Дельтапланы (Козьмин В. В., Кротов И. В.) - часть 6

Глава 6.

ПОГОДА И МЕМБРАННОЕ КРЫЛО

Каждый спортсмен-дельта-планерист знает, какое огромное значение для успешного полета имеет погода, то есть температура и влажность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра. Не зная этих данных, нельзя отправляться в полет. На соревнованиях и тренировках обязательно присутствует метеоролог, который производит замеры, а затем составляет таблицу, в которую вносит показания приборов. Каждый спортсмен, перед тем как выйти на старт, должен ознакомиться с результатами таблицы метеорологической обстановки.

Метеорология изучает явления, происходящие в атмосфере. Атмосферу принято делить на несколько слоев, самый нижний из которых — тропосфера — достигает над полюсами высот 9000 м и над экватором 18 000 м. Тропосфера является самой неустойчивой из всех слоев атмосферы, но именно с ней приходится иметь дело дельтапланеристам. Еще в 1975 г. в одном швейцарском издании говорилось, что дельтаплан нельзя использовать на высотах, превышающих 4000 м. Однако уже
сейчас покорена высота в 8000 м (рис. 38).

Рис. 38. Строение атмосферы: изменение метеорологических параметров с высотой

Штурм высоты продолжается.

Состояние атмосферы, наблюдаемое в тот или иной момент, называется погодой. Основными метеорологическими элементами погоды являются давление, температура и влажность воздуха, видимость, облачность, осадки и ветер. Не все эти элементы имеют одинаковое значение для полета. Самый существенный фактор — ветер. Плохая видимость может заставить пилота изменить маршрут. А температура воздуха и осадки не только определяют выбор одежды, но и возможность проведения полетов.

Известно влияние метеоусловий на безопасность полетов. Анализ летных происшествий показывает, что в одной трети случаев погода бывает основной или сопутствующей причиной аварийных ситуаций. Сложные метеорологические явления особенно опасны, если встреча с ними явится для пилота неожиданностью.

Это может произойти при недостаточной теоретической и психологической подготовке пи-лота, от неполноты метеорологической информации, ошибок в прогнозе погоды или небрежности, допущенной при оценке метеообстановки как руководителем полета, так и самим пилотом. Наблюдение за погодой, обработка и систематизация метеоданных возложена у нас в стране на гидрометеорологическую службу. Она дает информацию о погоде и происходящих процессах, составляет краткосрочные и долгосрочные прогнозы и дает штормовые предупреждения. Сведения о погоде и прогнозы рассылаются в виде бюллетеней и передаются по радио. Метеорологические центры, станции и бюро расположены по всей территории нашей страны. Кроме того, в каждом аэропорту имеется авиаме-теорологическая станция. Клуб дельтапланеризма может и должен получать информацию из этих центров.

Знание метеорологии и особенностей погоды в районе дельтадрома позволит правильно выбрать время проведения соревнований и тренировок, а в полете грамотно рассчитать курс.

Атмосферное давление было открыто Торичелли в 1643 году. За нормальное атмосферное давление принято давление водяного столба высотой 10 м, что равно 760 мм рт. ст., или в современных единицах измерения 1013,2 гПа. (Паскаль — это давление силой в 1 ньютон на 1 м2.)

Атмосферное давление, отнесенное к уровню моря, не является постоянным для каждой точки земного шара. Колебания
его могут происходить в широких пределах. Так, например, в Москве (высота 156 м над уровнем моря) за последние 25 лет отмечено самое высокое давление 1037 гПа, а самое низкое 944 гПа.

В среднем атмосферное давление имеет ясно выраженный суточный ход с двумя максимумами (в 10 и 22 ч) и двумя минимумами (в 4 и 15 ч). При этом суточный ход особенно резко проявляется в южных широтах, где его амплитуда достигает 3—4 гПа (рис. 39).

Атмосферное давление уменьшается с высотой. На этом принципе построены анероид-ные высотомеры, устанавливаемые на самолетах и планерах и используемые парашютистами и дельтапланеристами. Это явление — уменьшение давления с высотой — нужно учитывать при высотных полетах, где из-за разреженности атмосферы как полетная, так и стартовая скорости значительно превышают обычную. Например, при полете с пика Ленина (7134 м) скорость должна быть в 1,6 раза больше, чем при полете в нормальных условиях.

Изменение атмосферного давления, то есть медленное или быстрое падение или подъем,— один из основных признаков изменения погоды.

