Глава 3. Дельтапланеризм и метеорология

Погодные факторы

Пожалуй, нет на свете другого пилота, который так сильно зависел бы от метеорологических условий, как дельтапланерист. Скорость полета его аппарата соизмерима или лишь несколько превышает скорость ветра, аэронавигационных приборов дельтаплан практически не имеет и т. д. Поэтому при планировании полетов необходимо учитывать такие метеорологические элементы, как скорость ветра, видимость, возможность выпадения осадков. Каждый дельтапланерист должен иметь определенный объем знаний по метеорологии. Без таких знаний невозможны успешные полеты.

Практический интерес для дельтапланериста представляет нижняя часть атмосферы - тропосфера, простирающаяся до высот 10-12 км. В свою очередь, тропосфера состоит из слоя трения толщиной 1000-1500 м, расположенного около земной поверхности, и свободной атмосферы, где трение воздуха практически отсутствует и влияние земной поверхности на движение воздушных масс практически не сказывается.

Физические свойства воздуха непрерывно изменяются как по высоте, так и по времени. Для удобства расчетов была принята Международная Стандартная Атмосфера (МСА). В ней зафиксировано условное изменение параметров атмосферы по высоте, достаточно точно отражающее действительное положение. Приводить здесь таблицу МСА нецелесообразно по двум причинам:

1. в настоящее время высота полета дельтаплана над уровнем моря не превышает 600 м;
2. при желании таблицу МСА всегда можно найти в любой технической библиотеке. Поэтому ограничимся указанием величии названных метеоэлементов на уровне моря (в соответствии с МСА).

Основными метеоэлементами являются давление, температура, влажность, вязкость воздуха, горизонтальная и вертикальная видимость, направление и скорость ветра.

Давление в большей мере влияет на метеоусловия, чем па летные характеристики дельтаплана. Быстрое повышение или понижение давления свидетельствует о том, что в ближайшее время установится соответственно ясная сухая или пасмурная дождливая погода. На уровне моря давление составляет 760 мм рт. ст., или 1013 гПа. По мере возрастания высоты давление воздуха непрерывно падает и уменьшается количество кислорода, поэтому при полете в горах, на высоте 5000 м и более, пилот должен иметь кислородный аппарат.

Температура и плотность воздуха. Температура оказывает влияние как на полет любого летательного аппарата, так и на метеоусловия, вызывая появление воздушных течений вследствие o неравномерного нагрева воздушных масс. Влияние температуры на полет летательного аппарата проявляется в изменении плотности воздуха. При повышении температуры плотность воздуха понижается, возрастают необходимые скорость полета и мощность двигателя, что вызывает известные эксплуатационные трудности.

На уровне моря по МСА температура воздуха равна + 15°С. По мере увеличения высоты она непрерывно уменьшается, причем градиент температуры составляет 6,5 ^град/_км.

Плотность воздуха с увеличением высоты непрерывно падает. В авиации плотность воздуха выражают в технической системе единиц. Принято, что на уровне моря она равна 0,125 ^(кГс*с2)/_м⁴.

Вязкость воздуха. Под вязкостью воздуха понимают способность соседних слоев воздуха или воздуха и летательного аппарата сопротивляться взаимоперемещению. Силы вязкости или, как их называют иначе, внутреннего трения увеличивают сопротивление перемещению летательного аппарата. На уровне моря вязкость воздуха составляет 0,144*10^-4м2/_с и возрастает с увеличением высоты.

Влажность воздуха. Как и давление, влажность воздуха влияет более всего на метеоусловия. При большой влажности воздуха и хорошем прогреве земной поверхности усиливается действие термических воздушных потоков (терминов), возрастает турбулентность^* атмосферы. С увеличением влажности до уровня конденсации возможно выпадение ливневых осадков. Если же влажность воздуха велика, а земная поверхность холодная, то весьма вероятно появление туманов. В это время термики практически исчезают (имеются в виду термики, пригодные для использования планеристами), турбулентность атмосферы, если нет грозового фронта, ослабевает.

