныхсдвигахветраболее 3 м/сна 100 м высотыи/илигоризонтальныхсдвигахветраболее 6 м/сна 100 кмрасстояния. Турбулентные зонывбольшинствеслучаевимеютограниченныеразмеры. Ихтолщиначащевсего 300.600 м, горизонтальнаяпротяженность 60.80 км. Оченьредкозонатурбулентности охватывает слойтолщиной 2.3 кмиимеетпротяженностьдо 1000 км. Чеминтенсивнеетурбулентная зона, темменьшееетолщинаипротяженность. Этизонынеустойчивывовремениимогут исчезатьчерез 30.50 минутпослеихвозникновения. Всвободнойатмосферединамическая турбулентностьчащевсегоразвиваетсятам, гденаблюдаетсясходимость (конвергенция) и расходимость (дивергенция) воздушныхпотоков, награницахструйноготечения, взоне тропопаузы.

Турбулентность, наблюдающаясяватмосференавысотахболее 5 км приотсутствии кучевообразных облаков, называется турбулентность при яссом небе - ТЯН (CAT - clear

air turbulence).

ТЯН относится к опасным для авиации метеоявлениям в силу внезапности (неожиданногодляэкипажа) воздействиянаВС. Известныавиационныепроисшествияиз-за попаданияВСприбезоблачномнебевзоныоченьсильнойтурбулентности. ТЯНчащевсего связанасоструйнымитечениями. Горизонтальныеразмеры ТЯН изменяютсявдовольно большихпределах, достигая, вотдельныхслучаях, несколькихсотенкилометров; толщина ТЯН, какправило, непревышает 1000 м.

Динамическаятурбулентность, возникающая вслояхинверсиииизотермии, имеетвид чередующихсявосходящихинисходящихпотоков.

Орографическаятлрбллентность возникаетвгорныхрайонах. Воздушныйпотокпри обтеканиигорныхпрепятствийдеформируетсяи, приопределенныхусловиях, этоприводит кобразованиюзонсповышеннойтурбулентностью.

Характер и интенсивность турбулентности зависятот формы и размеров горного препятствия, оттого, какнаправленвоздушный потокпоотношению кпрепятствию, от скоростиветраиизменения есвысотой, оттемпературнойстратификации.

Турбулентность, вызывающаяинтенсивную болтанкуВС, образуетсявтехслучаях, когда:

- воздушный поток направлен перпендикулярно к горному препятствию;

- скорость ветра у земли 8.. .10 м/с, и с высотой ветер усиливается;

- вышегорного препятствиянаблюдается устойчиваястратификацияатмосферы (имеет местослойинверсии, изотермииилимедленногопонижениятемпературысвысотой).

Опаснаятурбулентностьвозникает (рис. 2.4):

Рис. 2.4. Турбулентностьвгорныхрайонах

- надвершинойгорывслое 500.1000 м. Здесьпотоксжимается, усиливается, врезультате чеговертикальныесдвигиветраувеличиваютсядо 5 м/сиболеена 100 мвысоты;

- с подветренной стороны гор, где образуются сильные нисходящие потоки (фён), совокупность вихрей разных размеров (роторы), а выше хребта - подветренные волны.

Зонаповышенной турбулентности распространяетсяпо горизонтали внаправлении воздушногопотокана 20.30 кмотгорногопрепятствия.

Упорядоченныенисходящиевоздушныепотоки (фён), возникающиенаподветренной стороне, приводяткрезкойпотеревысотыВСнанесколькосотенметров. Известнылетные происшествия, связанныесуказаннымявлением.

Роторы возникаютчащевсегозагорнымипрепятствиямивысотойдо 1500 м. Они представляютсобой цилиндрическиевихри диаметром 500.1000 м сгоризонтальными осями, направленными параллельно горномухребту. В отчетливо выраженных роторах скорости 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 (напоминаютшляпкугриба).

Подветренные волны распространяются в атмосфере до высоты в 4.5 раз превышающейвысотугорногопрепятствияимогутнаблюдатьсявовсейтолщетропосферы, аиногдараспространятьсяивнижнююстратосферу. Длинатакихволн 5.80 км, амплитуда 100.150 м, вертикальныескоростимогутдостигать 10.12 м/с. Приполетевподветренных волнах возникает циклическая болтанка, вызываемая чередующимися восходящими и нисходящимидвижениямивгребняхиложбинахволн. Наиболееопаснойбываетболтанкав короткихволнахсбольшойамплитудой. Придостаточнойвлажностивоздухавгребняхволн образуютсямалоподвижныегряды облаков, параллельныехребту, чащеэто чечевице- образныеоблака. Такиеоблакамогутрасполагатьсявнесколькоярусов, одиняруснад другим. В этихслучаяхподветренныеволны заметнывизуально. В областиобразования подветренных волн наблюдаются резкиеколебанияатмосферного давления. Вследствие этогопоказаниябарометрическоговысотомерачастооказываютсяненадежными. Так, при полетахотмечалисьошибкивопределениивысотыдо300 миболее.

Нарядустурбулентностью, наусловияполетоввгорныхрайонахвлияетэффектобщего подъемавоздухананаветреннойиопусканиеегонаподветреннойстороне. ПоэтомуВСна наветреннойсторонехребта“ тянет” кверху, анаподветренной“прижимает” кземле.

Влияниегорногохребтанавоздушныйпотокначинаетсказыватьсяназначительном

расстоянии. Привысотехребта1000 мвоздушныйпотокначинаетвосходящеедвижениена

расстоянии 60.. .80 кмот него.

2.4.1.