<< назад | вперед >>

Понять небо. Дэнис Пэйган

Глава 6

Турбулентность

Движение воздуха часто сопровождается сюрпризами, -которые мы называем турбулентность. Такие сюрпризы могут быть очень неприятны для малых летательных аппаратов (в том числе парапланов), которые чувствуют любую неравномерность потока. Многие аспекты погоды и, в особенности, турбулентность сильно влияют на безопасность полета.
Также, как многие явления погоды, турбулентность нельзя увидеть, но мы можем с большой вероятностью её предугадать. В этой главе мы будем говорить только о турбулентности.

СМЫСЛ ТУРБУЛЕНТНОСТИ

Если бы мы могли визуализировать воздушный поток, например при помощи красящих веществ или дымов, то появилась бы возможность увидеть турбулентность. Мы смогли бы увидеть вихри, смерчи, ускорения и торможения движущегося воздуха. Косвенно можно определить неравномерность потока по его направлению и скорости при обтекании нашего тела. Например, это заметно при движении турбулизированного воздуха в сильный ветер и объясняется рисунком 94. Здесь мы видим движение вихря, если смотреть сверху. Наблюдатель находится в точке А. Сначала слегка задувает слева, затем усиливается в лоб и по мере прохождения вихря направление потока меняется на противоположное.

Мы можем дать определение турбулентности как хаотическое случайное движение воздуха. И хотя отдельные формы турбулентности отличаются некоторой организованностью, такие как роторы, вспухания при термической активности, все-таки определяющий фактор - это случайность. Смысл турбулентности: В зависимости от причины и характера турбулентности пилот принимает решение о типе аппарата (параплана) и о возможности полетов вообще. Для наблюдателя на луне смерчь, видимый в атмосфере Земли - это турбулентность. Для землянина - это стихийное бедствие. С другой стороны, экстремальное состояние воздуха для бабочки - лишь легкое дуновение для человека. Как правило, более легкие летательные аппараты (парапланы) и аппараты с меньшей нагрузкой на крыло более чувствительны к любого рода турбулентностям.

ПРИРОДА ТУРБУЛЕНТНОСТИ

Влияние турбулентности на летательный аппарат во многом такое же, как и на наше тело (рис. 94). Скорость и направление полета параплана относительно ветра будут менять влияние вихрь на крыло. Воздействие его на параплан зависит от интенсивности, размеров и ориентации вихря.
Маленькие вихри создают ощущение быстрых ударов таких же, какие испытывает быстроходная лодка на озере с мелкой волной. Вихри диаметром от нескольких метров до размаха вашего летательного аппарата принесут вам как ощущение сильных ударов, так и, возможно, проблемы в управлении. Вихри еще большего диаметра будут восприниматься как внезапные подъемы, снижения, повороты, торможения или ускорения. И в конце концов, вихри очень больших размеров будут ощущаться, как изменение скорости и направления ветра на определенный период времени.
Опасности влияния турбулентности на полет параплана следующие: внезапное попадание в нее может привести к нештатным параметрам полета, что особенно опасно на малой высоте; могут возникнуть проблемы с управлением парапланом, опять же очень опасные на малых высотах; в некоторых случаях - попадание в ротор или сильную термичность - возможны развороты и броски; и самое неприятное - возможно даже разрушение элементов летательного аппарата (параплана).
Цикл турбулентности начинается, когда она формируется одним из трех способов, которые будут обсуждаться далее. Крупный ротор движется с основным потоком ветра и разбивается на все более и 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). По существу имеет место обмен энергией между крупномасштабным движением и более мелкими. Благодаря этому механизму, движение масс воздуха будет угасать быстрее, чем в идеальных условиях.
Более мелкие вихри не обязательно будут оказывать меньшее влияние на ваше крыло, они могут иметь энергию большую, чем крупные вихри, из которых они образовались. Это можно заметить, наблюдая за течением воды, когда маленькие быстровращающиеся водовороты двигаются внутри более крупных и медленных. И только с прохождением времени и определенного пути вихри турбулентности уменьшают свою энергию.
Турбулентность, возникая, имеет тенденцию распространять вокруг все свойства воздуха. Например, теплота, влажность и загрязненность расходится во всех направлениях, турбулентность уравнивает разницу в ветре. Подчеркнем, что градиент скорости ветра уменьшается турбулентностью, но она сама по себе может быть большей проблемой для пилотов парапланов, чем сам градиент.

ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНОСТИ

Разделим турбулентность в зависимости от причин возникновения и развития на механическую, термическую и среза потоков. Каждая имеет существенные различия, поэтому мы рассмотрим их раздельно. Однако, мы должны сознавать, что они могут встречаться в любой комбинации. Например, механическая и термическая турбулентности часто присутствуют обе вблизи поверхности в жаркие, ветреные дни.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ

Когда твердое тело - будь то гора, лес, дом или человек находится в потоке воздуха, оно 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. Этот эффект можно наблюдать, опуская руку в воду, текущую с различной скоростью.



На рисунке 95 показано обтекание твердого тела потоком воздуха, при различной скорости. Подчеркнем, что более скоростной поток создает не только более сильную турбулентность, но и увеличивает ее след за объектом. Интересно расположение вихрей. Более или менее стабильные вихри, расположенные в одном месте, определяются формой твердого тела. В атмосфере такие вихри мы называем роторами. Естественно, эти роторы могут отрываться потоком и уносится, но их место занимают новые. В основном, они стабильны и занимают свое место до тех пор, пока существует поток с определенными параметрами. Если скорость потока сильно увеличится, роторы унесет, на их месте будет сплошная турбулентность.

Как гласит закон Ньютона, силы, с которыми тело действует на поток эквивалентны и противоположны тем, которые действуют на тело со стороны потока. Эти силы можно наблюдать, выставляя руку в окно автомобиля, движущегося с различными скоростями. Испытываемая сила сопротивления определяется разностью давлений спереди и сзади руки. Чем больше сила сопротивления, тем сильнее турбулентность за рукой. Кроме скорости потока, очень важным фактором является форма объекта. Если предмет имеет острые кромки, то невозможно безотрывное обтекание поверхностей из-за инерции молекул воздуха. На рисунке 96 показаны тела различной формы и модель их обтекания.



На первой картинке изображено сечение объекта, создающего минимальное сопротивление и минимальную турбулентность. Самолеты и лодки очень похожи на него, а деревья, растущие в районах с сильными и частыми ветрами, стремятся к подобной конфигурации. На других картинках показано, как острые кромки или большая кривизна поверхности инициируют турбулентность. Теперь понятно, что любой предмет на земной поверхности является турбулизатором движущегося воздуха, а интенсивность турбулентности зависит от скорости ветра, размеров и формы горы, здания или любого другого объекта. Турбулентность, вызванная любыми твердыми телами, расположенными на земной поверхности, ограничивается слоем толщиной до 500м над самым высоким из них. В предыдущей главе, в таблице мы назвали этот слой переходным. В этом слое имеет место нарушение ламинарности и равномерности потока. Величина объектов, стоящих на пути воздушного потока, определяет начальные размеры вихрей турбулентности. Чем больше преграда, тем больше вихри, но они могут быстро разделиться на более мелкие. Обычно объект создает начальный вихрь в 1/10 - 1/7 своего размера. Таблица, приведенная ниже, дает примерный диаметр вихрей для некоторых территорий.

Примерные диаметры вихрей турбулентности

Рассмотрим влияние скорости ветра. При слабом ветре турбулентность слаба или отсутствует совсем. В средний ветер могут формироваться вихри, и тогда для наблюдателя ветер будет быстро меняться, в том числе и по направлению. В более сильный ветер (более 30 км/ч) вихри могут быть очень интенсивными, более мелкими и сноситься потоком, пока не разрушатся. В этом случае будут заметны существенные изменения в скорости ветра, а изменения в направлении слабо выражены.
Сила ветра и энергия вихрей турбулентности пропорциональна квадрату скорости. То есть, если скорость ветра увеличилась в два раза, то сила его воздействия увеличится вчетверо. Вихри, вызванные более сильным ветром, будут также более интенсивными. Эту мысль стоит выделить: Мощность турбулентности увеличивается с квадратом скорости ветра.

ТЕРМИЧЕСКАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ

Второй причиной турбулентности в атмосфере является тепловая конвекция или термичность. Как показано на рисунке 97, когда образуется восходящий тепловой поток, он вторгается в воздух над ним и приводит этим к образованию вихрей турбулентности и изменению других параметров окружающего воздуха.



