+7 (495) 720-06-54
Пн-пт: с 9:00 до 21:00, сб-вс: 10:00-18:00
Мы принимаем он-лайн заказы 24 часа*
 

Разное

Как образуется устойчиво восходящий поток воздуха: Народ помогите плиззз!как образуется устойчиво восходящий поток воздуха?

0

Восходящий поток и его рациональное использование

Как уже отмечалось, восходящие потоки имеют различное происхождение и поэтому отличаются один от другого своим строением. Так, например, безоблачный термик возникает благодаря неравномерному прогреву подстилающей поверхности. Над сильнее прогретым участком земной поверхности образуется область воздуха более теплого, чем окружающий. Обладая меньшим удельным весом, он начинает всплывать вверх. С ростом высоты скорость увеличивается. Статическое давление в струе газа уменьшается пропорционально квадрату скорости движения. Следовательно, термик в части своей наибольшей скорости подъема имеет меньшее статическое давление, чем окружающий неподвижный воздух, и поэтому несколько сужается.

По мере того как поднимающийся воздух охлаждается (с подъемом на каждые 100 м высоты воздух от расширения охлаждается примерно на 1°С), разница температур поднимающегося воздуха и окружающей атмосферы уменьшается (при градиенте, меньшем 1). Поэтому уменьшается и скорость подъема воздуха. Она становится равной нулю, когда исчезнет разность температур (рис. 41).

Таким образом, термик у основания будет шире, чем в средней части с наибольшими вертикальными скоростями. Затем с дальнейшим ростом высоты снова расширяется. Эта особенность строения потока имеет важное значение при разработке тактических приемов полета, и в дальнейшем о ней будет рассказано более подробно.

Рис. 41

Аналогичное строение и у потока, который увенчивается плоским кучевым облаком. Плоские облака возникают тогда, когда относительная влажность поднимающегося вверх потока незначительна или когда на уровне конденсации пара располагается слой инверсии (слой более теплого воздуха), который не дает облаку расти вверх (рис. 42).

Восходящие потоки, увенчивающиеся высококучевым развивающимся облаком, под облачной кромкой не всегда имеют расширение потока, наблюдающееся на вершине термика, а, следовательно, скорость их может не только не замедляться, но и по мере приближения к облаку возрастать.

Основной вид потоков, которыми пользуются планеристы, – облачные потоки.

Рис. 42

В воздухе, как известно, имеется водяной пар. Он попадает в атмосферу вследствие испарения с водных поверхностей, из почвы, листвы, растений и т.д. Абсолютная влажность измеряется количеством водяного пара, содержащегося в 1 м3воздуха. Чем больше температура воздуха, тем больше может находиться водяного пара в каждой единице объема. Но каждой температуре воздуха соответствует определенное количество водяного пара, необходимое для насыщения единицы объема воздуха. Чем выше температура воздуха, тем больше надо водяного пара, чтобы довести воздух до состояния насыщения, и наоборот. Так, зимой при морозе в 30°С для этого достаточно всего 0,3 г пара на 1 м
3. Но летом, при температуре 20°С уже потребуется 17,3 г водяного пара на 1 м3воздуха.

Рис. 43

Отношение фактического количества водяного пара к количеству, необходимому для насыщения объема при данной температуре, подсчитывается в процентах и называется относительной влажностью. Так, при температуре 20°С для насыщения воздуха водяным паром требуется 17,3 г пара на 1 м3. Если его вдвое меньше, т.е. 8,65 г, то относительная влажность равна 50%, и мы чувствуем, что воздух довольно сухой. Чем больше относительная влажность, тем воздух ближе к насыщению.

При большой влажности к вечеру над лугами начинает образовываться туман. Это значит, что температура воздуха у земли опустилась несколько ниже точки росы. При температуре воздуха ниже точки росы избыток водяного пара конденсируется в виде водяных капель, и образуется туман.

Как уже говорилось, поднимаясь вверх, воздух охлаждается. На какой-то высоте температура его понизится до точки росы. При дальнейшем подъеме он окажется перенасыщенным влагой, пар начнет конденсироваться, и на вершине потока возникнет белое кучевое облачко (рис. 43).

Рис. 44

Но стоит только появиться облаку, как внутри него и у его границ возникает сложная циркуляция воздуха.