^* (Хаотическое вихревое движение потоков воздуха, подчиняющееся, однако, определенным закономерностям.)

Ветер - это движение воздуха относительно земной поверхности, характеризуемое скоростью и направлением (откуда дует). Непосредственной причиной ветра является горизонтальный барический градиент или, говоря иначе, перепад давлений воздуха над разными участками земной поверхности. Как только он возникает, частицы воздуха начинают с ускорением перемещаться из области более высокого давления в область более низкого. Сила барического градиента всегда перпендикулярна изобаре - линии равных давлений. Кроме того, на движущуюся частицу воздуха действуют ускорение Кориолиса вследствие вращения Земли, сила трения и центробежная сила. Поэтому ветер в атмосферном слое трения движется не перпендикулярно изобаре, а под углом к ней. В свободной атмосфере частицы воздуха движутся параллельно изобаре, оставляя область низкого давления слева в Северном полушарии и справа - в Южном. Этот ветер носит название градиентного, поскольку в свободной атмосфере, как говорилось выше, нет трения [32].

Действительный ветер в атмосфере очень близок к градиентному, особенно на тех участках, где изобара прямолинейна. Отличие первого от второго обычно не превышает 10-15% по скорости и ±10% по направлению [6].

Как правило, скорость и направление ветра у земной поверхности и на высоте неодинаковы. Вертикальное распределение скорости ветра в тропосфере характеризуется положительным градиентом, т. е. с увеличением высоты скорость ветра непрерывно растет. Градиент скорости ветра составляет в среднем 4 ^км/_ч на каждую тысячу метров высоты. Скорость ветра на высоте 2000 м над уровнем моря в среднем вдвое выше, чем у поверхности Земли.

Направление ветра около земной поверхности зависит, кроме того, от рельефа местности, причем последний часто является главенствующим фактором, определяющим направление ветра на высотах менее 300 м. Для характеристики направления ветра на таких высотах вводится понятие фонового ветра - вектора средней скорости перемещения околоземных воздушных масс относительно данной местности за некоторый промежуток времени. Он определяется из анализа барической карты. Это условный ветер, в практике полетов пользоваться им не следует, поскольку расхождение фонового и действительного ветра может достигать 180°.

Местный ветер. Под местным ветром следует понимать течение воздушных масс, возникающее и приобретающее типичные свойства под влиянием местных физико-географических (рельеф) и термических (неравномерный прогрев) условий. Именно этот ветер учитывают в практике полетов.

На территории СССР наблюдаются два основных типа местных ветров, которые могут быть использованы дельтапланеристами.

1. Бриз - ветер с суточной периодичностью, возникающий по берегам крупных водоемов. Днем, начиная с 10-11 ч, он дует с водоема на берег, проникая на 20-40 км в глубь суши. Вертикальная мощность бриза достигает 1000 м. Если на его пути находится береговой откос, дельтапланерист может парить в этом месте часами при соответствующих, конечно, условиях. К концу дня ветер стихает, а вечером начинается вечерний бриз - ветер дует с берега на море. Для полета на дельтаплане такой ветер непригоден и при определенных обстоятельствах может быть опасным.
2. Горно-долинный ветер - местная циркуляция воздуха между горным хребтом и долиной с суточным периодом: днем - из долины вверх по нагретому склону, ночью - со склонов горы вниз, в долину. Этот тип ветра наблюдается во всех горных системах и особенно хорошо выражен летом в ясную солнечную погоду.

Опасные явления погоды. Шквалы, туманы, метели, пыльные бури, грозы, град представляют угрозу для полетов, при их признаках следует прекратить тренировки. Опасные явления погоды возникают не мгновенно, и у спортсменов есть время оценить метеообстановку и принять правильное решение.