Рис. 39. Примеры изменения метеорологических параметров за различные периоды времени и высоты:

Температура воздуха при ясной установившейся погоде имеет четко выраженный суточный ход с максимумом в 14— 15 ч, на 1—2 ч позже, чем на поверхности почвы, и минимумом перед восходом солнца. В летнее время к полудню за счет прогрева приземного слоя

воздуха начинают формироваться восходящие термические потоки — объект «охоты» опытных дельтапланеристов. Распознать их позволяют зарождающиеся кучевые облака или полеты самых сведущих парителей — птиц.

Диапазон температур на просторах нашей страны весьма широк. Пилот из Заполярья А. Сочнев рассказывает, что его не останавливают самые лютые морозы. Он и его товарищи летают даже при минус 50 °С. Домик на горе, где всегда есть горячий чай, позволяет им отогреваться между полетами. Но можно замерзнуть и летом. Дело в том, что теплоотдача тела на ветру значительно возрастает. И даже в теплую погоду, если пилот одет так же, как те, кто наблюдает его полет с земли, набегающий поток воздуха будет пронизывать его до костей. Так, москвич А. Ка-реткин, совершив в июне 1978 года в Крыму свой рекордный по продолжительности полет (4 ч 13 мин), сетовал потом, что был одет по-летнему.

Влажность воздуха характеризуется содержанием в нем водяных паров. Количество влаги в воздухе колеблется от 1 до 4%. Но важно не абсолютное содержание, а относительная влажность. Чаще она выражается в процентах от содержания насыщенного пара, при котором начинает выпадать роса. Другой характеристикой влажности является точка росы, то есть температура, при достижении которой происходит конденсация влаги в виде тумана или облака. Влажность воз-духа может существенно повлиять на дельтаплан. Отмечен случай, когда изменение линейных размеров купола дельтаплана, выполненного из гигроскопической ткани типа АЗТ. за сутки достигло 100 мм. При этом настолько изменилась балансировка крыла, что летать на нем уже практически было нельзя. Это наблюдалось в летнее время в Крыму, когда суточные колебания влажности были весьма высокими.

Видимость характеризуется максимальным расстоянием, на котором человек с нормальным зрением при дневном освещении различает предметы. Различается плохая видимость — не превышающая 3 км, средняя — от 3 до 10 км и хорошая — свыше 10 км. На дальность видимости влияют атмосферные условия. Туман, сухая мгла, дымка, дождь, снегопад могут значительно ее понизить. И наоборот, в условиях исключительной прозрачности воздуха высокие горы и холмы можно обнаружить днем на очень большом расстоянии; при этом создается иллюзия сравнительно небольшой дистанции до них. Для четкой видимости предметов имеет значение их форма и окраска, цвет фона. Хорошо видны отдельные белые здания на фоне темного леса. Пилоту, готовящемуся к высотным полетам, необходимо заранее наметить четкие различимые ориентиры, по которым он будет сверять свой маршрут.

Видимость ухудшается в утренние и вечерние сумерки, продолжительность которых зависит от времени года и широты.

Наиболее короткие сумерки У экватора — 20 мин, на широте 45° (Черное море) — 30— 45 мин. В Ленинграде (60°) сумерки летом продолжаются более часа, а во второй половине июня — всю ночь, превращаясь в так называемые белые ночи.

Облачность определяется количеством облаков, покрывающих небесный свод. Она оценивается на глаз по десятибалльной шкале: совершенно безоблачное небо — 0 баллов, небо сплошь закрыто облаками — !0 баллов. По количеству, высоте и виду облаков можно судить об ожидаемой погоде. Так, появление легких перистых облаков, имеющих вид коготков, сопровождающееся медленным падением давления, свидетельствует обычно о приближении циклона.

В зависимости от формы, размеров и расположения облака классифицируются на следующие основные типы: слоистые, кучевые и волнистые.

По высоте облака разделяются на три яруса: верхний (выше 6000 м), средний (2000— 6000 м) и нижний, в котором облака полностью или своим основанием располагаются ниже 2000 м от земной поверхности.

Облака верхнего яруса: перистые — самые высокие, имеют вид отдельных белых перьев, перисто-слоистые — тонкая белая пелена, трудно различимая простым глазом, и перисто-кучевые — группы или ряды белых комочков.

Облака среднего яруса: высокослоистые облака — пелена
светло-серого цвета, сквозь которую может быть видно солнце в виде размытого пятна, и высококучевые — параллельные облака в виде валов или плит со сторонами, обращенными к солнцу, иногда окрашенными в желтый или розовый цвет.

Облака нижнего яруса: слои-сто-кучевые — слои крупных валов или шаровидных образований серого цвета с отдельными уплотнениями, слоистодождевые — плотный однообразный слой темно-серого цвета (дают обложные дожди), слоистые — однообразный слой светло-серого цвета, под действием ветра разделяются на отдельные клочки с рваными краями (летом могут давать моросящие осадки).