При конденсации пара выделяется скрытая теплота, которая была затрачена на превращение воды в пар. Поэтому при подъеме воздух будет фактически охлаждаться не на 1°С, а меньше, примерно на 0,5‑0,6°С на каждые 100 м высоты. Следовательно, в возникшем облаке создадутся более благоприятные условия для вертикального движения воздуха. На место всплывшего воздуха снизу подсасываются новые массы воздуха. Они, в свою очередь, тоже охлаждаются, снова происходит конденсация пара и выделение скрытой теплоты. Облако растет в ширину и высоту. При градиенте большем 0,8°С и большой влажности циркуляция воздуха в нем еще больше усиливается, и оно само начинает подсасывать снизу все новые и новые массы воздуха. За счет выделения скрытой теплоты облако растет в высоту, и восходящие процессы в нем усиливаются. Но, отдавая облаку избыток влаги, поднимающийся воздух выделяет все меньше и меньше тепла. Его температура становится равной атмосферной, а скорость подъема уменьшается до 0. По бокам облака сухой холодный воздух начинает опускаться вниз, образуя нисходящий поток. Таким образом, появившееся облако как бы становится насосом с замкнутой системой, по которой циркулирует воздух. Первый цикл жизни облака – восходящий поток

а, второй – конденсация пара и выделение скрытой теплотыб, третий – образование нисходящего потокав, четвертый – распад облакаг (рис. 44).

Если теперь ветер оторвет облако от вершины термического потока и понесет его дальше, то облако не распадется. За счет внутренней циркуляции оно будет какое-то время продолжать расти и подсасывать снизу все новые порции воздуха. С течением времени циркуляция ослабевает, и облако начинает распадаться. Но на вершинах термиков образуются все новые и новые облака, и мы видим, как в солнечное безоблачное утро постепенно все небо покрывается «кучевкой». Это говорит о том, что погода подходит для парящих полетов.

Облака, перемещаясь вместе с воздушной массой, могут двигаться с большой скоростью. Многим планеристам приходилось летать и набирать высоту в облачных потоках при ветрах со скоростью до 60‑70 км/ч и даже больше. Вместе с облаком движется и его «циркуляционная система» – восходящие и нисходящие потоки. Термики же, в отличие от облачных потоков, двигаться не могут. Как только они «оторвутся» от источников нагрева, теплый воздух перестает поступать в них, и потоки исчезают. Таким образом, разница между облачными и термическими потоками, в частности, и в том, что облачные потоки перемещаются вместе с облаком, а термики неподвижны, или стационарны.

Для планеристов существенно и второе различие между облачными потоками и термиками. Термик идет вверх от земли, имея свое основание на подстилающей поверхности. Облачный поток действует в самом облаке, которое является его «базой».

Под облаками даже в средних широтах иногда бывают довольно мощные потоки – до 5‑6 м/с и более. Если масса воздуха неустойчива и насыщена влагой, то облака нередко развиваются в кучево-дождевые и грозовые. Потоки внутри таких облаков могут достигать ураганной силы.

Если облака возникают низко над землей, то они могут приводить в восходящее движение лежащий под ними слой воздуха почти от самой земли. Но если уровень конденсации находится высоко, то облачные потоки не достигают земли. Опустившись ниже облачного потока, планерист теряет возможность вернуться в него, ибо поток здесь либо настолько слаб, либо отсутствует совсем, что выпарить на высоту невозможно.

Высота, с которой начинают действовать облачные потоки, для каждого дня в зависимости от метеоусловий, может быть разной и колеблется в значительных пределах. Однажды на тренировках в Сумах один планерист, зайдя на посадку, вдруг почувствовал толчок под крыло. Он убрал интерцепторы и выпарил под облака с высоты 25 м. Но бывает и так, что, опустившись до 800 м, уже невозможно выпарить под кромку облаков и приходится садиться. Обычно планеристы без труда выпаривают с высоты 300-500 м. В иные дни с такой же легкостью можно выпарить со 100-200 м.

Высота, с которой в данный день можно выпарить и ниже которой опускаться не рекомендуется, называется критической высотой и для каждого дня определяется практически. Так еще в буксирном полете за самолетом внимательно следите за вариометром. Обычно, если восходящих потоков нет, «Бланик» за Як-12 набирает высоту около 2 м/с. Когда буксирный поезд попадает в зону потоков, и вариометр начнет показывать вертикальную скорость 3 м/с, свидетельствуя о том, что скороподъемность восходящих потоков достигла 1 м/с, посмотрите на высотомер и запомните достигнутую высоту. Это и будет та критическая высота, ниже которой в данный день опускаться в парящем полете не следует (рис. 45).

