Turbulencija

Iš PG Wiki.
Peršokti į: navigaciją, paiešką

Turinys

KONVEKCINĖ TURBULENCIJA

Konvekcinė turbulencija atsiranda dėl vertikalių oro srautų nevienodo judėjimo. Konvekciją sąlygoja Žemės paviršiaus įšilimas. Šiltas oras kyla aukštyn ir tampa konvekcinėmis srovėmis. Kadangi konvekcinės srovės (ir konvekcinė turbulencija) priklauso nuo šilto kylančio oro, tai ji stipriausia būna vasaros dienomis. Faktinė turbulencijos priežastis yra skirtingas kylančio ir besileidžiančio oro greitis. Šis skirtumas atsiranda dėl nevienodo Žemės paviršiaus įšilimo. Keliai, bet kurie grįsti paviršiai, dirbamos žemės, smėlio plotai, kalnai sukelia stipriausias kylančias konvekcines sroves.

Konvekcinė turbulencija.png

Vandens paviršiai (ežeras, jūra ir kt.) bei augalija (medžiais, žole ir kt.) apželdinti plotai sukelia silpnas konvekcines sroves ir dažniausiai jos būna žemyneigės. Skrendant virš įvairių žemyneigių ir aukštyneigių srovių orlaivis yra blaškomas. Kildamas oras vėsta. Kai jis atvėsta iki aplinkos temperatūros, jis sustoja judėjęs aukštyn. Jei kylančio oro temperatūra atvėsta iki rasos taško, tame lygyje pradeda kondensuotis vandens garai ir susidaro kamuoliniai debesys. Skrydžio metu sutikus didelėje zonoje tokius debesis galima spręsti, kad žemiau jų yra konvekcinė turbulencija. Kamuoliniai debesys esant “gražiam orui” nurodo viršutinę turbulencijos ribą. Oras virš šių debesų yra labai lygus. Taip yra todėl, kad kylančios oro srovės atvėsta iki aplinkos temperatūros ir nebegali daugiau kilti. Daugeliu atvejų konvekcinės turbulencijos galima išvengti skrendant virš kamuolinių debesų.


DINAMINĖ TURBULENCIJA

Dinaminė turbulencija pasižymi netvarkingais sūkuriniais judesiais, kylančiais dėl oro horizontalaus pernešimo ir trinties į paklotinį paviršių. Netvarkingų sūkurių vertikalios dedamosios gali siekti kelias dešimtis centimetrų, o kartais ir metrų per sekundę. Dinaminė turbulencija stebima iki 1 – 1,5 km sluoksnyje nuo Žemės paviršiaus.


OROGRAFINĖ TURBULENCIJA

Orografinė turbulencija – tai oro turbulencija, atsirandanti dėl Žemės paviršiaus nelygumų. Stiprus jos poveikis skrydžiams būna kalvotose vietovėse ir ypač kalnų rajonuose. Oro srautas, aptekėdamas kalnų kliūtis, deformuojasi. Šios deformacijos laipsnis ir charakteris priklauso nuo:

1) atitekančio srauto charakterio – jo greičio, krypties ir temperatūrinės stratifikacijos;

2) kalnagūbrio formos ir dydžio.

Kuo stipresnis vėjas ir kuo didesnė kliūtis, tuo intensyvesnė turbulencija. Orografinė turbulencija taip pat gali sąlygoti debesų susidarymą dėl kylančių ir vėstančių oro masių. Šiuo atžvilgiu didelę reikšmę turi tai, kokiu kampu susitinka oro srautas ir kliūtis. Eksperimentiniai bandymai parodė, kad atmosferos turbulencija, sukelianti intensyvią orlaivio blašką, būna tais atvejais, kai oro srautas nukreiptas statmenai kliūčiai ir jo greitis didesnis nei 8 – 10 m/s. Atmosferos turbulencija kalnuose sustiprėja, kai saulės spinduliai įšildo jų šlaitus arba esant artimiems atmosferos frontams.