К особой группе относятся облака вертикального развития — кучевые, представляющие собой отдельные плотные образования с плоскими основаниями и округлыми вершинами. Их называют облаками хорошей погоды. Осадков такие облака не дают.

Другая форма облаков вертикального развития — кучеводождевые, грозовые, ливневые, имеющие вид гор или башен с вершинами, лежащими на уровне перистых облаков. Они дают ливневые дожди, иногда сопровождающиеся грозами и шквалами.

Ветер — это горизонтальное перемещение воздуха из областей высокого давления в область низкого давления. Почему возникает ветер? В глобальном масштабе можно объяснить его появление следующей картиной. Сильно нагретый солн-цем воздух над экватором поднимается вверх. В основании поднимающихся столбов воздуха образуются области пониженного давления. Более холодный воздух, расположенный по обе стороны от экватора, устремляется в область низких экваториальных давлений. Прогреваясь, он в свою очередь поднимается вверх и на больших высотах перемещается в направлении полюсов. Охлаждаясь, он вновь возвращается к экватору и перемещается над поверхностью Земли в бесконечном процессе. Вращение Земли меняет первоначальное направление перемещения воздушных масс. В северном полушарии потоки воздуха, направляющиеся от полюса к экватору, отклоняются к востоку, в южном — к западу (по принципу Кориолиса). А движущиеся на большой высоте массы теплого воздуха, достигнув 30-й параллели, в северном полушарии создают центр высоких давлений. Воздух, уходящий из этих районов в южном направлении, отклоняется к западу: он рождает пассаты. Если воздух движется к северу, он отклоняется к востоку, рождая сильные западные ветры.

Горизонтальные и вертикальные перемещения воздуха, рассмотренные в глобальном масштабе, присущи также и местным условиям и являются областью изучения локальной метеорологии, или микрометеорологии. Дельтапланеристов больше волнуют именно не глобальные, а местные условия, в том числе и конвективные воздушные потоки.

Открытые земные поверхности или грунты, такие, как пашня, каменистые или песчаные почвы, нагреваются значительно быстрее, чем зоны, покрытые растительностью или водой. Воздух, нагреваясь от подстилающей поверхности, образует мощные восходящие потоки. Это явление — одна из причин образования кучевых облаков. Поднимающийся столб теплого воздуха охлаждается с высотой. И когда его температура достигает величины, при которой происходит конденсация содержащихся в воздухе водяных паров, начинается формирование облака. Внутри облака вертикальные скорости возрастают. По краям облака создается нисходящий поток.

Дельтапланеристы уже освоили полеты в восходящих потоках под облаками. Но при этом надо учитывать, что вертикальная скорость в потоке резко возрастает по мере приближения к облаку. Отмечены случаи, когда облако так сильно «подсасывало» пилота, что только после долгой и трудной борьбы он получал возможность от него удалиться. Пилот при приближении к кучевому облаку должен пройти сначала нисходящий поток, затем восходящий и вновь нисходящий (рис. 40, а, 6, в). Граница между этими потоками бывает выражена довольно резко. Не всякий восходящий поток приводит к образованию облака. Если воздух слишком сухой, то облако не появляется. И отыскивать эти потоки следует уже по другим признакам.

Существует особая форма восходящих потоков — тепловые пузыри. Ветер, даже если он слабый, разрывает каждый недостаточно питаемый восходящий столб. Образуются изолированные объемы или тепловые пузыри нагретого воздуха. Отрываясь от земли, они поднимаются до тех пор, пока их температура не сравняется с температурой окружающего воздуха. Тепловые пузыри, если они больших размеров, могут быть использованы дельтапланеристом для выигрыша высоты. Но они практически
бесполезны, если дробятся, и возникает так называемое беспорядочное кипение (рис. 40, г). При прямолинейном планировании поблизости от термического потока ощущаются отдельные толчки и броски. Если дельтаплан входит в термический поток в направлении его центра, то его нос опускается, а шум крыла стихает: аппарат в это время пересекает нисходящую зону потока, расположенную по периферии термического столба. После просадки, длящейся несколько секунд, нос аппарата резко поднимается, и дельта-планерист по увеличению действующей на него нагрузки ощущает возрастающую скороподъемность аппарата. Если полет продолжается по прямой, то вертикальное ускорение прекращается и дельтапланерист больше не ощущает дополнительных нагрузок.