Рис. 45

Тактические приемы парящих полетов нацелены на наиболее рациональное использование метеоро­логических данных дня, т.е. на успешное выполнение задания или упражнения.

При освоении парящих полетов обычно хочется выпарить под самую кромку облака. При выполнении скоростных полетов по треугольным маршрутам попытки выпаривания в слабых потоках под кромку плоского облака являются непростительной ошибкой. Поэтому еще в тренировочных полетах надо учиться использовать наиболее скороподъемную часть потока.

Допустим, что отцепка планера произошла на высоте 300 м, и планер введен в потоке в спираль. Пусть вариометр показывает подъем 1 м/с. С течением времени поток усиливается, достигая 2 м/с на высоте 500 м, затем на высоте 700 м – 3 м/с и так далее до высоты 1500 м. Потом подъем стал ослабевать, и не доходя 50 м до кромки облака, на высоте 1900 м прекратился совсем.

Это большая высота. Она позволяет планеристу делать длинные переходы, увеличивает свободу маневра и, на первый взгляд, набрать ее в потоке заманчиво. Однако наибольшая скорость подъема в потоке находится в пределах от 700 до 1500 м. Эти 800 м из всего, почти в 2 км высоты, потока характерны стабильным подъемом с довольно большой скоростью. Чтобы набрать высоту в этом диапазоне, потребуется всего 4,5 минуты. А чтобы набрать последние 200 м высоты на вершине потока, когда скороподъемность падает до метра и менее, потребуется столько же или даже еще больше времени.

Рис. 46

Спрашивается, зачем же набирать высоту до самой кромки облака? Не лучше ли использовать наиболее работоспособную часть потока – от 700 до 1500 м (рис. 46). Опытные планеристы так и делают. Перед стартом по скоростным треугольным маршрутам или, если не позволяет время, в самом полете по маршруту они зондируют поток по высоте, определяют его наиболее скороподъемную часть и в соответствии с этим строят свои тактические планы.

В данном примере, набрав высоту 1500 м и заметив, что сила потока пошла на убыль, не теряя времени, направляйте планер дальше по маршруту. Помня о том, что ниже 700 м снижаться нежелательно, так рассчитайте свой переход к следующему потоку, чтобы на него ушло не больше 800 м высоты.

По линейке или калькулятору легко определить, что при средней скорости подъема потока 3 м/с оптимальная скорость перехода на «Бланике» в одноместном варианте равна 130 км/ч. На этой скорости качество «Бланика» равно 17. Значит, потеряв 800 м высоты, можно пролететь на этой скорости 13,5 км. Исходя из этого расчета, выбирайте следующее облако не дальше этого расстояния. Под новым облаком все повторяется в том же порядке. Только при таком использовании потока путевая скорость полета окажется наибольшей.

Для каждого дня «рабочая» высота потоков бывает, естественно, различной. Иногда поток подхватывает планер с малых высот и поднимает его до самой кромки облака с большой скоростью, а иногда наибольшая скороподъемность потока ограничена всего несколькими сотнями метров.

Поэтому на соревнованиях и в рекордных полетах опытные планеристы стартуют не сразу, а стараются до отправления по маршруту прозондировать потоки по высоте и изучить их структуру. Это следует делать и начинающим парителям. Прежде, чем отправиться даже в обычный тренировочный полет по 100-километровому треугольному маршруту, оцените скороподъемность потоков по всей их высоте, составьте пределы наибольшей «работоспособности» потока, его максимальную высоту, на которую, в случае надобности, можно подняться. Получив эти данные и оценив метеообстановку в направлении маршрута (количество облаков, наличие и силу нисходящих потоков между облаками, скорость и направление ветра – попутный, встречный, боковой, углы сноса и т.д. – и его влияние на полет), выработайте наиболее рациональную тактику полета для выполнения задания в кратчайшее время. Только после такой «разведки» потоков можно уверенно стартовать по маршруту.

Если облака высококучевые и хорошо развиты, то можно надеяться, что значительного снижения скороподъемности потоков по мере приближения планера в их кромке не будет. Наоборот, в силу внутриоблачной циркуляции скорость потоков с высотой может даже возрастать. В этих случаях задача упрощается: важно не опускаться ниже наиболее сильной части потоков и набирать в ней высоту под кромку.

