Тема турбулентности неотъемлемо всплывает при упоминании о различных потоках газов, жидкостей или плазмы. Большинство движений материи обладают турбулентным характером.
Так что такое турбулентность? Турбулентность — это определение неупорядоченного нелинейного движения. Понятие «турбулентность» четкого и однозначного определения не имеет. В общем случае это вихревое движение потоков, вызванное увеличением их скорости.
При расчетах летательных другого рода аппаратов турбулентным считается течение со значением гидродинамического критерия подобия Рейнольдса, выведенного из уравнения Новье-Стокса, более 2320. Рейнольдс в своих исследованиях указал факторы, влияющие на движение жидкости: турбулентным течение становится при увеличении линейной скорости и плотности потока, диаметра отверстия (трубки) и уменьшении динамической вязкости материи.
Примером турбулентного течения являются воздушные потоки, представляющие собой вихри различных размеров, возникающие при резкой перемене направления ветра: от вертикального к горизонтальному и наоборот. Атмосферная турбулентность приводит к прерывистости ветра, различным вертикальным переносам пара, ядер конденсации и других частиц, имеющих массу и форму, а также энергии в виде тепла из одного слоя атмосферы в другой.
Содержание:
Турбулентность в авиации
Особое значение турбулентность имеет при полете воздушных судов. Что такое турбулентность в самолете знает не каждый. При наложении вихрей друг на друга самолеты подвергаются воздействию разнонаправленных ветров, в результате чего меняется подъемная сила и углы атаки крыльев. Подобная ситуация за бортом приводит к тряске и вибрации — так называемой «болванке».
Явление турбулентности в небе
Различают умеренную и сильную болванку. При первой толчки, изменения высоты полета и покачивания воздушного судна не столь значительны, и пилоты не испытывают трудности в управлении самолетом.
Сильная болванка — более серьезная ситуация, заключающая в частых кренах и рысканьях, сопровождающаяся ухудшением управляемости и устойчивости в полете, а также искажением показаний бортовых приборов. Подобное явление при непринятии соответствующих мер может создавать напряжения в деталях и отдельных узлах, приводя значительным поломках и деформациям оборудования и воздушной болезни у членов экипажа и пассажиров.
При попадании в зоны турбулентности пассажиры нередко испытывают беспокойство, справится ли пилот со сложившейся ситуацией. Однако квалификация и навыки пилота могут пригодиться только в случае очень сильной болванки. В остальных случаях зона турбулентности не оказывает сильного влияния на полет — он совершается на автопилоте.
Что такое зоны турбулентности? Как правило, это пространство, где вероятность попадания в длительную турбулентность достигает 100%.
В настоящее время практически любой пассажир может определить, когда и где в период перелета судно будет трясти. Это стало возможным в результате создания карт турбулентности, где более светлым цветом отмечены более спокойные зоны и наоборот. Карта турбулентности онлайн создана для уменьшения беспокойства пассажиров и экипажа, позволяет предугадать и подготовиться, если самолет попал в турбулентность.
Опасна ли турбулентность для самолета? Безусловно, подобное явление вызывает беспокойство и страх, и при возможности его обходят стороной. Как правило, для самого самолета неустойчивость атмосферы неопасна, поскольку его конструкция предусматривает подобные перегрузки. Чаще всего в 30% случаев травмы получают стюардессы, не успевшие вовремя пристегнуть ремни безопасности.
Габариты воздушного судна играют не последнюю роль в ощущении тряски при турбулентности. Чем крупнее самолет, тем неудобства менее ощутимы. Каждый рано или поздно задается вопросом о том, где в самолете меньше всего трясет при турбулентности? При выборе места следует ориентироваться по интенсивности тряски в салоне: самая сильная — в хвостовой части.
Причины турбулентности
Выделяют следующие причины турбулентности:
- термоконвекция (вследствие неравномерности прогрева поверхности или при смешении холодного и теплого воздуха при значительных вертикальных изменениях температуры);
- вследствие трения движущихся воздушных потоков о шероховатый рельеф;
- вследствие неоднородности характера воздушных потоков в направлении и скорости, волновых движений на инверсионных и изотермических слоях (имеются чередующиеся нисходящие и восходящие потоки).
Примером термической конвекции является образование кучевых облаков.