Рис. 40. Полеты в термических потоках:
а- образование восходящих и нисходящих потоков (1, 2. 3 — направления движения воздуха у земли); б - полет под кучевым облаком; в — полет под кучевым облаком с боковым ветром; г — полет в тепловом пузыре

Если полет проходил на небольшой высоте, то можно наблюдать, как уплывает вниз земля. Это видно с высоты в 200—300 м, когда скороподъемность свыше 3 м/с. При попадании в термический поток дельтапланерист чувствует, как его лицо, руки, тело омываются теплым воздухом, температура которого на 4—5° выше окружающего, но через несколько секунд это ощущение, став привычным, пропадает. При длительном подъеме дельтапланерист не воспринимает скорость подъема. При этом необходимо пользоваться вариометром.

Продолжительно набирать высоту, совершая лишь прямолинейный полет, невозможно. Через 100—200 м полета опять начинается просадка, толчки и болтанка—дельтаплан покидает термический поток.

Явления, происходящие при входе в различные термические потоки и при выходе из них, в значительной степени отличаются друг от друга. Иногда вход в зону восходящего потока почти неощутим для дельтапланериста, и он с радостным удивлением обнаруживает подъем по показаниям вариометра. Но случается так, что на границе термического потока встречается такая сильная турбулентность, что приходится прилагать максимум усилий, чтобы восстановить полетный режим ставшего вдруг неуправляемым аппарата. Толчки и броски могут продолжаться и внутри термического потока — это так называемый трясучий поток. Но сила тряски чрезвычайно редко превышает тот уровень, при котором теряется управление аппаратом.

Спокойный термический поток встречается довольно редко, его можно обнаружить во второй половине дня летом в штилевую погоду.

Представим себе, что дельтаплан со скоростью 10 м/с пересекает термический поток по диаметральному направлению. Обычный термический поток имеет диаметр примерно 300 м, значит, дельтаплан пролетит его за 30 с (узкий — за 10—20 с, а плоский — приблизительно за 1 мин). За один пролет через термический поток можно выиграть высоту, равную 30—40 м, но для продолжительного подъема необходимо выполнять спирали.

Первые спирали служат для поиска зоны наибольшей скорости подъема. При этом необходимо учитывать по крайней мере два момента. Первый: чем меньше радиус выполняемых спиралей, тем вероятнее приближение к наиболее мощной части восходящего термического потока — его ядру. И второй: чем меньше скорость снижения при выполнении виражей, тем большая часть вертикальной скорости восходящего потока расходуется на подъем аппарата. Следовательно, выполняя спирали, не-обходимо лететь со скоростью, минимально допустимой для снижения дельтаплана независимо от его крена. Однако эта скорость лишь едва превышает скорость сваливания, поэтому в трясучих термических потоках вблизи других дельтапланов или склона целесообразно летать со скоростью, несколько большей скорости минимального снижения.

На практике вместо величины крена или радиуса виража замеряют время, необходимое для выполнения одной спирали. Из сопоставления диаметров термических потоков и спиралей дельтаплана при различных углах крена становится ясным, что даже при крене 10° дельтаплан может оставаться в ядре узкого восходящего потока; выполнять еще более пологие спирали трудно, так как даже небольшие колебания угла крена сильно искажают траекторию. Этот крен увеличивает скорость снижения на 3%, но даже ее увеличение на 10 %, получаемое при крене в 20°, практически ощутить трудно. Это значит, что для парящих полетов в термических потоках необходимо отрабатывать четкое выполнение пологих виражей большого диаметра. Оптимальные спирали выполняют за 20—30 с.

До последнего времени термические потоки в дельтапланеризме классифицировали так же, как в классическом планеризме. Термический поток диаметром до 150 м считается узким, так как планеру необходимо задавать крен 45°, чтобы обработать этот поток, но при этом скорость снижения резко возрастает. С таким креном дельтаплан может совершить спираль с радиусом в 5 раз меньшим радиуса спирали планера, поэтому пилоту мембранного крыла важно знать более тонкую структуру термического потока. На рис. 41 показана структура термического потока, имеющего более одного ядра и неравномерное поле восходящего потока. У пилота-дель-тапланериста в таком случае имеется возможность выбора. Может оказаться выгодным выполнять пологие спирали продолжительностью 30 с, сохраняя при этом стабильную среднюю скорость подъема и трижды пересекая за это время зону восходящего потока. С другой стороны, можно попытаться удержать аппарат в зоне самого сильного подъема, совершая полет по спирали малого радиуса за 10 с.

