Мечта летать (Теоретический курс) - [26]

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.