Как мы увидим в главах 9 и 10, термики сами по себе образуют вращение поднимающегося воздуха внутри и рядом, а также нисходящие потоки по периметру. Пролетая сквозь такие поднимающиеся массы воздуха, пилот параплана ощущает резкие переходы от нисходящих потоков к восходящим и наоборот. Авиационное название этого явления в прошлые времена - "воздушные ямы". Кромка таких термических потоков в любом случае очень турбулентна. Очень опасна термичность в жарких пустынях, где поток может перевернуть или даже разрушить небольшой самолет. К счастью, такие экстремальные условия встречаются довольно редко. Термическая турбулентность, обычно, наиболее сильна на высотах 600 - 1300 м , но может достигать нескольких километров в пустынях или в грозовых условиях. Результатом одновременного присутствия механической и термической турбулентности может быть достаточно хаотическое движение воздуха (пример на рисунке 98).



Даже когда основной ветер слаб, термические потоки могут создавать приземную турбулентность, притягивая воздух со всех направлений.



Рисунок 99 иллюстрирует влияние термичности на движение воздуха у поверхности. 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 ветренный день с термической активностью по местной ряби на воде, по верхушкам леса, на травяных полях. Такие порции холодного воздуха приводят как к умеренной, так и к сильной турбулентности.

ТУРБУЛЕНТНОСТЬ СРЕЗА

Третья и последняя причина возникновения турбулентности - это следствие среза ветра. Под термином срез будем понимать плоскость соприкосновения двух слоев воздуха, которые имеют различные скорости или направления. В этом случае граница между этими двумя потоками становится зоной, или слоем турбулентности, возникающей из-за трения между ними, как показано на рисунке 100.

В действительности, причиной любой турбулентности являются процессы среза, в том смысле, в котором мы понимаем это слово. Для механической турбулентности наличие на поверхности неровностей и трение потока (рис. 83) это тоже срез. Термическая - это срез при различных скоростях и направлениях восходящего потока и окружающего воздуха. Однако мы игнорируем эти детали и рассматриваем только турбулентность, возникающую при взаимодействии двух слоев с различными скоростями или даже направлениями движения.
Нужно сказать, что можно отделить скоростные и температурные причины возникновения турбулентности среза. Можно сказать, что слои воздуха, имеющие различные температуры, имеют неодинаковые скорости и направления, что является причиной турбулентности среза между ними. В предыдущих главах говорилось, что эффекты нагревания и охлаждения воздуха, а также барические системы высокого давления создают температурные инверсии и струйные потоки на различных уровнях. Это типичное явление, тесно связанное с турбулентностью среза.

В самом деле, 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 нижний слой воздуха остывает быстрее. В первом случае, инверсионный слой может остановить подъем термических потоков, турбулентный воздух перемешается в теплом слое.



На рисунке 101 изображено несколько ситуаций, когда присутствуют одновременно инверсия и турбулентность среза. На последней картинке мы видим, как в долине собирается холодный воздух, а более теплый протекая над ним с большой скоростью, приводит к образованию сильной турбулентности среза на границе между воздушными массами. В горных районах после обеда возникают мощные холодные потоки, которые являются результатом стока воздуха с гор в долину (подробнее об этом явлении в следующей главе). Они приводят к образованию сильной турбулентности среза (рис. 102).



Этот процесс чаще всего встречается на восточно-ориентированных склонах с глубокими каньонами внизу в жаркие дни, когда солнце опускается ниже вершин и восточные склоны оказываются в тени. На рисунке 103 объясняется еще одна причина возникновения турбулентности среза - это холодный и теплый фронты, а также фронты морских бризов (смотри следующую главу).



Отметим, что сильная турбулентность среза встречается на границе двух воздушных масс с сильно отличающимися характеристиками (например, во фронте морского бриза).  Турбулентность среза имеет тенденцию удерживаться длительное время, если слои ее порождающие, стабильны. Мощные фронты могут создавать турбулентный слой на несколько дней. Слои воздуха с различной температурой, а значит и плотностью не стремятся перемешиваться. Таким образом, они некоторое время поддерживают разделение и перемешиваются только в узком слое между собой. С годами турбулентность среза не становится менее тяжелым испытанием для спортивной авиации. Для большей части малой авиации (в том числе парапланов) лучше ее избегать. Турбулентность среза часто выглядит как небольшая болтанка и возможны вполне нормальные полеты, но может быть очень сильной, неприятной даже для самолетов, что встречается в верхних слоях и чаще в высоких широтах.

ВИХРЕВАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ

Мы рассмотрели три естественных причины возникновения турбулентности. Для полноты информации отметим, что есть еще причина, созданная человеком. Это спутная струя, представляющая собой вихрь, сходящий с законцовок всех крыльев. Он имеет большую энергию, и его воздействие в воздухе на летательный аппарат, летящий сзади, ощутимо. Спутная струя от другого аппарата (параплана) действует на некотором расстоянии за крылом. В этих пределах летящий сзади параплан ощущает толчки, удары, тряску в зависимости от расстояния и положения относительно переднего аппарата. Спутные струи за самолетом намного интенсивнее, чем мы можем предположить, они могут стать причиной проблем в управлении и даже разрушений попавшего в них летательного аппарата. Избегая их, вы сохраняете свое здоровье. Спутные струи тем интенсивнее, чем больше нагрузка на крыло, чем менее аэродинамически совершенен летательный аппарат (параплан) и чем больше углы атаки.

РОТОРЫ

В определенных условиях в пересеченной или горной местности образуются вихри, которые мы называем роторами. Длительность их существования зависит от того, как долго дует ветер. Позднее будут приведены рисунки с примерами роторов.
Роторы возникают в стабильных условиях при слабых или средних ветрах. В нестабильных условиях (например: термичность) имеется тенденция к их дроблению или уничтожению совсем. В более сильный ветер ротора обычно сдуваются в направлении основной турбулентности, свойственной данной местности. В полете на параплане надо избегать роторов, потому что они приводят к возникновению сильных нисходящих потоков и создают проблемы в управлении парапланом. Полет вдоль оси ротора может привести к опрокидыванию. Роторы, которые расположены под волной (глава 8) могут привести к разрушению самолета.

ПРИЗНАКИ ТУРБУЛЕНТНОСТИ

Турбулентность можно увидеть, находясь на земле. Любое быстрое изменение скорости или направления движения воздуха является указателем турбулентности. Каждый пилот - парапланерист должен знать максимальные параметры турбулентности, допустимые для его летательного аппарата, да еще с учетом его индивидуального мастерства. Например, примем ограничение изменения скорости и направления ветра на 2 м/с и 45° за 3 секунды. Если изменения больше, или такие, но за меньший промежуток времени, то вам лучше подождать более подходящую погоду. Любые гибкие объекты, которые могут служить указателями ветра, такие, как: деревья, поля злаковых, высокая трава, водяные пространства, флаги и ветроуказатели можно использовать для определения интенсивности турбулентности. Идеальным детектором турбулентности является дым, как показано на рисунке 104.

Как отмечалось в главе 3 определенные типы облаков также хорошо указывают на турбулентность. Кучевые облака очень часто связаны с термиками и, следовательно, с термической турбулентностью. На интенсивность турбулентности частично указывают вертикальное развитие и скорость роста облаков, связанные с термической активностью. Турбулентность среза также можно определить по типу облаков. Слоистые облака часто находятся в инверсионном слое. А граница слоя инверсии с более холодным воздухом является зоной турбулентности среза. Billow облака, которые рассматриваются выше (рис. 34), указывают на срез потоков. Часто они возникают по причине прихода теплого фронта и обычно выше уровня полетов спортивных аппаратов парапланов (5000 м и более).
Последний тип облаков, который может помочь определить наличие турбулентности, - это волновые облака (рис.33). Сильные роторы часто соседствуют с волнами, поэтому район с волновыми облаками представляет опасность для легкой авиации. В главе 8 мы подробнее рассмотрим волны и покажем, чем опасен ротор для параплана.

УСЛОВИЯ И ЦИКЛЫ ТУРБУЛЕНТНОСТИ

Понятно, что жаркие, сухие условия идеальны для возникновения сильной термической турбулентности. В дополнение, большой градиент давления, местные прогревы или крупномасштабная циркуляция вызывают сильный ветер, что может привести еще и к мощной механической турбулентности.
Изменения стабильности атмосферы тесно связано с типом турбулентности. Стабильный воздух не способствует термической активности или другим видам вертикального движения потоков. Механическая турбулентность, как и термическая, довольно неожиданна в стабильных условиях, и умирает быстрее. С другой стороны взаимодействие стабильного воздуха с другими слоями зачастую приводит к турбулентности среза.
Из вышесказанного мы можем сделать вывод, что каждый тип турбулентности наиболее вероятен при определенных условиях в различное время. На смену утренним стабильным приходят послеобеденный нестабильные условия, затем вечерняя и ночная стабильность. В более крупных временных масштабах зимние стабильные условия меняются весенними, нестабильными, затем смесь летом (стабильные и нестабильные во влажных районах, нестабильные в сухих районах), затем, в основном, нестабильные осенью, когда холодный фронт движется к югу. В таблице приведены различные типы турбулентности и их наличие от времени и атмосферных условий.
- Конечно, возможны различные исключения из таблицы. Например, термичные дни бывают зимой после прохода холодного фронта или в пустыне в солнечный день. Турбулентность среза может быть в любое время года или в середине дня, когда рядом фронты или барические системы. В зимнем, холодном и плотном воздухе термическая турбулентность слаба, не сильно распространяется и механическая, но любое движение или вращение воздуха более энергонасыщенно, так как воздух более плотный.