Kalnagūbrio poveikis oro srautui pasireiškia dideliu atstumu. Pavyzdžiui, kai kalno aukštis yra 1000 m, oro srautas pradeda judėti aukštyn 60 – 80 km atstumu nuo jo. Priešvėjiniuose kalnų šlaituose oro srauto priežeminiame sluoksnyje susidaro daug mažų sūkurių, kurių diametras yra kelių dešimčių metrų. Virš kalnagūbrio dėl sūkurių susidarymo srautui atitrūkus nuo kalno krašto ir sutankėjus srauto linijoms pavojinga turbulencija gali būti stebima 500 – 1000 m sluoksnyje virš kalnų viršūnių. Esant stipriems vėjams, nukreiptiems maždaug statmenai kalnagūbriui, pavėjiniame šlaite beveik nuo pat kalnagūbrio paviršiaus iki 1 – 1,5 km aukščio virš viršūnės susidaro zona, kurioje stebima intensyvi turbulencija. Šios turbulencijos horizontalusis plotas gali tęstis iki 10 – 15 km nuo kalnagūbrio. Sumažėjus vėjui, nukreiptam į kalnagūbrį, iki 4 – 6 m/s, turbulencija susilpnėja.

Kartu su turbulencija didelę įtaką skrydžiams kalnų rajonuose turi ir bendro srauto pakilimas priešvėjinėje ir jo nusileidimas pavėjinėje kalnagūbrio pusėse. Todėl orlaivis priešvėjinėje kalnagūbrio pusėje “tempiamas” aukštyn, o pavėjinėje – “spaudžiamas” artyn žemės.

Esant dideliam vėjo greičiui (daugiau nei 8 m/s), nukreiptam statmenai kalnagūbriui, už pavėjinio šlaito gali susidaryti sūkuriai, vadinami rotoriais. Tokių sūkurių ašys būna horizontalios ir nukreiptos lygiagrečiai kalnagūbriui. Rotorių diametras gali siekti kelis šimtus ir daugiau metrų. Vertikalaus judėjimo greitis ryškiuose rotoriuose svyruoja nuo 5 iki 10 m/s. Dėl to rotoriuose stebima stipri turbulencija (analoginė turbulencijai kamuoliniuose lietaus debesyse). Kartais viršutinėje rotorinio sūkurio dalyje susidaro atskirti kamuoliniai debesys su nedideliu vertikaliu vystymusi (primena grybo kepurę). Rotoriai dažnai išsidėsto keliose (dažniau trijose) lygiagrečiose kalnagūbriui juostose.

Yra daugybė vietovių rūšių, kurios gali sukelti orografinę turbulenciją.

Bangos.png

Jeigu virš kalnagūbrio 4 – 5 km storio sluoksnyje stebimas vėjo, statmeno kalnagūbriui, sustiprėjimas kylant aukštyn, o terminė atmosferos stratifikacija pastovi (turi inversijos, izotermijos sluoksnių vietą ar temperatūra kylant aukštyn žemėja mažiau negu sausaadiabatinis gradientas), tai pavėjinėje pusėje aukščiau kalnagūbrio susidaro pavėjinės bangos, kartais vadinamos stovinčiomis arba kalnų bangomis. Tokių bangų susidarymui taip pat palankūs statūs kalnų šlaitai. Stovinčios bangos taip vadinamos dėl to, kad jų viršūnės ir slėniai yra vienoje vietoje kalnagūbrio atžvilgiu, o oro dalelytės lyg bėga per jas. Tokių bangų ilgis gali būti nuo 5 iki 50 km, o amplitudė – 100 –150 m. Jos sklinda atmosferoje į aukštį, keletą kartų (4 – 5 ir daugiau) viršijantį kalnagūbrio aukštį, ir gali būti stebimos per visą troposferos storį, o kartais pasklinda ir apatinėje stratosferoje. Paprastai stebimos kelios stovinčių bangų keteros. Esant pakankamam oro drėgnumui kylančių oro masių temperatūra vėsta iki rasos taško ir bangų keterose lygiagrečiai kalnagūbriui susidaro mažai 24 judančios debesų virtinės. Dažnai tai – lęšio formos debesys. Tokie debesys gali būti keliuose aukštuose – vienas aukštas virš kito. Pasiekusios kalno viršūnę oro masės kitoje pusėje leidžiasi žemyn (dažnai labai dideliu greičiu). Kalnų bangos veikia ne tik orą aukštyje iki kalno viršūnės, bet ir aukščiau. Kildamos oro masės priešvėjinėje kalno pusėje į viršų kartu aukštyn stumia ir viršuje esančius oro sluoksnius. O pavėjinėje pusėje besileidžiant oro masei kartu leidžiasi ir aukščiau esantis oras. Priklausomai nuo atmosferos pastovumo gali susidaryti kalnų bangų zonos, kurios gali būti ypatingai stiprios.