Часто «рабочая» высота потока ограничивается всего 300-400 м. Это, соответственно, уменьшает возможность маневрирования и величину перехода. Но если облака располагаются часто, то все равно лучше лететь короткими переходами от потока к потоку, но в наиболее сильных частях потоков, чем расширять свободу маневра за счет большого набора высоты в слабых потоках.

Правда, более частые наборы высоты требуют умения быстро находить и центрировать поток. Чем чаще повторяется эта операция, тем больше становятся непроизводительные потери времени на поиски и центрирование потоков. Поэтому планеристы, слабо владеющие техникой пилотирования и центрирования потоков, иногда идут на определенные потери средней скорости полета и, найдя поток, стараются набрать в нем побольше высоты, чтобы сделать переход подлиннее и не становиться лишний раз в спираль. Но речь идет о наиболее рациональных методах полета, а не о чисто индивидуальных слабостях техники пилотирования. Это лишний раз свидетельствует о том, что без филигранного мастерства нельзя достичь весомых результатов в парящем полете.

Рис. 47

Может случиться так, что под облаком, к которому мы перешли, даже в пределах «рабочей» высоты не окажется сильного потока. Как поступать в этом случае?

Ответить на этот вопрос лучше всего конкретным примером. Если, подойдя к облаку на высоте 700 м, вместо предполагаемого потока со скороподъемностью 3 м/с обнаружили подъем всего 1 м/с, то набирать высоту в нем нет смысла, так как это приведет к очень большой потере времени. Запас высоты позволяет рискнуть и сделать переход к ближайшему по маршруту облаку. В дни хорошей погоды облака располагаются довольно густо, на расстоянии 5-6 км одно от другого. Под новым облаком нельзя надеяться на подъем со скоростью 3 м/с, так как планер окажется ниже «рабочей» высоты потока. Но в пределах до 500 м (в соответствии с данными «разведки») еще можно встретить поток до 2 м/с (рис. 47).

Но если по метеообстановке ясно, что такое уменьшение скорости потоков не случайно и вызвано тем, что планер попал в кризисный район распада облаков, то в этом случае ничего не остается, как терпеливо набирать высоту даже в слабом потоке. Высота необходима для перехода через район распада к более мощным облакам. Такой район может быть довольно обширным.

При продвижении вперед по маршруту, как мы уже говорили, необходимо все время наблюдать за метеообстановкой на два-три перехода вперед и правильно составлять общую картину смены погоды. И в зависимости от ситуации менять тактику полета.

Допустим, что впереди по маршруту обнаружен большой разрыв между облаками – атермичный район. Тогда возможны два варианта действий: обойти этот район стороной или пересечь напрямую.

Если разрыв не очень широкий, не больше допустимой величины перехода планера с вершины потока, то, конечно, надо набрать высоту в потоке до максимума, не считаясь с затратами времени. Если обходной маневр не очень уводит планер в сторону от маршрута, можно попытаться обойти атермичный район по крайним облакам, опоясывающим его. В этом случае путь удлинится, но и потоки будут сильнее. Если даже не выиграете во времени, то сама надежность полета будет больше.

Рис. 48

Форсировав атермичный район и оказавшись на малой высоте, при первой же встрече с потоком, даже слабым, наберите высоту с таким расчетом, чтобы ее хватило для перехода к ближайшему облаку, под которым поток может быть сильнее (рис. 48).

Часто неопытные пилоты в таких случаях впадают в другую крайность. Оказавшись после форсирования атермичного района на малой высоте и войдя в первый попавшийся им слабый поток, они продолжают выпаривать даже тогда, когда имеющейся высоты с избытком хватает для перехода к следующему облаку. Понять такую перестраховку можно, но поощрять нельзя. Это потеря темпа, потеря времени. Как только опасный район остался позади, надо снова выходить на «рабочие» высоты потоков, и, максимально используя наиболее сильные их части, стараться компенсировать потери времени.

При длительных полетах следует помнить, что метеорологические компоненты и зависящая от них термическая обстановка постепенно меняются. Утром точка росы находится ниже, облака располагаются на меньшей высоте, и «рабочие» высоты потоков тоже будут меньше. По мере прогрева облака поднимаются, сила потоков может тоже возрастать, и диапазон «рабочих» высот возможен больше.

К вечеру солнечная активность уменьшается, потоки постепенно слабеют. В соответствии с этим нужно менять и тактику полета, приспосабливать ее к конкретным условиям.