Рис. 41. Варианты выполнения спиралей в термическом потоке, имеющем более одного ядра (цифрами указаны скорости термических потоков, м/с)

Ядро внутри термического потока «живет» — оно перемещается, исчезает, вновь образуется, поэтому пилот, совершающий спирали по большому радиусу, обычно оказывается в наиболее выгодном положении. После входа в восходящий термический поток следует продолжить прямолинейный полет в течение 5—10 с, а затем начать выполнение спирали. Если в прямолинейном полете аппарат начинает испытывать крен, то спираль следует «закручивать» в сторону, противоположную этому крену. В этот миг смотреть на прибор бесполезно, ощущения человека дают самую оперативную и объективную информацию. Дель-тапланерист должен перемещаться в ту сторону, откуда растет перегрузка. Если кренящий момент столь велик, что не удается быстро развернуть аппарат в нужную сторону, то лучше покинуть зону подъема.

По ориентирам на местности или по сторонам горизонта необходимо запомнить направление, при котором был ощутим самый интенсивный подъем. Когда дельтаплан отклонится от этого направления на 270°, следует прекратить разворот и расширить зону поиска, направляя нос дельтаплана в сторону максимального подъема. После 5—10 с полета по прямой надо начинать делать разворот, совпадающий по направлению с
предыдущим. Если в траектории спирали не отмечается изменения подъемной силы, то аппарат, вероятно, находится в центре восходящего потока и в дальнейшем изменять радиус спирали нужно лишь тогда, когда появится ощущение изменения подъемной силы.

Основное правило при выполнении этих маневров: при входе в восходящий поток увеличивать, а при выходе из него уменьшать радиус виража.

Эффективным, но требующим большого опыта маневром нахождения ядра термического потока является маневр с изменением направления разворота в противоположную сторону, чем в динамических*.

* Термическими потоками называются восходящие и нисходящие потоки воздуха, образующиеся в приземных слоях атмосферы за счет эффекта подогрева или охлаждения воздуха от подстилающей поверхности Земли.

Динамическими потоками называются вертикальные потоки, которые образуются за счет движения воздушных масс (ветра) при встрече их с какими-либо препятствиями, находящимися на поверхности Земли.

Полеты в термических потоках требуют значительно большего опыта. Тот, кто летает со слишком большой скоростью, не доводя ее до скорости минимального снижения, не сможет успешно набирать высоту как в динамических потоках над склоном, так и в термических потоках. В обоих случаях, выполняя парящие полеты, не следует активно пользоваться рукояткой управления. Если пилот часто кренит аппарат то в одну, то в другую сторону или все время берет и отдает рукоятку управления — «накачивает» высоту, то он не только увеличивает скорость снижения, но и лишает себя возможности ощущать скороподъемность из-за непрерывных изменений крена и угла атаки. В качестве тренировки перед парящими полетами в термических потоках полезно поупражняться сначала на бумаге, прорисовывая карандашом возможные ситуации при расширении и сужении спиралей.

Начинающему дельтапланеристу при первых полетах в термических потоках предстоит встреча с рядом неприятных обстоятельств. Болтанка, встречающая аппарат на границе и в самом потоке, не означает, что восходящий поток нельзя использовать. При входе в термический поток необходимо сосредоточиться на выполнении непрерывных спиралей с постоянным радиусом и креном. Радиус можно увеличивать лишь после выполнения двух-трех витков спирали, когда с большой уверенностью определено место максимального подъема.

Если подъем длится только
3—4 с, то это означает, что термический поток слишком узок, и только дельтапланерист с большим опытом парящих полетов сможет его обработать. Дельтапланерист, осваивающий парящий полет, должен стараться, чтобы подъем проходил со средней скоростью. Лучше выполнять пологие простые спирали (20 с) и не затрачивать усилий на кратковременные подъемы продолжительностью 1—2 с. После приобретения соответствующего опыта дельтапланерист может переходить к выполнению спиралей малого радиуса и применять маневр изменения направления разворота в противоположную сторону.

Дельтапланериста, привыкшего летать в спокойной обстановке, может напугать необычная сила болтанки в термических потоках. От волнения он судорожно цепляется за рукоятку управления и, боясь очередного толчка, теряет способность сохранить подъем. Его опасения могут быть оправданы, если происходит многократная потеря несущей способности крыла, что говорит о турбулентности опасной степени. Такие зоны надо покидать. Но чаще сильная болтанка свидетельствует о границе термического потока или приближении к ней. Ядро термического потока, как правило, спокойное. Чем лучше дельтапланерист использует восходящий поток и чем большую он набирает высоту, тем в лучших условиях обычно оказывается.