Miestas.png
Kita orografinės turbulencijos rūšis yra sąlygojama aukštų miesto pastatų. Jie taip pat veikia vėjo kryptį. Kai aukšti pastatai yra netoli oro uosto, norėdamas leistis orlaivio pilotas turi atsižvelgti į tai iš kurios pusės pučia vėjas. Pavyzdžiui, jei oro uostas yra į pietus nuo miesto, tai esant pakankamai stipriam šiauriniam vėjui gali atsirasti netoli kilimo tupimo tako ar virš jo turbulencija. Oro srautui susidūrus su kliūtimi jo nusistovėjusi kryptis yra sudrumsčiama. Taip yra todėl, kad visi pastatai yra skirtingo dydžio ir formos.


TURBULENCIJA CB DEBESYSE

Cb debesys turi tris vystymosi stadijas: 1) pradinio išsivystymo; 2) maksimalaus išsivystymo; 3) irimo. Visose šiose stadijose ryški oro turbulencija. Tačiau pati pavojingiausia yra antroji – maksimalaus išsivystymo stadija. Prasidėjus krituliams turbulencija debesyje pasiekia maksimalią vertę. Galingų aukštyneigių oro srautų greitis siekia kelis metrus per sekundę, o atskirais atvejais net 30 m/s ir daugiau; žemyneigių – iki 15 m/s. Stipri turbulencija debesies kraštuose ir jo viduryje, kur susitinka aukštyneigiai ir žemyneigiai oro srautai (žemyneigiai srautai atsiranda dėl iškrintančių kritulių, kurie atvėsina ir traukia žemyn orą debesyje). Sūkuriai ir gūsingi vertikalūs srautai debesyje sukelia labai stiprią orlaivio blašką, dėl ko skrydis tampa ypatingai pavojingas.

Ypač galingi oro srautai viršutinėje Cb debesies dalyje. Čia aukštyneigiai srautai būna tokie stiprūs, kad iš viršūnės išplėšia debesies elementus. Taip debesies viršūnė pasidaro panaši į priekalą. Virš Cb debesies, neturinčio priekalo formos viršūnės ar iš jos išsikišusio, 200 – 300 m aukštyje virš pačio debesies yra stiprūs aukštyneigiai srautai. Stipri turbulencija šiuo atveju pasireiškia 50 – 100 m aukštyje. Aukštyneigių srautų zonoje orlaivis tempiamas į viršų. Virš plokščio priekalo formos viršūnės 200 – 300 m sluoksnyje atsiranda žemyneigiai srautai. Čia taip pat vietomis stebima turbulencija. Orlaivis, skrendantis šioje zonoje, yra tempiama žemyn. Taigi orlaivį, patekusį virš kamuolinių lietaus debesų, vertikalūs oro srautai gali staigiai mestelėti aukštyn arba įtraukti į debesį.

