4.2.2. Турбулентность вблизи земли

Атмосферное движение состоит из вихревых движений воздуха. Самые крупные вихри могут обладать размерами в несколько сотен километров (системы циклонов, пассаты, муссоны), а самыми малыми можно считать движения на молекулярном уровне. Системы вихрей, охватывающие континенты, представляются для дельтапланеристов, как собственно ветер. Ниже будут рассмотрены только вихри диаметром в пределах 10-100 м, т. е. сопоставимые по размерам с дельтапланом.

Рис. 4.5. Влияние турбулентности на изменение потока

Исследуя данную точку пространства, можно отметить, что скорость ветра меняется мгновенно, и каждому мгновению соответствуют разные скорости ветра в различных точках пространства. Турбулентность является свойством движения воздуха. На рис. 4.5 показано возникновение турбулентного потока. К потоку постоянной скорости v_SZ присоединяется вихрь, и в разных точках пространства (А, В, С, D) создаются различные скоррсти. Рисунок отображает состояние на данный момент, через какой-то интервал времени произойдет смещение потоков, скорость потока в точке А изменится. Именно поэтому анемометр на одном и том же месте показывает непрерывно меняющееся значение скорости. В связи с этим, характеризуя силу ветра, называют обычно два (высшее и низшее) значения скорости, а интервал между ними определяет порывистость ветра.

Порывистость ветра имеет для пилота важное значение: вихри бросают аппарат, создают болтанку, мешают нормальному выполнению полета, подвергают аппарат испытанию на устойчивость и управляемость. Сила вихря достигает границы опасности тогда, когда вызывает отрицательное ускорение, равное по величине ускорению силы тяжести. Подвесная система при этом может "прославиться" и на какое-то время управление путем перемещения центра тяжести окажется неэффективным.

Рис. 4.6. Диапазоны скорости и высоты безопасного полета дельтаплана с удельной нагрузкой 50 Н/м* в зависимости от силы ветра

Турбулентность вблизи земли вызывается тремя причинами: сдвигом ветра, препятствиями и термической неоднородностью воздуха вблизи поверхности. В зависимости от характера поверхности, скорости, высоты и термической активности можно прогнозировать возможность возникновения вихрей опасной силы. Этот прогноз разрабатывается по математической формуле, результат которой в графической форме приведен на рис. 4.6. Кривые, приведенные на графике, позволяют определить безопасные пределы скорости и высоты полета дельтаплана в зависимости от силы ветра. В области, лежащей слева от кривых, можно не опасаться сильного ветра, вызывающего перегрузку порядка g. Так, над местностью, заросшей кустами, на высоте 10 м при ветре силой 10 м/с можно безопасно летать с максимальной скоростью до 15 м/с. Однако на меньшей высоте (непосредственно у поверхности земли) дельтаплан может встретить порыв, вызывающий отрицательные перегрузки (до g) уже при скорости выше 7 м/с. Влияние термиков сдвигает кривые вверх, т. е. в случае возникновения восходящих потоков даже более низкая скорость аппарата может оказаться опасной.

Рис. 4.7. Подветренные зоны: а - группа деревьев; б - здание; в - дельтаплан, стоящий на посадочной площадке; г - крупногабаритное транспортное средство; д - склон; е - насыпь

На основании сказанного можно сделать вывод о том, что при выборе оптимальной скорости полета на малых высотах необходимо учитывать два момента: с одной стороны, из-за сдвига ветра вблизи поверхности полет с малой скоростью может привести к сваливанию, с другой стороны, полет на слишком большой скорости в условиях турбулентности может вызвать временную потерю управляемости аппарата. Практически при свежем ветре оптимальной скоростью будет скорость, несколько превышающая скорость максимального аэродинамического качества. Кроме выдерживания нужной скорости пилот должен считаться с тем, что турбулентность может затруднить управление аппаратом или совсем лишить его этой возможности. В связи с этим в зоне повышенной турбулентности целесообразно маневрирование свести к минимуму, особенно если оно сопровождается креном аппарата. В течение нескольких секунд после взлета или при посадке, когда пилоту хочется поточнее приземлиться, следует избегать крутых разворотов и идти на них лишь во избежание явной опасности (препятствие, столкновение).

Вихри, возникающие при сдвиге ветра или термических потоках, имеют одинаковую природу. Их наличие, как правило, можно обнаружить лишь тогда, когда порывы воздействуют на крыло. С достаточной надежностью турбулентность можно определять на подветренной стороне препятствий (рис. 4.7). Одиночное дерево, возвышающееся на равнине, отдельно стоящее здание могут вызывать завихрения протяженностью до 100-200 м. Неровности грунта также влияют на ветер в приземном слое. Постоянный учет направления ветра и визуальная оценка посадочной площадки должны позволить пилоту сделать быструю оценку (вывод) о возможных местах опасной турбулентности. Аллея тополей, ряд зданий могут вызывать такую турбулентность, что полеты в прилегающей местности при свежем ветре могут стать опасными.