Турбулентность — это хаотическое, случайное движение воздуха. Хотя некоторые ее виды (например, роторы) и отличаются некоторой организованностью, но хаотичность все-таки является определяющим фактором.
Влияние турбулентности на летательный аппарат сказывается по-разному, в зависимости от интенсивности, размеров и ориентаций вихря. В самых простых случаях турбулентность ощущается, как легкая «болтанка», которая немного затрудняет управление. В худшем случае турбулентность может привести даже к полному разрушению параплана.
Цикл турбулентности начинается, когда она формируется одним из трех способов, о которых будет сказано ниже. Крупный ротор, двигаясь с основным потоком, разбивается на все более мелкие, но увеличивающиеся в количестве вихри. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вихри не становятся так малы, что энергия движения гасится вязкостью и подобна тепловому движению (диаметром около 0.25 мм на уровне моря).
Более мелкие вихри могут иметь энергию большую, чем крупные вихри, из которых они образовались. Только с прохождением времени и определенного пути вихри турбулентности уменьшают свою энергию.
Турбулентность образуется тремя способами: механическим, термическим и на срезе потоков. Рассмотрим их по порядку.
Механическая турбулентность создается при обтекании потоком воздуха различных тел.
Любое тело, находящееся в потоке воздуха, разбивает его. Если скорость воздуха невелика, то возможно просто отклонение потока, но при больших скоростях поток разбивается с образованием вихрей, которые создают за объектом след, являющийся уже настоящей турбулентностью.
Более скоростной поток создает не только более сильную турбулентность, но и увеличивает ее след за объектом. Также сила и характер турбулентности во многом определяются размерами и формой тела. Объекты с острыми краями образуют гораздо большую турбулентность, чем объекты со сглаженными формами. При обтекании потоком некоторых тел, могут образовываться стабильные формы турбулентности — роторы, расположенные постоянно в одних и тех же местах. Они могут отрываться потоком, и их уносит, но их место тут же занимают новые. В основном они стабильны и занимают свое место, пока существует поток с определенными параметрами. Если скорость потока сильно увеличится, то роторы унесет и на их месте будет сплошная турбулентность.
Турбулентность, вызванная любыми твердыми телами, расположенными на земной поверхности, заканчивается на высоте 500 м над самым высоким из них… Величина объектов, стоящих на пути воздушного потока, определяет размеры начальных вихрей. Чем больше преграда, тем больше вихри. Обычно объект создает вихрь в 1/10 — 1/7 своего размера. Энергия вихрей турбулентности пропорциональна квадрату скорости ветра. То есть, при усилении ветра в два раза, сила турбулентности увеличивается в четыре раза. Мощность турбулентности увеличивается с квадратом скорости ветра.
Термическая турбулентность возникает в результате тепловой конвекции воздуха. Она обычно возникает на границах восходящих или нисходящих потоков воздуха.
Обычно она наиболее сильна на высотах от 600 до 1300 м, но может достигнуть и нескольких километров в пустынях или в грозовых условиях. Тогда она очень опасна и может перевернуть или даже разрушить небольшой самолет. К счастью, такие экстремальные условия встречаются довольно редко.
Когда нагретый воздух поднимается, его место занимает воздух сверху. Если наверху дует ветер, то движение вниз приведет к тому, что у земли будет ощущение потока, направленного к земле с горизонтальной и вертикальной составляющими. Этот эффект называют «кошачьей лапой» и увидеть его можно в ветреный день с термической активностью по местной ряби на воде, по верхушкам леса, на травяных полях.
Третья и последняя причина возникновения турбулентности — это следствие среза (сдвига) ветра. Под термином срез (сдвиг) понимается соприкосновение двух слоев воздуха, которые имеют различные скорости или направления движения. В таком случае граница между этими двумя слоями становится зоной или слоем турбулентности, возникающей из-за трения между ними.
Турбулентность среза чаще всего встречается возле слоя инверсии. Этот слой может быть на высоте нескольких сотен метров, формируется он опускающимся воздухом в барических системах высокого давления, или ночью, когда приземный слой воздуха остывает быстрее. В горных районах во второй половине дня возникают мощные потоки воздуха, стекающего с гор в долину. Они приводят к образованию сильной турбулентности среза. Этот процесс чаще всего встречается на восточных склонах с глубокими каньонами внизу, в жаркие дни, когда солнце опускается ниже вершин и восточные склоны оказываются в тени. Также турбулентность среза возникает во всех, без исключения фронтах.
Еще один тип турбулентности, которую можно отнести к механической — это спутная струя. Из аэродинамики вы знаете, что воздух перетекает с нижней поверхности на верхнюю через кончики крыльев. Поэтому за кончиками крыльев любого летательного аппарата возникает вихревой след, довольно энергичный. Даже попав в спутную струю от другого параплана можно нахвататься острых ощущений. А о спутных струях от самолетов или, скажем, парамотора, вообще и речи нет. Для параплана, попавшего в них, ничем хорошим это не закончится. Помните о спутных струях, и вы сбережете себе много нервов и здоровья. Эти струи тем интенсивнее, чем больше нагрузка на крыло и чем менее аэродинамически совершенен летательный аппарат, и чем больше углы атаки.
В определенных условиях в пересеченной или горной местности могут образовываться роторы. Это стационарные вихри. Они возникают в стабильных условиях при слабых или средних ветрах. В нестабильных условиях (например, термичность) имеется тенденция к их дроблению или уничтожению. В более сильный ветер роторы обычно сдуваются в направлении ветра. В полете надо избегать их любым путем, потому, что они приводят к возникновению сильных нисходящих потоков и создают проблемы в управлении аппаратом. Полет вдоль оси ротора может привести к опрокидыванию. За ротором по направлению ветра всегда тянется зона остаточной турбулентности.
Безопасная зона за подветренной стороной препятствия находится на расстоянии (в метрах)
L = (Н • V) / 2
где Н — высота препятствия в метрах, а V — скорость ветра в км/ч.
