Изменчивость восходящих потоков

Динамический поток на гребне существует так долго, пока дует ветер. В некоторые дни это действительно так, но в другое время при определенных скоростях и направлениях ветра восходящие потоки слабы или отсутствуют совсем. Это состояние дел может быть очень огорчительным.

Решение этой загадки заключается в наличии других форм восходящих потоков, которые в комбинации с динамическим потоком создают общую модель движения воздуха. Термики имеют особенно сильное влияние на динамические потоки. Обычно они усиливают динамик (за исключением случаев, когда ветер очень силен и сдувает термик). Однако нисходящий поток между термиками может существенно уменьшить динамик. Подобную ситуацию автор много раз наблюдал, летая вдоль гребней на востоке США и обнаруживая большие провалы в динамике. Даже когда деревья показывали хороший ветер, динамик отсутствовал. Термики часто выстраиваются в линию (улицу) (глава 10). Между ними обязательно есть полосы нисходящих потоков. Когда улицы пересекают гребень, нисходящие потоки между ними способны заглушить динамический поток и усадить вас на землю. Даже в безоблачные дни улицы могут существовать со всеми вышеперечисленными последствиями. Лучший план полета вдоль гребня в подобных условиях это набирать высоту в термиках и пересекать побыстрее нисходящие потоки.

Конечно, улицы термиков есть не всегда и исключительно редко в позднее послеобеденное время и вечером. Такая модель воздушной обстановки встречается только на длинных хребтах, более изолированные холмы (горы) сами являются генераторами потоков. Вы должны знать, что термический поток меняет свою интенсивность от нулевой у подножья до максимальной у вершины. Необходимо быть наблюдательным, чтобы определить условия в день полетов. Ваша первая попытка полета вдоль хребта в данный день дает вам представление о восходящих потоках, местные они или продолжительные.

Как мы определились, бризы на склон дополняют динамический поток. Поэтому облака над долиной могут уменьшать динамик у хребта в этой местности, если не образуется бриз на склон. Вечером течение со склона может также иметь негативное влияние на динамик, но обычно оно начинается внизу склона и просто приводит к уменьшению силы ветра. Бризы на склон в основном ощущаются так же, как динамик у хребта, за исключением того, что они имеют меньшую горизонтальную составляющую. Также для возникновения чистого динамического потока, достаточного для парения, требуется ветер большей силы, чем для аналогичных процессов, связанных с прогревом. В любом случае, в солнечные дни с ветром мы не можем разграничить динамик и бриз потому, что они работают вместе.

ВОЛНОВЫЕ ВОСХОДЯЩИЕ ПОТОКИ

Воздух - это легкая жидкость, и как все жидкости, он может образовывать волны. Если вы хотите увидеть модель атмосферных волн, идите к вашему ближайшему любимому ручейку и посмотрите, Что происходит ниже по течению от затопленного камня. Вы увидите, что вода, обтекая предмет, поднимается вверх перед ним (динамический поток перед хребтом), в то время как за ним вы увидите рябь или серию волн. Эти волны могут быть достаточно большими в быстром глубоком ручье.

Подобным образом возникают и волны в атмосфере. Просто замените камень горой или хребтом и получите требуемую модель. Однако, только вполне определенные атмосферные условия на определенной местности приводят к образованию волн. На рисунке 147 мы можем видеть, что происходит при ветре, дующем на хребет в стабильных, нейтральных и нестабильных условиях. Отметим, что только в стабильных условиях возможно возникновение волн. Это потому, что поднимающийся стабильный воздух имеет тенденцию после прохода горы возвращаться на прежний уровень. Однако, двигаясь вниз, он проскакивает свою высоту и опять же по причине стабильности начинает двигаться вверх и так далее вверх-вниз, вверх-вниз, как на большой мягкой пружине, движущейся от горы. Значит, первое требование для волнового процесса - это наличие стабильного слоя воздуха.

Следующая вещь - нужен достаточный ветер. Для образования волн нужен ветер, скорость которого на вершине не менее 25 км/час. Кроме того, ветер должен быть перпендикулярен хребту, не менять направление с увеличением высоты и желательно усиление от поверхности к тропопаузе. Эти требования отражены на рисунке 148. Отметим, что градиент стабильного слоя воздуха должен быть над горой. Идеальные условия, когда под и над стабильным слоем находится нестабильный воздух.

Форма горы, индуцирующей волны является фактором, определяющим параметры волн. Идеальный профиль горы показан на рисунке. Наветренный склон плавный, а подветренный крутой, а размер горы определяет размер первой волны. Длинный хребет лучше для образования волн. У изолированных гор и холмов воздух обтекает их с двух сторон и этим мешает волновому процессу. Длина гребня для оптимального формирования волн должна быть равна минимум длине волны. Волна может образоваться и на изолированном холме, как показано на рисунке 149, но она будет слабая и быстро за холмом пропадать. Идеальный генератор волн может инициировать серию волн, которые распространяются на сотни километров за хребет.