При слабой термической ак-тивности на малых высотах, обеспечивающих хотя бы нулевую скорость снижения, надо проявлять терпение и крутить спирали с радиусом 10—20 м, пока начнется небольшой, почти незаметный подъем, и лишь со временем и высотой он переходит в более сильный.

При маршрутных полетах на переходах между термическими потоками главное правило состоит в том, что в нисходящей зоне при встречном ветре скорость должна быть выше оптимальной, а при попутном ветре в восходящей зоне надо выдерживать скорость меньше скорости максимального качества.

Так называемые бризы также имеют важное значение для дельтапланериста. Они образуются на побережье и в горных районах. Морские береговые бризы образуются в результате разной степени нагрева моря и суши. Днем суша нагревается сильнее, чем море, а ночью ее температура опускается ниже морской. Эти разности температур создают перепад давлений воздушных масс над морем и побережьем. Днем континент становится областью низких давлений, и бриз начинает дуть с моря на берег. Ночью наблюдается обратное явление, вызывающее появление берегового бриза. Сила этих ветров может достигать 10 м/с.

Горные бризы являются результатом того, что днем воздух, расположенный вблизи горных склонов, прогревается сильнее, чем воздух, находящийся дальше от поверхности. Теплый воздух поднимается вдоль склонов, создавая разре-жение на дне долины. Массы холодного воздуха из центра долины устремляются в зону разрежения. Образуется горный восходящий бриз. Ночью наблюдается противоположное явление. Воздух над горой охлаждается быстрее, чем центральный столб воздуха. Холодный воздух устремляется вниз по склонам, в то время как столб теплого воздуха поднимается вверх. Образуется бриз, нисходящий вдоль склона, или горный нисходящий бриз.

Влияние рельефа на направление ветра довольно велико. Различные естественные и искусственные препятствия на пути движущегося воздуха в зависимости от своих размеров и форм по-разному изменяют скорость и направление движения воздушного потока. Горный хребет, как и обрывистый берег, образует стену перед потоком воздуха, которому ничего не остается, как подняться и перевалить через эту стену. Но теплый и холодный воздух проявляет себя неодинаково перед этим препятствием. Холодный воздух значительно менее подвижен, чем теплый. Подойдя к препятствию, он сначала скапливается у подножия возвышенности, а затем уже начинает медленно переваливать через него. Масса теплого воздуха начинает подниматься сразу же, подойдя к препятствию, и тем быстрее, чем выше была ее первоначальная скорость.

Когда воздушная масса достигнет вершины, она располагается над крутым склоном, по которому должна спускаться. Если воздух холодный, он

начинает спускаться, не создавая беспорядочных перемещений вдоль склона, образуя то, что называют «воздушной ямой». Если же воздух теплый, с подветренной стороны склона образуются завихрения. Они тем сильнее, чем круче склон и чем выше скорость ветра.

Стационарные волны — это вид превращения горизонтального движения воздуха в волнообразное. Они могут возникать при встрече движущихся с большой скоростью воздушных масс с горными кряжами и хребтами. При перетекании хребта скорость потока возрастает, а давление в нем падает. Поэтому верхние слои потока несколько снижаются и нагреваются. Миновав вершину, поток снижает свою скорость, давление в нем увеличивается и часть воздуха
устремляется вверх. Такой колебательный импульс и вызывает волнообразное движение потока за хребтом или кряжем, которое постепенно затухает.

Поднимающаяся часть волны может быть использована дельтапланеристами для набора высоты. Эти волны распространяются на большие высоты, выходя даже за границу стратосферы. При этом вертикальная скорость волны может достигать десятков метров в секунду. Признаком стационарных волн является появление чечевицеобразных облаков, образующихся в вершинах волн. Нижняя кромка таких облаков располагается на высоте не менее 3 км, а вертикальное развитие их достигает 2—5 км (рис. 42).

Рис. 42. Стационарные волны

Рис. 43. Преодоление воздухом препятствий:

Стационарные волны могут

появляться и над равнинной местностью. В этих случаях причиной их образования служит холодный фронт или кольцеобразные завихрения (роторы), возникающие при различных скоростях движения двух соседствующих слоев воздуха.

На пути ветра может встретиться отдельно стоящее возвышение — пригорок, холм или пик горы. Температура воздуха здесь играет еще большую роль. Холодный воздух, кинетическая энергия которого мала, стремится остаться у земли. Он разделяется на два потока и обтекает холм с двух сторон. Теплый воздух делится на три части: две огибают, а третья проходит над холмом. С наветренной стороны холма существует зона повышенного давления. Взаимодействуя с ней, верхние слои потока получают приращение вертикальной составляющей скорости — это зона восходящих потоков. Над вершиной поток разгоняется, а проходя подветренную сторону, уменьшает скорость. Роторы могут образовываться как перед холмом, так и за ним. Сила их будет определяться скоростью ветра.