Нельзя определить заранее все варианты, с которыми предстоит планеристу встретиться в полете. Даже очень опытные мастера спорта почти в любом полете допускают и промахи, и ошибки, но благодаря своему опыту они сводят их количество к минимуму.

Рис. 49

Как-то один планерист задумался, почему он неудачно выступает на соревнованиях и проигрывает своим товарищам? Просмотр барограмм его полетов показал, что почти на всех графиках пики набора высоты имеют не острую, а закругленную вершину. Это говорило о том, что спортсмен терял драгоценные секунды тогда, когда кончалась рабочая часть потока. Вместо немедленного начала перехода, он все еще набирал высоту в слабых потоках, чтобы обеспечить переход наверняка. Из этих секунд в течение полета складывались минуты, и в результате пилот проигрывал своим товарищам. Когда он исправил ошибку, его полеты сразу стали результативнее (рис. 49).

Польские планеристы, которые славятся своим мастерством и групповой слетанностью, всегда перед полетом тщательно зондируют потоки по высоте и стараются проводить весь полет по маршруту только в диапазоне «рабочих» высот. Даже при низкой облачности, около 800-600 м, когда маневр планера значительно ограничивается малым запасом высоты, они стараются лететь короткими переходами в наиболее сильной части потоков.

При полетах с использованием термиков, когда потоки находить трудно, тактика полета меняется. Но и в этом случае нужно стремиться воспользоваться наиболее скороподъемной частью термиков. О полетах в термиках рассказано в специальном разделе.

Рис. 50

При одновременном использовании облачных и термических потоков следует помнить об их базах. Особенно это необходимо к вечеру, когда до цели полета остается еще изрядное расстояние, а интенсивность потоков ослабевает. К закату облака начинают распадаться, и переходы между ними становятся все больше. Полет зачастую становится смешанным: на облачных и термических потоках. Поскольку облака в результате затухания конвективной деятельности теряют силу, они захватывают в свою циркуляцию все меньшую и меньшую высоту воздушного столба снизу. Происходит укорачивание облачного потока, критическая высота к вечеру возрастает (рис. 50). Поэтому в вечерние часы надо строить переходы так, чтобы, по возможности, не опускаться очень низко от кромки облаков. В случае значительного уменьшения скорости подъема следует продолжать полет и в слабых потоках, набирая высоту не только по метрам, но и по сантиметрам. Большая высота полета позволяет выполнить длинный долет до 50-60 км, который и может привести к финишу.

Если же планер опустился ниже критической высоты, то положение осложняется. Попытайтесь перейти на полет с использованием термиков. При поисках облачных потоков вы ориентировались по облакам. В данном случае базой термиков будет неравномерно прогретая земная поверхность, и лететь поэтому, нужно, ориентируясь на ее характер.

Подстилающая поверхность, прогреваясь за день, к вечеру начинает отдавать свое тепло в атмосферу. Воздух над ней прогревается неравномерно. Особенно долго хранят тепло пашни. Над ними в первую очередь и надо искать потоки.

М. Веретенников в своем рекордном полете до намеченного пункта (714 км, 18 июня 1960 года) долетел до финиша благодаря термику над железнодорожной станцией. За день рельсовые пути, здание депо, склады прогрелись так, что термик позволил набрать высоту около 2000 м, которой и хватило для полета.

Облачные потоки укорачиваются из-за подъема их нижней границы к облаку, а термики – вследствие уменьшения их вершины границы – к земле. Если в термиках днем достигались высоты 1500 м, а к вечеру только 1200 м, не пытайтесь набрать еще 300 м. Поток слабеет и будет все время уменьшаться. Таким образом, к вечеру высота полета на термиках постепенно понижается, и необходимо форсировать темп полета, не выбирать высоту в вершинах термика, где скорость подъема мала. Лучше быстрее совершать переход к следующему потоку, где еще есть достаточные скорости подъема в средних частях потока (рис. 51).

Рис. 51

Иногда под вечер обширные массивы земной поверхности излучают свое тепло, и над ними образуются слабые потоки. Планер в них не наберет высоту, но может лететь при нулевой вертикальной скорости по нескольку километров. Так, переходя от термика к термику и используя слабые, но широкие потоки, преодолевают значительные расстояния и достигают финиша.

Парение требует постоянного вдумчивого анализа быстро меняющейся обстановки и принятия соответствующих решений. Но всегда надо стремиться использовать наиболее сильные потоки, а в сильных потоках – самую сильную их часть – «рабочую» высоту.

Вопросы и ответы по географии. Вопросы 701-750