Russian English French German Italian Spanish
Превозмогая турбулентность.
Авторские статьи
Турбулентность

Турбулентность

 

На сегодняшний день турбулентность является весьма актуальной проблемой для воздушных судов, при этом, человек, к сожалению никак не может контролировать вихревые хаотичные потоки ветра. Как правило, турбулентность представляет серьёзную опасность для самолётов, однако, в большей мере каких-либо негативных последствий для воздушных судов удаётся избегать, но, зачастую при этом страдают пассажиры, получающие ряд травм и ранений из-за сильной тряски самолётов.

 

турбулентность

Турбулентность после.

Снизить угрозу для жизни и здоровья пассажиров всё же можно, применив на практике весьма интересную идею, основанную на ряде законов гидродинамики. Идея весьма проста и заключается в том, что пассажирские кресла, имеющиеся в салоне воздушного судна должны быть обеспечены гидравлическими демпферами, которые будут срабатывать при малейших колебания пассажирского авиалайнера, тем самым снижая инерцию, и избавляя сотни пассажиров от травм и возможных ранений.

 

Принципиальная схемы работы демпфирующего пассажирского авиакресла

Как известно, жидкость является несжимаемой средой, и использование гидродемпфера встроенного в пассажирского кресло, позволит избежать тряски пассажирских кресел в случае попадания самолёта даже в зону сильной турбулентности. Хаотичные движения воздушного судна будут гаситься гидравлической средой, то есть, если самолёт резко качнётся вниз, то согласно законам физики, пассажир находящийся в кресле, должен в течении мгновений оставаться в той точке, от которой самолёт отклонился, и на оборот, при резком подъёме, пассажир начнёт вжиматься в кресло. Два рассмотренных случая являются скорее частными, однако, учитывая хаотичное движение самолёта при турбулентности, создастся сильная вибрация, в ходе которой человеком могут быть получены травмы. Использование же гидродемпфера, позволит гасить эти колебания, тем самым минимизирую любой возможный вред, создавая безопасные условия для пассажиров.

 

 

Помимо прочего, у текущей разработки имеется и ещё одно весьма интересное назначение – пассажирские кресла, оснащённые демпфирующими элементами крайне эффективны в случае вынужденной или аварийной посадки, например при отказе шасси, при приземлении самолёта на неподготовленной местности и т.д. Гипотетически, используемые кресла позволят также обезопасить пассажиров и в случае падения самолёта, однако, лишь в той ситуации, если не произойдёт последующего возгорания, взрыва и т.п.

Костюченко Юрий специально для Avia.pro

 

Турбулентность атмосферы

Скорость движения воздуха и зависших в нем частичек изменяется в пространстве и во времени. Упорядоченные и турбулентные движения воздушных масс различаются, прежде всего, масштабами. Крупномасштабное движение считается упорядоченным, а мелкомасштабное - турбулентным. Провести четкую границу между ними невозможно: она является условной и зависит от задания и методов измерений.

Для турбулентного движения воздушных масс характерна неупорядоченность поля скоростей во времени и в пространстве, наличие неоднородностей или турбулентных вихрей, влияющих на поведение самолета. Создается спектр вихрей разных размеров (масштабов). Величина, обратная масштабу, называется пространственной частотой, аналогично тому, как круговая частота ш в радиотехнике является величиной, обратной периоду колебаний. Распределение турбулентной энергии по пространственным частотам, которые называют спектром турбулентности, является ее достаточно полной характеристикой. Величина е, как размерный параметр спектра турбулентности, характеризует ее интенсивность.

Природа турбулентного движения в атмосфере такова, что энергия крупномасштабных вихрей передается вихрям меньшего масштаба - вихри словно дробятся. Это продолжается до тех пор, пока вихри не станут настолько мелкими, что их кинетическая энергия целиком пойдет на преодоление вязкости воздуха и превратится в тепло. Такой процесс турбулентного движения протекает беспрерывно, пока идет энергетическое пополнение крупномасштабных вихрей от атмосферных энергетических источников, связанных с разностью температур и давлений. Преобразование кинетической энергии турбулентности в теплоту называют диссипацией кинетической энергии турбулентности (ДКЭТ). Величина е по своему физическому содержанию является скоростью, с которой превращается в теплоту кинетическая энергия турбулентности минимальных масштабов. Чем больше в, тем выше интенсивность турбулентности.

Турбулентность 4545

Турбулентность наблюдается не во всей атмосфере одновременно и не на всех высотах. Она возникает под влиянием термических и динамических факторов. Поэтому принято различать термическую и динамическую турбулентность.

Термическая турбулентность появляется в результате неравномерного нагревания земной поверхности и при больших вертикальных градиентах температуры. Этот вид турбулентности характерен для нижней половины тропосферы (до 3-4 км). Интенсивность ее зависит от времени года, периода суток и устойчивости атмосферы. Наибольшая интенсивность наблюдается днем в теплое время года в холодных неустойчивых воздушных массах, а также в размытом барическом поле - в седловинах и циклонах.