Išorinėse Cb debesies ribose dažniausiai atsiranda žemyneigiai srautai, o kartu ir turbulencija. Artėjant prie tokio debesies blaška gali pasireikšti priartėjus atstumu, lygiu debesies diametrui. Tačiau stipri blaška bus tik priartėjus iki debesies per vieną kilometrą.

Kadangi Cb debesys pradeda irti nuo apačios, tai priekalo formos viršūnės išlieka daug ilgiau, negu patys Cb debesys. Skrendant prie tokių izoliuotų priekalo formos debesų stipri blaška jaučiama iki visiško jų iširimo.


GIEDRO DANGAUS TURBULENCIJA

Giedro dangaus turbulencija paprastai atsiranda prie atmosferos sraujymių (t.y. siaurų stipraus vėjo juostų) ir kituose regionuose, kur pastebimas reikšmingas vėjo pasikeitimas vertikalia kryptimi.

Kai šiluminis efektas yra labai stiprus, gali atsirasti atmosferos sraujymės, aptinkamos viršutinėje troposferoje (t.y. nuo 9 iki 18 kilometrų aukštyje). Stipraus vėjo sritis santykinai susikoncentruoja siauroje juostoje viršutinėje troposferos dalyje vidurio platumose bei Šiaurės ir Pietų pusrutulio subtropiniuose regionuose. Oro sraujymės teka pusiau nenutrūkstamai aplink Žemę iš vakarų į rytus. Tai sąlygoja oro temperatūros skirtumai, kur šaltas poliarinis oras, judantis link ekvatoriaus, sutinka šiltą ekvatorinį orą, judantį link ašigalio.

Paprastai atmosferos sraujymės būna 1500 jūrmylių ilgio, 200 jūrmylių pločio ir 12000 pėdų gilumo. Atmosferos sraujymės nukreiptos rytų link ir jų greitis daugiau negu 50 m/s. Virš Azijos ir Japonijos jų greitis gali siekti net 150 m/s. Frontinės sraujymės gali sukelti stipresnę turbulenciją, nes jos dar juda fronto judėjimo kryptimi. Ši turbulencija pasireiškia apytikriai dešinėje oro tekėjimo atžvilgiu sraujymės pusėje.

Išorinėse atmosferos sraujymių ribose dėl aplinkos silpno oro judėjimo trinties stebimas didelis vėjo gradientas. Staigus vėjo greičio pasikeitimas sukelia sūkurišką oro judėjimą. Tokios zonos būna stipresnės ir pavojingesnės kairiojoje atmosferos sraujymės pusėje (žiūrint sraujymės tekėjimo kryptimi). Dešiniojoje pusėje turbulencijos zonos sutinkamos rečiau. Turbulencijos zonos, kur stebima stipri orlaivio blaška, Turbulencija dėl aukštų miesto pastatų 25 dažniausiai tęsiasi iki 300 – 600 m pločio, o jų ilgis išilgai sraujymės apie 60 – 80 km. Orlaivio blaškos zonų intensyvumas ir jų vieta nuolatos kinta. Atskirose vietose jos išbūna ne daugiau kaip 1 –2 valandas.

Turbulencijos zonos, susijusios su atmosferos sraujymėmis, dažniausiai būna giedrame danguje. Tačiau gali atsirasti toje zonoje ir debesys. Tokiu atveju jie būna juostų, nukreiptų išilgai sraujymių judėjimui, pavidalo. Dažniausiai šie debesys būna dešinėje apatinėje atmosferos sraujymės pusėje. Skrendant per tokius debesis orlaivis yra blaškomas.

Atmosferos sraujymės skrydžio metu gali būti nustatomos orlaivio nuonašos kampo ir oro temperatūros pasikeitimu. Kai orlaivis horizontaliai artėja iš kairės atmosferos sraujymės pusės, pastebimas gana staigus temperatūros augimas (2 – 3 C ir daugiau per 100 km kelio) ir orlaivio nuonaša į kairę. Kai orlaivis artėja iš dešinės atmosferos sraujymės pusės, temperatūra krinta (1 – 2 C per 100 km kelio) ir orlaivis “nešamas” į dešinę. Skrendant išilgai atmosferos sraujymės oro temperatūra nesikeičia, tik padidėja (skrendant pavėjui) arba sumažėja (skrendant prieš vėją) orlaivio greitis.

