Основы парящего полета



страница1/4
Дата02.03.2016
Размер0.68 Mb.
  1   2   3   4


ТЕОРИЯ И ТАКТИКА ПАРЯЩИХ ПОЛЕТОВ ПО МАРШРУТУ


ОСНОВЫ ПАРЯЩЕГО ПОЛЕТА

(обзорная лекция)
Планерный спорт является одним из наиболее интересных и интеллектуальных по той причине, что погода все время меняется, и нет двух совершенно одинаковых в этом смысле дней. Процессы образования вертикальных потоков воздуха достаточной для подъема планера энергии и размеров не являются в определенной степени случайными. Поэтому в лекциях рассматриваются идеализированные представления о вертикальных движениях в атмосфере.

Потоки, пригодные для использования при полетах на планерах можно разделить на четыре большие группы:



  1. Потоки обтекания;

  2. Термические потоки;

  3. Волновые потоки;

  4. Потоки в струйных течениях.


Основная схема парящего полета.
Различают парящие полеты в потоках обтекания, волновых потоках и термических потоках. При полетах по маршруту используются, как правило, термические потоки. В некоторых случаях как дополнительное средство увеличения путевой скорости используются остальные типы потоков. Полеты в волновых потоках используют, как правило, при полетах на большие высоты с целью достижения рекордов высоты и выигрыша высоты.

Полеты в потоках обтекания использовались ранее из-за относительно дешевого способа поднять в воздух планер, а также с целью достижения рекордов продолжительности полета (в настоящее время этот вид рекорда упразднен).

Рассмотрим подробнее полеты в термических потоках. При достаточном прогреве поверхности возникают теплые пузыри воздуха, которые, поднимаясь вверх, сливаются в вертикальные струи более теплого воздуха. При достаточном температурном градиенте (как правило, более 6,5°С/км) теплый воздух, поднимаясь и охлаждаясь от расширения, все равно является более теплым относительно окружающего воздуха. Этот воздух поднимается до тех пор, пока его температура не станет равной окружающему. Планеры набирают высоту в восходящих струях воздуха и далее, снижаясь, делают переход к следующему восходящему потоку.
Влияние скорости планера на скороподъемность в восходящем потоке.
Скорость восходящего теплового потока увеличивается от периферии к центру, поэтому, чем меньше скорость планера, тем меньший радиус спирали он описывает, тем выше его скороподъемность. Исключение составляют полёты на критических углах атаки, когда с уменьшением скорости полёта резко увеличивается вертикальная скорость снижения планера, а, следовательно, падает его скороподъемность относительно потока. Для уменьшения радиуса спирали в потоках, особенно узких, необходимо пользоваться закрылками.

Чем выше скороподъемность восходящего потока, тем при прочих равных условиях выше средняя скорость полета по маршруту и выше оптимальная скорость перехода от одного потока к другому. Естественным является и тот факт, что чем выше качество планера и чем менее выраженно оно падает при отклонении скорости полета от наивыгоднейшей скорости, тем выше средняя скорость полетов по маршруту (при сравнении планеров с мало отличающимися минимальной и наивыгоднейшей скоростями полета). Если не выполняется последние условия, то может возникнуть случай, когда планер с более высоким качеством может показывать меньшую среднюю скорость по маршруту (например планер с высокой минимальной скоростью, на котором нет возможности эффективно использовать энергию восходящего потока).


Влияние ветра на скороподъемность в восходящем потоке.
П
ри потоке, не связанном с землей он близок к вертикальному (на заключительном этапе развития облака). Поэтому в этом случае ветер не оказывает влияния на скороподъемность планера в потоке. Если поток формируется над конкретным местом поверхности, то при воздействии ветра он является наклонным. При этом возникает эффект "выдувания" планера из потока (см. рис.1).
Рис.1 "Выдувание" планёра из потока.
Влияние водобалласта на среднюю скорость по маршруту.
Ч
ем выше удельная нагрузка на крыло, тем больше скоростная поляра (см. рис.2) смещается в сторону больших вертикальной и горизонтальной скоростей:

Рис.2.
Более тяжелый планер выигрывает на переходах (большая скорость перехода при том же качестве), однако проигрывает в скороподъемности в потоках. По этой причине существует оптимальное количество водобалласта в конкретных условиях.
Метеорологические условия, благоприятствующие парящим полетам.
а) Морской умеренный воздух сильно увлажнен и неустойчив. При продвижении на континент нагревается и становится еще более неустойчивым. Образуются мощные облака высотой 4-5 км.

Если воздушная масса остается на следующий день, то холодный воздух на высотах, опускаясь, нагревается и образует слой инверсии на высотах 2 - 3 км. Мощность кучевых облаков - меньшая при хороших восходящих потоках.

б) Холодный фронт. Холодный воздух, натекая на теплую поверхность, прогревается и становится неустойчивым. После прохождения и прекращения осадков возможны успешные полеты планеров по маршрутам. Успешными полетами на дальность являются полеты перед холодным фронтом, особенно второго рода.