В случае обтекания скалистого горного пика при любой скорости ветра за ним будет образовываться зона завихрений (рис. 43).

В случае обтекания склона косым потоком воздуха (если он набегает на склон под углом менее 60°) ширина восходящего потока резко сужается. При парении в таком потоке пилотирование дельтаплана усложняется, так как происхо-дит несимметричное обтекание крыла с образованием локальных завихрений за ним.

На порядок движения воздушных масс влияют и малые препятствия. Ламинарность потока нарушается над пересеченной местностью. В этом случае образуется слой завихрений у поверхности земли. Но верхние слои воздуха продолжают равномерно перемещаться над этой «подушкой» завихрений.

Мощная зона завихрений возникает за сплошным рядом деревьев. А на опушке леса может возникнуть восходящий поток.

Различные постройки и здания также служат причиной завихрений, очень сложных и беспорядочных, особенно если скорость ветра значительна.

В общем случае для препятствий различных масштабов можно отметить, что воздушный поток возмущается до высот, в три-четыре раза превосходящих высоту самого препятствия.

Турбулентность представляет особую опасность для полетов на дельтапланах. К сожалению, нельзя с высокой точностью предсказать наличие и интенсивность турбулентности, но знание основных закономерностей в соединении с практическим опытом будут необходимым залогом безопасности полетов.

Если определить турбулентность как хаотическое вращение воздуха, то для того, кто наблюдает Землю с Луны, вся земная атмосфера будет казаться охваченной вихревым дви-жением. На фотографиях, сделанных со спутников, отчетливо виден вихревой характер циклонов. Для обитателей Земли эти движения воздуха будут просто ветром, продолжающимся часами и сутками, возможно, слегка меняющимся по направлению и силе. Вихревого характера этого ветра мы не замечаем и потому не относим его к турбулентности. Нас интересуют только те вихри, которые соизмеримы с дельтапланом. Такие вихри воспринимаются аппаратом как удары, повторяющиеся с определенной частотой. Попадание дельтаплана в вихри размером от нескольких десятков до сотен метров будет обнаруживаться по неожиданным подъемам и провалам аппарата.

Интенсивность вихрей, характеризуемая скоростью их вращения, изменяется вместе с их размерами: с уменьшением диаметра вихря его интенсивность увеличивается. Это объясняется тем, что перенос энергии по цепочке от больших вихрей к малым совершается с сохранением момента количества движения, то есть большая вращающаяся масса распадается на несколько меньших, вращающихся с большей скоростью, так что суммарный момент количества движения остается неизменным.

В образовании турбулентности, воздействующей на дельтаплан, можно выделить три причины.

Первая причина — это так называемые механические препятствия, мешающие плавному течению воздуха,— горы, воз-вышенности, искусственные сооружения и т. п. Размеры и интенсивность образующихся при этом вихрей зависят от скорости потока, плотности воздуха и формы препятствий. Последний фактор является самым главным, определяющим характер обтекания. Турбулентность, возникающая при столкновении воздушного потока с препятствиями, ограничена некоторым слоем, который принято называть слоем трения или земным пограничным слоем.

При слабом ветре эта турбулентность либо незначительна, либо ее нет вовсе. При ветре свыше 10 м/с турбулентные вихри становятся интенсивными и сносятся по потоку, прежде чем разрушиться. Вдали от земной поверхности турбулентность можно считать изотропной, то есть скорость вихрей не зависит от направления. С приближением к поверхности вертикальная составляющая скорости уменьшается по сравнению с горизонтальной. А это означает, что у земли порывы ветра будут создавать скорее возмущения по курсу, чем по тангажу и крену.

Возмущения по курсу — это возникновение возмущающего момента, действующего на аппарат в полете вокруг вертикальной оси (оси у) и приводящего к изменению направления полета в горизонтальной плоскости.

Возмущения по тангажу — это возникновение возмущающего момента, действующего на аппарат в полете вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной к направлению движе-ния (оси г), и приводящего к изменению угла атаки.

Возмущение по крену — это возникновение возмущающего момента, действующего на аппарат в полете вокруг горизонтальной оси, совпадающей с направлением движения (оси х), и приводящего к образованию или изменению угла крена, что вызывает скольжение на крыло.