Kai kurie pilotai, skrendantys į rytus, išnaudoja stiprų vėją, atmosferos sraujymės centrinėje ašyje. Tačiau jie labai rizikuoja patekti į giedro dangaus turbulencijos zoną, kuri atsiranda prie atmosferos sraujymių ribų. Orlaiviui patekus į turbulencijos, susijusios su atmosferos sraujyme, zoną, atsiranda aukščio nukrypimai iki 300 – 400 m arba kelio nukrypimai iki 50 – 70 km.


VALKČIO TURBULENCIJA

Valkčio turbulenciją sukelia orlaivio sparnai. Ji pavojinga, jei yra silpnas vėjas ir pastovios oro sąlygos. Todėl ji išsilaiko keletą minučių. Ši turbulencija priklauso ir nuo orlaivio dydžio. Todėl tarp orlaivių turi būti išlaikomas saugus minučių atstumas, priklausomai nuo orlaivių tipų.


TURBULENCIJOS POVEIKIS AVIACIJAI

Dėl turbulencijos poveikio orlaiviui gali atsirasti nukrypimai visose ašyse, o tai gali sukelti tiek keleivių nemalonius pojūčius, tiek apsunkinti įgulos darbą vykdant saugų skrydį. Blaška stipriai pablogina orlaivio pastovumą ir valdymą, iškreipia kai kurių prietaisų (greitimačio, aukštimačio, variometro) parodymus. Dėl blaškos sukeltų perkrovų atsiranda atskirų orlaivio kampų ir detalių įtempimas, pagreitinantis jų susidėvėjimą, o tais atvejais, kai perkrovos dydis viršija leistiną vertę, blaška gali būti nelaimingo atsitikimo priežastimi. Be to, netgi nedidelė, bet ilgai besitęsianti blaška sukelia keleiviams, o kartais ir įgulai, nuovargį ar supimo ligą. Prie sūkurių susikirtimo orlaivis pasisuka jų vertikalių ir horizontalių dedamųjų veikimo link, dėl ko sutrinka aerodinaminių jėgų, veikiančių orlaivį, pusiausvyra ir atsiranda papildomi pagreitėjimai, sukeliantys kenksmingas perkrovas.

Orlaivis blaška pakankamai dažnai pasireiškia kaip sukrėtimai (vibracija), atskiri siūbavimai, ar dažni nukrypimai įvairiomis kryptimis (ypač aukštyn ir žemyn) dešimtis metrų. Dažnai abu šie poveikiai eina kartu. Blaškos poveikis taip pat gali būti stebimas orlaiviui skrendant per oro bangų, kylančių inversijų sluoksniuose, zoną (kartu ir tropopauzėje) arba pavėjinėje kalnų pusėje. Šiuo atveju blaška yra ciklinio charakterio. Kalnų bangos yra ypač pavojingos. Ypač sunkios sąlygos skrydžiams yra trumpose bangose su didele amplitude. Kalnų bangų susidarymo srityse stebimas staigus atmosferos slėgio svyravimas. Todėl barometrinio aukštimačio parodymai dažnai būna nenaudingi. Taip skrydžio metu gali būti padarytos klaidos nustatant aukštį iki 300 m ar net iki 750 m.