в) Циклоны. Полеты после прохождения циклона в тыловой части холодного сектора наиболее благоприятны для скоростных полетов по замкнутым маршрутам.

Ниже рассмотрены более подробно вопросы теории и тактики парящих полетов по маршрутам.

ТЕМА № 1

ПАРЕНИЕ В ПОТОКАХ ОБТЕКАНИЯ.

Зависимость интенсивности восходящего потока от формы склона, ветра, рельефа наветренной стороны склона. Вихри на склоне. Техника парения в потоках обтекания. Меры безопасности. Переход от потоков обтекания в термические потоки.
И
менно с полетов в потоках обтекания и зарождался планеризм. На горе Усть-Кут близь Коктебеля проводились первые слеты планеристов. Схема полетов в потоках обтекания представлена на рис.3.

Рис.3 Полёт в потоке обтекания.
В потоке обтекания можно летать до тех пор, пока ветер, дующий поперек гребня, не затихнет или не сменит направление. С наветренной стороны имеется слой восходящего воздуха, который уравновешивает собственное снижение планера. Сила восходящего потока зависит от силы ветра, высоты гребня и его конфигурации.

При склоне, выгнутом в сторону ветра (рис.4) потоки выше. В таких потоках установлены рекорды продолжительности полета до 3-х суток, однако, планер как бы привязан к склону горы. Рис.4 Оптимальная форма склона.


При полетах на дальность, до цели с возвращением, практикуемых за рубежом, значительная часть полета проходит вдоль скалистых гор, что наряду с термическими потоками позволяет держать среднюю скорость на некоторых участках полета, превышающую 200 км/час.

Наветренный вихрь перед крутыми склонами. Такой вихрь часто возникает у подножия особенно крутых склонов или частей склонов. Поэтому слишком крутой склон не всегда благоприятствует развитию восходящего потока, более пологий склон может оказаться эффективнее. Оптическое впечатление, что крутой склон опаснее, чем пологий, обманчиво.

ТЕМА №2

ПОИСК ВОСХОДЯЩИХ ТЕРМИЧЕСКИХ ПОТОКОВ

. Образование пузырей теплого воздуха над земной поверхностью и формирование термика. Динамика развития термика и его структуры. Виды термических потоков. Условия, влияющие на образование и параметры термиков. Поиск восходящих потоков в зависимости от их характера и высоты полёта.

В
зависимости от состояния атмосферы и подстилающей поверхности возникают либо отдельные пузыри, либо устойчивые восходящие потоки. При относительно малых контрастах поверхности, малом прогревании поверхности или достаточно устойчивой атмосфере возникают разрозненные пузыри теплого воздуха. Схема циркуляции воздуха в воздушном пузыре представлена на рис.5:


Рис. 5 Упрощенный разрез пузыря.
Схема образования пузыря представлена на рис.6:





Рис. 6 Этапы образования восходящего "пузыря".
В центре имеется ядро с вертикальной скоростью потока, выше средней скороподъемности. В такую погоду нельзя ориентироваться по летящим по маршруту планерам, ибо приход в предполагаемый поток ниже планеров, набирающих высоту, может привести к тому, что потока не окажется вследствие ограниченной зоны действия пузыря.

Теплый воздух, являясь более легким, поднимается вверх, расширяется и вследствие этого охлаждается. Если высотный градиент температуры мал (температура воздуха с ростом высоты падает медленно, например, меньше 5° С на 1000 м.), то температура поднимающегося воздуха быстро уравновешивается с температурой окружающего воздуха. С этой высоты восходящие термические потоки отсутствуют. Если температурный градиент достаточно высок (для средних широт более 6…6,5° С на 1000м), то теплый воздух, расширяясь с подъемом вверх по сухо адиабатическому (без обмена энергии с окружающей средой) закону, остается более теплым по сравнению с окружающим воздухом и поднимается до больших высот, нежели в первом случае. Охлаждаясь, теплый воздух, может достигнуть точки росы. В этом случае из воздуха начинает выделяться растворенная в нем влага, т.е. появляется облако. За счет скрытой теплоты, выделяющейся при конденсации пара, скороподъемность потока может увеличиться.



Воздушные потоки в кучевых облаках.
К
учевые облака зарождаются, развиваются и распадаются. Этот процесс представлен на рис. 7.
Рис. 7 Жизненный цикл облака.
Из рисунка видно, что в последних стадиях развития облака восходящие потоки находятся только под кромкой облака. Это следует иметь в виду, так как под набирающим высоту планером потока может не быть. Ниже рассмотрим процессы образования и распада мощных кучевых облаков и кучево-дождевых.

В первой стадии развития они довольно тонкие. Нижний край - на высотах 0,5-2,5 км и толщина - от нескольких десятков метров до 2-3км. Восходящие потоки наиболее велики в центре и достигают 3-5 м/сек. Сбоку от облака - слабые нисходящие потоки. У самого облака нисходящие потоки усиливаются вследствие испарения облачных капель. Горизонтальные размеры - до 2-3 км. Такие облака полностью располагаются в слое с положительной температурой, и обледенение не происходит.