При термической турбулентности в атмосфере возникают как беспорядочные, так и упорядоченные восходящие и нисходящие движения воздуха, создаются кучевые и кучево-разорванные, модно-кучевые и кучево-дождевые облака.

Динамическая турбулентность создается вследствие трения движущегося воздуха о шершавый рельеф земной поверхности и неоднородности воздушных потоков по скорости и направлению.

Трение воздуха о земную поверхность на равнинной и гористой местности обусловливает возникновение динамической турбулентности преимущественно в нижнем слое тропосферы (до 1-1,5 км). В горной местности она может распространяться значительно выше (до 7-9 км).

Динамическая турбулентность возникает в слоях свободной атмосферы с большой изменчивостью характеристик ветра и наблюдается чаще там, где имеются сходимость или расхождение воздушных потоков, искривление их направления, а также на участках струйных течений. Она может возникать также в виде восходящих и нисходящих потоков в результате волновых движений на границе слоев инверсии и изотермии. Интенсивность ее зависит от скорости вертикального и горизонтального сдвигов ветра.

Хотя термическая и динамическая турбулентность создаются в результате действия разных факторов, на характер воздушных потоков они могут влиять как раздельно, так и одновременно, усиливая интенсивность турбулентного состояния атмосферы.

Турбулентность обусловливает в атмосфере перенос теплоты, водяных паров и твердых частиц по вертикали, порывистость ветра. Турбулентный обмен существенно влияет на условия образования, эволюцию и микроструктуру облаков, осадков и туманов, которые создают сложные метеорологические условия для полетов.

Интенсивная турбулентность наблюдается при ясном и облачном небе. Поскольку она является одним из облакообразующих факторов, рассмотрим ее физические характеристики при ясном небе («турбулентное поле»).

Существует несколько видов турбулентности в ясном небе:

  • 1)  механическая турбулентность, обусловленная влиянием неровностей земной поверхности на воздушные течения и иногда усиливаемая ее неодинаковым нагреванием;

  • 2)  горные волны, которые по происхождению являются особой формой турбулентности первого вида (из-за специфического влияния на полеты ВС горные волны рассматриваются отдельно);

  • 3)  турбулентность струйных течений;

  • 4)  турбулентность во внутренних для свободной атмосферы слоях.

Турбулентность в ясном небе относится к опасным для авиации метеорологическим явлениям в силу внезапности влияния на ВС. Некоторые авиационные происшествия происходили вследствие попадания самолетов при безоблачном небе в зоны опасной турбулентности.

Турбулизация воздушных потоков в ясном небе связана с существованием в атмосфере слоев со значительными вертикальными и горизонтальными градиентами скорости ветра и температуры воздуха.

В условиях стойкой температурной стратификации возникновение ТЯН можно объяснить потерей устойчивости (ростом по амплитуде и последующему разрушению) гравитационных или гравитационно-сдвижных волн (над горами - горных волн) и передачей энергии от волновых движений к турбулентным.

В тропосфере вероятность попадания ВС в ТЯН довольно высока, она зависит от географической широты. В средней и верхней тропосферах умеренных широт этот параметр составляет приблизительно 10 % общего налета самолетов, в южных широтах - 15-20 %. В стратосфере такая вероятность значительно меньше и в слое 10-20 км равна приблизительно 1 %.

Попадая в зону ТЯН, самолеты чаше всего подвергаются слабой и умеренной болтанке, интегральная повторяемость которой в тропосфере составляет 95 %, и только в 5 % случаев может наблюдаться сильная болтанка.

Турбулентность видео

Горизонтальные размеры ТЯН изменяются в довольно больших пределах, в особенности в тропосфере, достигая в отдельных случаях нескольких сотен километров. Однако для 80 % случаев в верхней тропосфере умеренных широт длина турбулентных зон не превышает 140 км. В стратосфере зоны ТЯН имеют значительно меньшие горизонтальные размеры. На высоте 10-20 км горизонтальная длина турбулентных зон (80 % случаев) в умеренных широтах территории СНГ составляет меньше 80 км, а в нижней стратосфере над США — до 40 км. Это означает, что при пересечении сверхзвуковым самолетом на крейсерском режиме зон ТЯН болтанка наблюдается на протяжении нескольких секунд или десятков секунд.

Зоны ТЯН могут быть непрерывными (сплошными) и в виде отдельных прерывчатых ячеек с довольно резкими границами. Сплошные зоны ТЯН имеют большую повторяемость.

Толщина зон ТЯН, как и горизонтальные размеры, колеблется в значительных диапазонах в зависимости от географической широты, высоты размещения и аэросиноптических условий. В средних и высоких широтах СНГ (85-90 % случаев) толщина турбулентных зон в тропосфере не превышает 1000 м, а в стратосфере - 350 м., следовательно, зоны ТЯН имеют сильно выраженную пространственную анизотропию. Это плоские образования, коэффициент пространственной анизотропии которых (отношение толщины турбулентной зоны к ее горизонтальной длине) при 80-процентной интегральной повторяемости составляет для верхней тропосферы средних широт.

Турбулентность видео 2

Комментарии

CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.
.

Лучшее в мире авиации

АОПА-Россия
Сообщение в блоге
Авторские статьи
наверх