Причиной турбулентности служит также статическая неустойчивость воздуха, проявляющаяся в вертикальном движении воздушных масс, получивших первоначальный импульс, как, например, в случае термических потоков. Взаимодействие подвижных и неподвижных масс воздуха нарушает плавное течение потока. Турбулентность, связанная с термическими потоками, обычно существует в нижнем слое атмосферы до высот 600—1300 м, но может достигать и высот в несколько километров, особенно в мощных кучево-дожде-вых облаках.

Третьим источником турбулентности является «сдвиг» ветра. Когда два слоя воздуха движутся с разными по величине и направлению скоростями, то промежуточный слой оказывается под действием противоположно направленных сил трения. Происходит турбулиза-ция воздуха в этом слое. Наиболее очевидным местом для существования сдвиговой турбулентности является теплый или холодный фронт.

Тип и интенсивность турбулентности зависят от времени дня. Термическая турбулент-ность имеет суточный ход и наиболее сильна в полдень, когда нагрев максимален (рис. 44).

Хорошо известно, что ветер достигает наибольшей силы после полудня. А это означает, что и механическая турбулентность также имеет суточный ход. Иной раз это заставляет пилотов долгие часы проводить на склоне в бездействии, в ожидании, пока ветер не снизится до безопасного уровня. Но закатные часы награждали их прекрасным полетом в идеально ровном потоке, которым внезапно завершался ветреный день.

Полеты в условиях турбулентности требуют особой осторожности. Перед взлетом пилот должен произвести оценку района полетов, определить возможные источники турбулент-ности и зоны их действия. Если анемометр показывает изменение скорости ветра более 2,5 м/с за 2 с, то это свидетельствует об опасной для полета интенсивности турбулентности. Надо учитывать, что за большими холмами и гребнями турбулентность простирается на значительное расстояние, и следует избегать попадания в нее.

Степень опасности полетов в условиях турбулентности зависит от того, какую перегрузку при этом испытывает аппарат. Она определяется средней скоростью ветра, удельной нагрузкой на крыло и полетной скоростью. Чем меньше нагрузка, тем легче аппарат увлекается порывом. Так как сила пропорциональна ускорению потока относительно аппарата, то крыло на больших скоростях подвергается и большим перегрузкам от порывов. Поэтому летать на повышенных скоростях в турбулентности опасно. Однако следует также относиться с осторожностью к полетам на слишком малых скоростях.

Аппарат, летящий на около-срывном режиме, под действием порыва может свалиться на крыло.

Порывы, вызывающие приращение перегрузки на единицу, также опасны. Продолжительное действие турбулентности такой интенсивности чревато потерей контроля над положением в пространстве, так как при бросках вниз с ускорением, равным земному, наступает потеря веса. Резкие броски вверх создают добавочную перегрузку, которая может быть опасной для аппарата.

Различают три вида турбулентности, которая приводит к болтанке:

в зонах мощно-кучевых, кучевых, кучево-дождевых и перистых облаков;

турбулентность в ясном небе (ТЯН);

турбулентность над горными районами и хребтами.

В прил. 2 приводится шкала оценки интенсивности болтанки.

Скорость ветра выражают в м/с, км/ч или в условных единицах — баллах. Для глазомерной оценки скорости пользуются шкалой, введенной в 1806 году английским адмиралом Бофортом. Позднее было определено соотношение между баллами Бофорта и скоростью ветра, определяемой с помощью приборов. В настоящее время шкала Бофорта официально принята в нашей стране для оценки скорости ветра.

Направление ветра выражается в румбах или градусах, причем отсчеты начинаются с севера (0°) по часовой стрелке через восток (90°), юг (180°), запад (270°). В метеорологии принято обозначать направление ветра стороной горизонта, откуда он дует. В авиации, наоборот, направление обозначают стороной света, куда сносится летательный аппарат. Такое направление ветра в авиации называется навигационным ветром. Если в метеорологии ветер будет юго-западный, то в авиации он считается северо-восточным.

Рис. 45. Скорость и направление ветра:

Как известно, ветер не сохраняет свое направление неизменным. В северном полушарии

обычно смена направления ветра идет в такой последовательности: юго-западный, западный, северо-западный, северный и т. д. Это было отмечено еще Аристотелем, который сделал такую запись в своей метеорологии: «Когда один ветер

уступает свое место другому, то перемена эта всегда происходит в направлении движения солнца». На европейском континенте господствующим ветром является юго-западный. Если сил и направление ветра за какой либо месяц изобразить в вид векторов, идущих из одной точки, то окаймляющая их кривая изобразит форму цветка за что это графическое изображение и получило называется «роза ветров». Она может помочь в оценке ожидаемых ветров за какой-либо период прогнозе погоды и в планировании полетов (рис. 45).

содержание .. 4 5 6 7 ..