Кучевое облако
Перед совершением каждого рейса экипаж и сам пилот проводят ознакомление со сводками погоды на ближайшее время, чтобы выбрать наиболее безопасный маршрут движения. Особое внимание уделяется наличию кучевых облаков.
Кучевые облака — плотные атмосферные образования, чаще всего отдельно расположенные, с высотой нижней границы до 1200 м и протяженностью до нескольких сотен метров. Они образуются в результате мощных вертикальных потоков и имеют внутренние восходящие потоки до 10-15 м/с.
С точки зрения безопасности полета входить в такие облака, а также совершать полет судну под ними запрещено. Особенно опасны кучево-дождевые облака, поскольку в них ввиду наличия частиц воды, образуются сильные осадки и электрические разряды. Поэтому рекомендуется прокладывать маршрут на расстоянии 10 км от грозовых облаков на высоте выше 1 км над ними. Осложняет полет не только высокая турбулентность в самолете, вызывающая болтанку, но и плохая видимость — до 45м.
Зоны наложения восходящих и нисходящих потоков могут распространяться на тысячи километров. Больше всего случав зафиксировано Больше всего случав зафиксировано на восточных берегах США.
Турбулентность ясного неба
Отсутствие на небе каких-либо облаков не говорит о том, что турбулентности не будет. На высоте от 5000 м может возникнуть так называемая турбулентность ясного неба. Такое явление характерно для горной местности с подветриваемой стороны склона. При обтекании гор воздушны поток отклоняется от прямолинейного направления, деформируется и образует зоны повышенной турбулентности. Распределение зон меняется по высоте: в нижней и верхней частях — максимальна, а в средней минимальна.
При невозможности изменить курс полета, воздушные судна должны в строгом порядке выдерживать определенное расстояние, чтобы избежать столкновения.
Турбулентность в горах
Может ли самолет упасть из-за турбулентности? За все время по причине турбулентности ясного неба произошло пять крупных авиакатастроф. При условиях полного отсутствия облаков произошло разрушение самолета, совершавшего рейс из Токио в Гонконг. Специалисты установили, что виной гибели всех пассажиров рейса и экипажа стала необычно высокая турбулентность у склонов Фудзи.
Другим примером является крушение авиалайнера, совершавшего посадку в одном из аэропортов Аляски. Версию трагедии из-за турбулентности сразу не рассматривали, поскольку она противоречила прогнозам гидрометеоцентра. Однако впоследствии был зафиксирован отток арктических масс, что послужило образованию аномальной воздушной волны и зоны турбулентности.
1 мая 2017 года по всем отечественным новостным каналам прошло сообщение о попадании боинга 737, совершавшего рейс из Москвы в Тайланд, в зону турбулентности ясного неба. Установить факт приближения воздушной ямы и избежать попадания в нее судна было невозможно, поскольку ни один прибор ее не зафиксировал. В результате резкого прыжка боинга на 200 м пассажиры получили множественные травмы и переломы.
Согласно статистическим данным, за год возникает в среднем около 1000 случаев прецедентов, связанных с неустойчивостью атмосферы в ясном небе. В основном они приводят задержкам рейсов, что наносит большой материальный ущерб авиакомпаниям-перевозчикам.
Действия пилотов при попадании в зону турбулентности
По словам капитана Чесли Салленбрга, посадившего пассажирский самолет на Гудзон, при попадании в зону турбулентности в кабине пилотов принимается одно их двух решений: выйти за пределы неустойчивости, снизив высоту, или выйти в безоблачное пространство, набрав ее.
На случай, если самолет попал в турбулентность, разработан свод правил и рекомендаций для кабины пилотов и экипажа. Необходимо выполнить следующие команды:
- Перевести автопилот на ручное управление.
- Включить команду «Подтянуть ремни».
- Отрегулировать скорость 340 км/ч.
- Не допускать резкого перепада высоты, крена самолета более 10°.
Действия пилотов при турбулентности
В условиях невозможности избежания зоны сильной болванки командир экипажа обязан возвратить воздушное судно на исходный или ближайший аэродром.
Таким образом, явление турбулентности в небе для самолета не представляет сильной угрозы. Подобно несовершенствам на автомобильных трасах (кочки, камни), турбулентность в воздухе требует лишь излишнего внимания у командира воздушного судна.
