Атмосферная турбулентность

Атмосферная турбулентность

Воздух представляет собой подвижную среду, где движение частиц имеет беспорядочный, т.е. турбулентный характер. Структура турбулентных движений сложна.

Направление и скорость течения воздуха в турбулентных зонах претерпевает резкие и быстрые пространственные и временные изменения. Возникающие при этом возмущения атмосферы могут быть различных размеров: от нескольких см до десятков и сотен м. Турбулентные зоны являются обычно не сплошными возмущенными слоями, а прерывистыми, т.е. возмущенные участки чередуются со спокойными.

Толщина их чаще всего не превышает 300-600 м, при их горизонтальной протяженности 60-80 км, а иногда 2-3 км и протяженностью до 1000 км и более. Наибольшая повторяемость турбулентности наблюдается в нижних слоях до высоты 2-3 км,на высоте 3-6 км повторяемость резко уменьшается, а затем, по мере приближения к тропопаузе, снова возрастает.

Турбулентный характер воздушных движений вызывается термодинамическими причинами, поэтому различают термическую и динамическую турбулентность. Здесь главную роль играет возникающие по разным причинам контрасты температуры и скоростей ветра.

Термическая турбулентность распространяется на большую высоту и зависит от времени года, суток и степени устойчивости ВМ. Возникает в неустойчивых ВМ и в слабо выраженных развитых барических системах, за счет неравномерного нагревания воздуха от подстилающей поверхности.

Интенсивна термическая болтанка летом и днем. Во влажных ВМ термическая конвекция приводит к бурному развитию кучево-образных облаков, что усиливает турбулентность.

Динамическая турбулентность - вихревое движение воздуха в нижнем слое до 1-1,5 км, возникающее вследствие трения движущегося воздуха о неровности земной поверхности. Интенсивность ее возрастает с усилением ветра над пересеченной местностью и при увеличении неустойчивости ВМ.

Особенно значительна динамическая турбулентность в горных районах. Здесь на подветренных склонах в общем нисходящем потоке воздуха, переваливающем через хребет, развивается наиболее сильная вихревая деятельность, выраженная волновыми возмущениями, роторными движениями – это так называемая орографическая болтанка. Для нее благоприятны условия - сильные ветры 12 м/сек и более, направленные перпендикулярно к горному хребту, а также температурная инверсия над хребтом.

Динамическая турбулентность наблюдается в тех слоях атмосферы, где имеются резкие изменения ветра по скорости и по направлению, как по вертикали, так и по горизонтали, а такие условия обычно наблюдаются: в инверсиях, в зоне тропопаузы там, где ее наклон составляет 1/200 или 1/300; в струйных течениях, где наблюдаются большие изменения скорости ветра на границе трения быстродвижущихся потоков с более спокойной окружающей средой, а также на границах раздела двух ВМ в зонах атмосферных фронтов.

Термическая и динамическая турбулентности часто действуют одновременно, вызывая термодинамическую болтанку самолетов.

При полете в турбулентной зоне, вследствие неоднородности поля скоростей потока, обтекающего самолет, происходит нарушение равновесия аэродинамических сил, действующих на самолет. В связи с этим возникают добавочные ускорения, вызывающие вредные перегрузки, появляется болтанка, которая проявляется в виде тряски, частых и мелких толчков, ударов, а также бросков самолета, сопровождающаяся непроизвольной потерей или набором высоты на десятки и сотни метров. Действие перегрузки ускоряет изнашиваемость материальной части, а в тех случаях, когда перегрузки превышают допустимые, самолет может попасть на срывные режимы или разрушаться в воздухе. Интенсивность болтанки самолета оценивается по поведению самолета в воздухе и величиной приращения перегрузки.

Болтанка считается умеренной при приросте перегрузки до ±1,0, сильная более ±1,0, а в посадочной конфигурации умеренная ±0,3 ±0,4, сильная - более ± 0,4. Полет в турбулентной зоне более 10-15 мин опасен. Болтанка считается слабой при величине бросков 5-10м, умеренная - при бросках 10-50м, сильная -от 50-100м и очень сильная – свыше 100 м.

Для обеспечения безопасности полетов в условиях болтанки экипаж ВС должен руководствоваться следующим:

- при ознакомлении с  метеорологической обстановкой  необходимо особо обращать внимание  на районы, занимаемые неустойчивой ВМ, на положение и направление перемещения фронтов, на возможность развития конвекции, очагов гроз, на горизонтальные и вертикальные сдвиги ветра в струйном течении, на наклон тропопаузы, на формы облаков;

- полет над облаками  производить с превышением 200-300 м, а над вершиной кучево-дождевых - не менее 500 м;

- помнить, что болтанка  возникает при горизонтальных  сдвигах ветра, если скорость  изменяется на 6 м/сек и более  на 100 км расстояния; при вертикальных  сдвигах равным 5-10 м/сек и более на 1000 м высоты; горизонтальных градиентах температуры 2,5°С на 100 км;

- при попадании ВС в сплошную болтанку командир обязан принять меры для немедленного выхода из опасной зоны или изменить высоту полета с разрешения диспетчера;

- при полетах по ПВП  на высоте менее 900 м над горами  и попадании в зону сильной болтанки пилот должен выйти из нее с набором высоты или возвратиться на аэродром вылета (запасной), согласовав свои действия с диспетчером ОВД;

- пилотирование и выдерживание  режима полета в турбулентной атмосфере выполнять в соответствии с требованиями руководства по летной эксплуатации воздушного судна данного типа, при этом пассажиры должны находиться с застегнутыми привязными ремнями и экипаж тоже;

- для предотвращения попадания  воздушного судна в турбулентные зоны, связанные с грозовой деятельностью, с наличием кучево-дождевых, мощно-кучевых облаков экипаж обязан выполнять полеты на безопасном расстоянии от них, определяемой визуально или по радиолокатору;

- на снижении при попадании  подготовленного к выполнению  посадки самолета в интенсивный нисходящий поток, приводящий к увеличению установленной вертикальной скорости снижения по вариометру более 3 м/сек или при превышении перегрузки более ±0,4 единицы КВС обязан установить двигателем взлетный режим и уйти на второй круг для полета на запасной аэродром;

- вертикальные вихри пылевые  и песчаные, не связанные с облаками и обнаруживаемые визуально, экипаж обязан обходить стороной. Вертикальные вихри (смерчи), связанные кучево - дождевыми облаками, обнаруживаемые визуально, обходить на удалении не менее 30 км от их видимых боковых границ.