Шквал - внезапное и кратковременное усиление скорости ветра до 15 ^м/_с и более, сопровождаемое изменением его направления. Шквал возникает в передней части кучево-дождевых (грозовых) облаков, и его предугадать нетрудно, увидев приближающуюся грозу. Опасности, подстерегающие пилота, попавшего в шквал, достаточно велики, чтобы не считаться с ними.

При попутном шквале в первые мгновения резко уменьшается скорость полета относительно воздуха и аппарат начинает терять высоту. Если шквал уйдет вперед, пилот благополучно завершит полет. Если шквал задержится, ветер может сбросить дельтаплан на склон, или пилот, испугавшись резко возросшей скорости полета относительно земной поверхности, начнет увеличивать угол атаки аппарата, в результате чего произойдет сваливание дельтаплана в штопор.

Если шквал встречный, то в первые мгновения резко возрастает скорость полета относительно воздуха, увеличивается перегрузка, и в результате может произойти поломка аппарата в воздухе. Дельтаплан может также начать движение назад или хвостом вперед и, наткнувшись на препятствие, рухнуть на склон.

Туман по своей физической природе подобен облаку. Он образуется в результате конденсации водяного пара в непосредственной близости от земной поверхности. Существуют три основных типа тумана:

1. радиационный - вследствие охлаждения поверхности Земли и прилегающего к ней слоя воздуха. Чаще всего образуется ночью;
2. адвективный - при охлаждении относительно теплого и влажного воздуха, движущегося над более холодной подстилающей поверхностью. Зимой он образуется обычно в воздушной массе, движущейся с моря на материк, летом - наоборот. В отличие от радиационного, выпадающего в безветренную погоду, адвективный туман образуется при скорости ветра 4-8 ^м/_с;
3. фронтальный, возникающий на атмосферных фронтах при перемещении циклонов.

Кроме того, наблюдаются туманы адвективно-радиационные, туманы склонов, туманы испарений, морозные или ледяные.

Местные признаки погоды. При всем многообразии причин, определяющих погоду, есть признаки, позволяющие предугадывать общий ход ее изменения.

Признаки устойчивой хорошей погоды:

• высокое атмосферное давление изо дня в день;
• правильный суточный ход ветра: днем сильный, ночью стихает, на берегу крупного водоема - правильный бриз;
• в летнее время днем развивается кучевая облачность, вечером - исчезает, в зимнее время днем ясное небо;
• правильный суточный ход температуры воздуха: днем тепло, а ночью холодает;
• днем нет осадков, ночью выпадает сильная роса или иней (если дело происходит зимой);
• летом ночью выпадают приземные туманы, исчезающие утром.

Признаки устойчивой плохой погоды:

• низкое атмосферное давление изо дня в день;
• небо днем затянуто сплошной слоисто-дож девой облачностью;
• продолжительные дожди или снегопады;
• нарушен суточный ход ветра: скорость ветра большая днем и ночью;
• температура воздуха за сутки изменяется мало.

Признаки улучшения погоды:

• устойчивый рост атмосферного давления;
• появление просветов в сплошной облачности;
• осадки выпадают не постоянно, а только периодически;
• температура воздуха зимой начинает уменьшаться, а летом расти.

Признаки ухудшения погоды:

• устойчивое снижение атмосферного давления: чем быстрее оно падает, тем скорее изменится погода;
• ветер усиливается, почти исчезают его суточные колебания, направление ветра тоже изменяется;
• облачность увеличивается;
• кучевые облака к вечеру сгущаются. Если они принимают форму башен, надо ждать грозы;
• температура воздуха зимой начинает расти, а летом уменьшаться;
• вокруг Солнца и Луны появляются цветные круги и венцы.

Все постоянные места полетов должны быть хорошо ?изучены в метеорологическом отношении. Начать можно с самого простого - записей наблюдений направления и скорости ветра. Конечная цель такой работы - метеопаспортизация постоянного места полетов.