Резкое снижение плато может индуцировать волну, этот процесс изображен на рисунке 150. Это явление наблюдается на востоке США. На волну влияет эффект охлаждения, ее длина становится меньше с увеличением плотности воздуха.

Волны могут возникать от любого объекта, находящегося на пути ветра. Авиамоделисты освоили парение моделей планеров в волнах, образуемых строениями, изгородями, дамбами. Процесс таких мелкомасштабных образований происходит в менее сильный ветер, по сравнению с необходимым для больших волн.

СВОЙСТВА ВОЛН

Два важных свойства волн: амплитуда и длина волн (см. рис.148).Амплитуда обозначает насколько высоко или низко поднимается или опускается воздух, двигаясь в волне. Длина волны - амплитуда очень сильно зависит от температурного градиента воздуха по высоте и профиля ветра. Кроме того более влажный воздух способствует увеличению амплитуды.

Невысокие горы - наиболее часто встречающиеся рельефные образования. За низкими горами (до 300м), покрытыми деревьями и кустарниками, реже можно встретить волны, чем за такими же возвышенностями, но гладкими (трава, снег...).

Длина волны зависит от температурного градиента и скорости ветра. Расстояние между гребнями может быть от 2 до 32 км. Наиболее часто встречаются волны с длиной 10км. Как правило, длина волны примерно численно равна 1/8 скорости ветра (в км /час).

Длина волны - очень важная величина, особенно, когда горы или хребты расположены один за другим. Смысл этого отражен на рисунке 151. На верхнем рисунке за хребтом, вызвавшим волновой эффект, расположен следующий хребет, вершина которого по месту совпадает с гребнем одной из волн. Это называется конструктивная интерференция.

На нижнем рисунке показана та же территория, но длина волны больше. В данном случае восходящий поток на наветренном склоне движется навстречу воздуху в волне, что гасит последнюю. Этот процесс называется деструктивной интерференцией. Если на некоторой территории большое количество хребтов один за одним, может присутствовать в разных местах и конструктивная, и деструктивная интерференции, возникает смешанная волновая модель.

Подведем итоги.

Необходимые причины возникновения волн:

Ветер - не менее 25 км/час, перпендикулярно гребню, не меняющийся с высотой по направлению и увеличивающийся по скорости.

Стабильность - градиент температуры показывает нестабильность под и над стабильным слоем. Более стабильный и узкий слой воздуха приводит к большей амплитуде волны.

Гора - форма поперечного сечения близка к форме волны. Высота 170 ми более для летательного аппарата, пилотируемого человеком. Другие хребты, расположенные. За инициатором волнового движения, совпадают с фазой волны.

ВОЛНОВЫЕ ОБЛАКА

Волны могут быть при ясном небе, но часто в восходящей части волны образуются облака специфической формы. Волновые облака (lenticular) описаны в главе 3. На рисунке 152 показано сечение с облаками на вершинах волн. Они стационарны, потому что передняя кромка находится на восходящей стороне волны, а задняя на нисходящей. Ниже передней кромки еще нет условий для образования облаков, а ниже задней они начинают распадаться. В трех измерениях волновые облака смотрятся как удлиненные, плоские блюдца на узкой волне.

Волновые облака могут существовать на всех гребнях волн, если поток пересекает слой конденсации. Наличие или отсутствие облаков не влияет на волновой процесс, но следует отметить, что влажный воздух больше способствует образованию волн. В особенно влажных условиях облака могут быть в стабильном слое. Всякий волновой процесс можно увидеть по наличию щели в облаках. Просвет в облаках за горой называется феновой щелью. Если база облаков низко, то может быть сплошной слой облаков, и только феновая щель указывает на наличие волнового процесса (см. рис. 153).

Под вершиной волны может быть роторное (roll) облако, как показано на рисунке 152. Это облако бывает шероховатым, часто темным и цилиндрической формы. Оно формируется в восходящей части ротора, который часто размещается под вершиной волны. Но роторные облака не обязательно образуются даже при наличии ротора.

ОПАСНОСТИ ВОЛН

Из ранее прочитанного, мы поняли, как можно использовать волны, теперь хотелось бы определиться со степенью их опасности. Самой большой опасностью в волне является ротор и турбулентность, им производимая. Это часто не только очень сильные вихри, но могут накладываться срез и случайные порывы. Эффекты могут быть очень мощные.

Роторы могут испортить дело любому пилоту и не подозревающему о волновой перспективе. Наблюдение - это основное средство избежать попадания в ротор. Когда есть роторы и волны, на поверхности чередуются места затишья, почти штиля и сильного ветра. Сверху будет видно, что ветер на поверхности неустойчивый и меняется в широких пределах.