Skrendant turbulentinėje zonoje ypatingai pavojingi galingų vertikalių srautų junginiai, besitęsiantys kartu su dažnais ir dideliais vertikaliais gūsiais. Tokie junginiai sukelia labai stiprią orlaivio blašką, ypač pavojingą keleiviniams orlaiviams, nes labai stipriai sumažėja orlaivio patvarumas ir stabilumas. Jei orlaivis, patekęs į stiprų aukštyneigį srautą, pereis į pikiravimą, pasieks neleistiną greitį ir tuo momentu kirs aukštyneigį gūsį, tuomet perkrova gali pasiekti tokį dydį, kurio orlaivis gali neatlaikyti. Esant stipriam žemyneigiui srautui orlaivis gali išeiti į didelius kabravimo kampus greičiui neleistinai mažėjant. Tokioje padėtyje sutikus stiprų žemyneigį gūsį orlaivis gali būti išvestas toli už kritinių atakos kampų, kuriems esant jis kris žemyn ant sparno ar nosies.


GALIMOS TURBULENTINĖS ZONOS

Galimas turbulentines zonas, sukeliančias orlaivio blašką, nustatyti pagal stebėjimų duomenis yra sunku, todėl būtina reguliariai informuoti (radijo ryšiu ir žodžiu) orlaivių įgulą apie blaškos židinius, kuriuos gali sutikti skrydžio metu.

Turbulentines zonas galima nustatyti pagal stebimus vertikalius temperatūros ir vėjo greičio gradientus. Duomenys apie šiuos gradientus gali būti gaunami iš atmosferos zondavimo, paimti iš aerologinių diagramų, nustatyti pagal atmosferos dydžius ar barinės topografinius žemėlapius. Labiausiai tikimos turbulentinės zonos atmosferoje stebimos ten, kur vertikalus temperatūros gradientas artimas 1C/100 m ar yra didelis. Turbulencija taip pat gali būti tuose sluoksniuose, kur stebimas vertikalus vėjo greičio gradientas lygus 1,5 m/s (5 km/h) ir daugiau 100 m aukščio, o horizontalus gradientas lygus 3 m/s (11 km/h) ir daugiau 100 m atstumo. Ypač pavojinga turbulencija būna ten, kur vertikalus vėjo greičio gradientas yra nuo 3 m/s (11 km/h) ir daugiau 100 m aukščio, o horizontalus – nuo 6 m/s (22 km/h) ir daugiau 100 m atstumo.

Galimos turbulencijos zonos gali būti randamos aukštuminiuose žemėlapiuose (barinės topografijos žemėlapiuose). Juose vienodo aukščio taškai yra sujungiami kreivėmis, kurios vadinamos izohipsėmis.

Galimos turbulencijos zonos gali būti:

1) vietose, kur izohipsės staiga konverguoja / diverguoja, t.y. staiga susilpnėja vėjo greitis prie oro srauto;

2) vietose, kur izohipsės staiga išsiskiria į skirtingas puses, t.y. labai susilpnėja vėjo greitis tolyn oro srauto tėkmei (izohipsių išsiskyrimo zonoje);

3) vietose, kur izohipsės sudaro slėnius, t.y. staiga pasikeičia vėjo kryptis.


REKOMENDACIJOS PILOTAMS DĖL TURBULENCIJOS

Prieš skrydį pilotas pagal meteorologų rekomendacijas sužino labiausiai tikėtinas turbulencijos zonas. Pakilus orlaiviui į blaškos zoną, pilotas turi teisę pakeisti orlaivio aukštį atitinkamai pagal aviacijos reikalavimus suderinus su skrydžių vadovais. Esant turbulentinėms zonoms, susijusioms su Cb debesimis, reikia skristi saugiame nuotolyje nuo šių debesų nustatant vizualiai ar pagal lokatorių. Skrendant žemiau 1000 m ir patekus į stiprią turbulenciją, būtina išskristi iš šios zonos aukštėjant arba grįžti į oro uostą ar leistis atsarginiame. Patekus į turbulenciją dideliuose aukščiuose, reikia išskristi žemėjant, bet ne žemiau kaip 500 m virš Cb debesies viršūnės.

Asmeniniai įrankiai
Vardų sritys
Variantai
Veiksmai
Naršymas
Įrankiai