Турбулентность

МЕХАНИЧЕСКАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ СРЕЗА

Механическая турбулентность встречается только в ветреные дни.

ПРИЗЕМНЫЕ УСЛОВИЯ

Исходя из того, что спортивная авиация, в основном, летает в эшелоне до нескольких сотен метров, хотелось бы обратить внимание на приземное пространство. Как мы знаем нижний слой воздуха называют пограничным из-за процессов, связанных с трением его о поверхность, а это значит, что при ветре будет механическая турбулентность.

ПРИБРЕЖНАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ

Возле моря воздушный поток часто очень ровный. Во-первых, ветер над водой до самого берега турбулизируется очень слабо. Во-вторых, воздух над водной поверхностью обычно стабилен, потому что охлаждается водой, ведь чаще вода холоднее воздуха. И последнее, вся масса воздуха стабильна, потому что в течении дня воздух снижается, как мы увидим в следующей главе. С полетами на параплане вдоль побережья больших водных пространств по спокойствию воздуха могут конкурировать разве что только полуночные условия.

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 зоны на подветренной стороне 120 м, в то время как гора - 200 м при ветре 30 км/ч - 3 км.

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 на параплане, но и для посадки.

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-парапланеристы 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. 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).

Существует возможность того, что поток будет подниматься вверх даже над подветренным склоном холма из-за расположенного там ротора (см. рис 109).



Посадка в этот ротор приводит к очень неустойчивому и беспорядочному "полету" параплана, 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 на параплане 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 на парапланах.

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. 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.



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.

Каньоны в высокогорных районах могут создавать свою очень мощную и опасную турбулентность, которая, комбинируясь с прогревом и термичностью, часто создаёт мощные нисходящие потоки внутри каньона, и восходящие вдоль хребтов. Классический пример этого наблюдается в Owens Valley в Калифорнии, а также в Альпах и других крупных горных образованиях. Когда ветер направлен под углом к основной оси каньона, турбулентность и нисходящие потоки могут быть еще суровее (см. рис. 114), хотя на подветренной стороне хребта и в глубине каньона может быть тихо и спокойно.



Пересекая такие каньоны на параплане необходимо иметь достаточный запас высоты. В более мелких горах выступы и овраги создают турбулентность аналогичным образом, но более слабую (см. рис.115).



Пересекать мелкие неровности рельефа можно, облетая их, либо над ними, имея некоторый запас высоты в зависимости от скорости ветра и высоты хребтов или глубины оврагов.

ДЕРЕВЬЯ

Во многих частях света деревья являются естественными и многочисленными препятствиями, от которых пилотам приходится постоянно уклоняться. Они также являются причиной турбулентности. Парение на параплане над холмами, покрытыми лесом при отсутствии термичности происходит в условиях большей болтанки, чем над голыми возвышенностями.
Ряд деревьев будет создавать турбулентность из большого количества вихрей, а если они растут очень плотно, то их обтекание будет аналогично длинному гребню. Часто пилоты этим пользуются и ловят восходящие потоки над лесополосами. Понятно, что если деревья голые, без листьев, то набрать над ними высоту невозможно, зато турбулентность за ними обеспечена.



На рисунке 116 изображена модель турбулентности, возникающей за одиноким деревом. От множества деревьев вихри перемешиваются. На территории, заросшей лесом, характер течения воздуха до и после него будет различаться (см. рис. 117). Хоте лось бы обратить внимание на большой градиент скорости ветра за деревьями, на высоте вершин. Сильное уменьшение скорости ветра за лесопосадкой называют ветровой тенью или затенением ветра.

Попытки приземлиться на дорогу, окаймленную лесополосами или на просеку при направлении ветра пересекающем их ось, очень опасны. По турбулентности эти места подобны узким долинам (рис. 113). Также могут оказаться небезопасными посадка и взлет на параплане на местности, окруженной лесом.