Если вы летаете, а погодные условия таковы, что 'образовались волны, то, чтобы избежать ротора, старайтесь находиться перед возвышенностью, индуцирующей или усиливающей волну. Если вы далеко от этой горы и имеете достаточно высоты, летите как можно дальше по ветру, где и роторы и волны ослабевают. Если ни одна из этих стратегий невозможна, снижайтесь в восходящем потоке и двигайтесь вперед, чтобы избежать ротора у земли. Если вы не можете снизиться - а это очень даже возможно при хороших волнах, просто летите против или по ветру в соседнюю зону нисходящего потока и двигайтесь по ветру.

Следующая очень серьезная опасность полетов в волнах -это возможные супермощные восходящие потоки, уносящие вас на очень большие высоты к очень сильным ветрам. Если такое случится, а вы не оборудованы в соответствии с ситуацией, то вы испытаете и недостаток кислорода, и сильное переохлаждение. Зафиксированы случаи, когда планеры в волнах набирали высоту более 15 км и подъем продолжался. Если ваш летательный аппарат недостаточно скоростной и не может пробиться против ветра, двигайтесь по ветру, возможно, тогда вам удастся благополучно приземлиться.

Еще одна проблема - это мощный и обширный нисходящий поток на подветренном склоне и внезапное затягивание неба облаками. Наблюдая за волновой облачностью, легко заметить, что облака иногда меняют форму при изменении состава движущихся воздушных масс.

Самые мощные волны наблюдаются в очень сильный ветер в высоких горах. Например, горы Сьерра Невада в Калифорнии индуцируют волновой процесс, отмеченный над долиной Owens. "Волна Сьерра" является рекордсменом по прерванным полетам и разбитым самолетам в роторах

ПОЛЕТ В ВОЛНАХ

Волны имеют тенденцию появляться обычно утром, поздно после обеда и вечером в конце хорошего дня (в смысле парения). Нижний нестабильный слой воздуха может создавать термические потоки целый день, и волны возникают после угасания термичности. Объяснением того, что волны не возникают днем, являются термические потоки, которые разрушают ламинарный слой, необходимый для волнообразования.

Когда высота термиков уменьшается, появляются условия для возникновения волн. Такая ситуация наблюдалась 31.08.91 г., когда проходили полеты вдоль горы Bald Eagle возле Lock Haven в Пенсильвании. Пилоты набирали около 1000 м над горой в термических потоках до возникновения в районе 17-00 волны. Летая в полутора километрах перед горой, они набрали в волне более 2300 м и увидели внизу образование волновых облаков.

В другом случае автор этой книги и два других пилота участвовали в соревнованиях в долине Sequachie в Теннеси. Мы парили над гребнем и в 14-00 попытались набрать высоту, чтобы пересечь долину. В 1000 м над вершиной попали в волну, и набор высоты продолжали без вращения в спирали. Восходящий поток был ровный, фиксированный по месту и очень широкий. Набрав через некоторое время более 3000 м, ветер стал сильнее, сильно уменьшив нашу скорость. Воздух еще поднимался, когда мы бросились выходить из потока.

Надо извлечь два урока из приведенных выше случаев. Первое: мы должны знать, что волны могут возникнуть неожиданно. Важное условие - надо быть всегда готовым к ним и знать, что предпринять при их появлении. Второе: ясно, что волны могут возникнуть в любое время в течение дня и надо знать правила поведения волн, но помнить, что бывают исключения. Очень часто волны возникают ночью и зимой, когда летная активность ограничена. Один исследователь утверждает, что в горных районах волновая активность существует 2/3 времени.

Вертикальная скорость, которую вы можете обнаружить в волнах, зависит от крутизны волны и скорости ветра. Чем короче длина волны, тем больше шансов на то, что она круче. Максимальная вертикальная скорость наблюдается на высотах от 1800 до 3000 м во многих местах, но особенно в - высоких горах (Скалистые, Сьерра, Альпы). Эта скорость может-быть более 10 м/сек, но обычно -2 м/сек. Рекорд высоты волн ~30 км, но обычно они намного ниже.

Использовать восходящий поток в волне лучше всего, летая вдоль волны, учитывая, что они стационарны. На рисунке 154 показано сечение волнового движения воздуха и отмечены зоны восходящих и нисходящих потоков. Обратите внимание на различия в высоте восходящих потоков. Если вы будете парить возле вершины первой волны сразу за горой, то сможете набрать большую высоту.

Перелетая от одной волны к другой можно совершать дальние полеты, но летательные аппараты с малой скоростью будут терять высоту на тыльной стороне волн. Парение вдоль них обычно более эффективно.

Общие опасения (и даже страх) пилотов при полете в волне, это: "Не могу снизиться". Фактически снижение возможно, но требуется некоторое напряжение, если не экстремальное маневрирование.

Волны часто возникают к вечеру и реально встает проблема посадки до темноты.

Основные правила для выхода из волны просты:

Уйти из восходящего потока, лететь против ветра или по ветру пока не достигнешь нисходящего потока.

Двигаться в нем поперек ветру.

Как только достигнете малых высот остерегайтесь ротора.