ЗАТЕНЕНИЕ ВЕТРА

Затенение возможно за полосой деревьев, строением или холмом. Выдвижение из нее в свободный поток можно сравнить с сильным порывом или большим градиентом скорости ветра. Как мы узнали в пятой главе, у земли всегда существует определенный градиент скорости ветра. Чем он сильнее, тем серьезнее его влияние на полет параплана. При пролете границы сильного ветрового затенения достаточно сложно справиться с управлением, даже если заранее предполагаешь осложнения и готовишься к ним. Благоразумные пилоты предпочитают не испытывать судьбу и не залетают на подветренную сторону строений, холмов, лесных массивов ни в какой ветер. Если попадание в тень неизбежно, то надо двигать параплан в направлении, пересекающем ветер.
Особая форма затенения встречается у поверхности в условиях сильного прогрева со стабильными воздушными массами. В этом случае формирующийся слой теплого воздуха настолько устойчив, что некоторое время до отрыва блокирует ветер у земли. Такая ситуация часто встречается возле моря: стабильный морской бриз и сильно прогревающийся воздух над берегом. На верхушке горячего слоя воздуха скорость ветра может резко увеличиваться, что приводит к большому градиенту скорости ветра.

ПОЛЕТЫ В ТУРБУЛЕНТНОСТЬ

В сильную турбулентность на параплане лучше не летать, но в любом случае порывы ветра очень частые спутники полетов. На самом деле пилоты-парапланеристы жаждут найти толчки, неравномерность потока, потому что они предвестники восходящего потока. Со временем любой пилот осваивает полеты на параплане в умеренную турбулентность. Турбулентность создает две проблемы для авиаторов: сложности с управлением парапланом и ударные нагрузки на летательный аппарат. Если рассматривать этот вопрос применительно к самолетам, то для решения первой проблемы необходима более высокая скорость, а для уменьшения нагрузок скорость должна быть минимальной. Поэтому надо прийти к какому-то компромиссу. В авиационных кругах есть такое правило: полет в турбулентность со скоростью в 1,5 раза больше минимальной поможет предотвратить чрезмерные нагрузки на крыло при достаточном запасе для управления. Механическая турбулентность у поверхности может принимать очень опасные формы. Вы можете избежать ее, летая на параплане на высоте 100 метров или выше, переждав сильный ветер, или совершая посадку на ровную открытую поверхность. Ближе к земле турбулентность состоит из вихрей, ориентированных параллельно поверхности и перепендикулярно ветру, они как будто катятся по земле, как показано на рисунке 118.



Это особенно заметно в самом низком слое, порядка нескольких метров от поверхности. Примерно на высоте 20 метров вихри становятся ориентированными произвольно, во всех направлениях и с различной энергией. Посадка на параплане в ветер ставит нас лицом к лицу с турбулентностью, которая постоянно меняется, причем неравномерно под каждым крылом. Некоторый запас скорости - хороший помощник при посадке в ветер. Термическая турбулентность может быть везде, от земли до базы облаков. Однако, она жестче вблизи инверсионных слоев и в сильный ветер. Иногда такие ветры дуют в определенном слое воздуха или над некоторой территорией, их надо избегать, если они известны. Несмотря на более сильные ветры на высоте, термическая турбулентность зачастую с высотой становится менее опасной. Она становится более упорядоченной и расширяется. В любом случае лучший путь избежать термической турбулентности - это дождаться уменьшения солнечного прогрева.

Если не летать на параплане вблизи границ различных слоев, то можно избежать попадания в турбулентность среза. Набирая высоту, и, обнаружив турбулентный слой, проще увести параплан из него, снизившись. Турбулентность среза очень редко распространяется до земли.
Необходимо избегать турбулентности за летящим впереди парапланом, особенно, если он больше вашего. Подробно это описывается в инструкциях по производству полетов, но главная идея - избежать попадания в спутную струю другого параплана в течение некоторого времени.

ИТОГИ

Турбулентность всегда рядом. Мы живем в ней, летаем в ней на парапланах и основная наша задача - избегать ее жестких форм. Позже мы придем к пониманию того, как различные типы турбулентности создаются и что указывает на их присутствие. Использование воды, некоторых моделей и воображения поможет визуализировать, где спрятался дракон турбулентности, а где можно в полете чувствовать себя комфортно.
Пилоты-парапланеристы ищут условия с термическими потоками и ветром, чему, естественно, сопутствует турбулентность. Непарящие пилоты ищут условия с минимальной турбулентностью, но даже в этом случае необходимо быть к ней готовым.