Во второй стадии развития облака становятся мощно-кучевые. Вершины облаков достигают 4-6 км. Наблюдается обледенение. Как правило, являются многокупольными. Вокруг облака в зоне 3 - 5 км - нисходящие потоки до 0,5 м/с и у облака на расстоянии сотен метров - до 1-2 м/с. Умеренная или даже сильная болтанка. Все кучевые облака имеют четкий суточный ход. Отдельные облака существуют до 10 -20 мин., а мощно - кучевые до 30 - 40 мин.

Р
асположение зоны нисходящих потоков зависит от характера изменения ветра с высотой так, как представлено на рис. 8.


Рис. 8 Расположение нисходящих зон возле облака.
Третья стадия развития конвективных облаков - перерастание мощно - кучевых облаков в кучево-дождевые и далее в грозовые. На вершинах таких облаков образуется ледяные кристаллы. Характерной особенностью является наличие ливневых осадков в виде дождя и града. Вертикальное развитие - до 10 -12 км.

Наиболее мощные облака образуются во фронтальной области. К конвективным процессам в этом случае добавляются динамические, поэтому максимум развития таких облаков не всегда совпадает с максимумом нагрева земли. Так в близи теплых фронтов максимум развития кучево-дождевых облаков приходится на вечер или начало ночи. Мощные кучево-дождевые облака, в которых отсутствуют разряды, называются ливневыми.

П
еред фронтами часто образуются облачные гряды, район образования которых может измеряться сотнями километров. Типичный вид мощного кучево-дождевого облака приведен на рис. 9.
Рис. 9 Строение мощно-кучевого (грозового) облака.
Потоки в таких облаках достигают 50-80 м/с, а нисходящие до 30 м/с. Средний радиус восходящих потоков - 700-1000 м, нисходящих - 700 м. Максимальная ширина потоков достигает 10-12 км. Около 2/3 объема занимаемой восходящие потоки, 1/3 - турбулентность, в которой нет возможности набрать высоту. Соотношения поднимающегося и опускающегося воздуха внутри облака меняется в ходе развития облака. В растущих облаках преобладают восходящие потоки, в разваливающихся - нисходящие. Максимальное развитие облака внешне заметно по растеканию верхней части облака, т.е. началу формирования так называемой ”наковальни’’. В кучево-дождевых облаках град выпадает не в центре восходящего потока, а на его периферии. Все облако переносится как единое целое со скоростью ветра на высотах 3-5 км. С подветренной стороны могут возникнуть волны со скоростью набора 1-3 м/с.

Условия полета в кучево-дождевых облаках



Преднамеренно входить в облака запрещается!

Грозовые разряды могут вывести аппаратуру из строя или сделать невозможным ведение радиосвязи, временно ослепить экипаж. Обледенение происходит очень интенсивно и особенно велико в центральной части восходящего потока и в верхушке зоны осадков. Град в десятки граммов - почти в любом градовом облаке. Встречаются градины до нескольких килограммов. Зона наибольших градин - в центре восходящего потока. Высока турбулентность, которая может разрушить конструкцию. Опасные явления происходят в облаках, находящихся в стадии наибольшего развития, когда вершина имеет вид обширной наковальни, над которой выступают один или несколько куполов. Такая стадия развития имеет продолжительность 20-30 мин. при общей жизни облака 1,5-2 ч. Однако по внешнему виду трудно судить о стадии развития облака, поэтому полеты в кучево-дождевых облаках следует считать рискованными. Особенно это относится к фронтальной облачности, большие размеры которой и повышенная грозоопасность особенно опасна для полетов самолетов и планеров.



Парение над облаками.

Д
ля набора высоты выше нижней кромки облака без входа в него могут использоваться потоки обтекания облаков (см. рис. 10).


Рис. 10 Обтекание облака ветром.
Условия возникновения:

1) прирост силы ветра с высотой не менее 5 м/с на 1000 м высоты;

2) облако должно иметь достаточно большую ширину (чем шире облако, тем сильнее поток);


  1. близость градиента температуры к адиабатическому.

Н
евыполнение условий 2 и 3 приведет к тому, что облако будет обтекаться сбоку, а не сбоку и сверху. Внешне можно судить о наличии таких потоков по форме облаков, имеющих загнутую форму, а также при наличии чечевицеобразного облака над кучевым облаком. Такие потоки, как правило, имеют малую скороподъемность. Другой случай, при котором можно подняться выше основания облаков - при наличии гряд. Распределение ветра с высотой показано на рис. 11.
Рис. 11
Для набора высоты выше кромки облака необходимо после набора высоты под облаком выйти на наветренный слой грядой. В таких потоках планеристы поднимались в непосредственной близости от облака. Следует помнить, что при полетах на соревнованиях полеты выше нижней кромки облаков жестоко штрафуются.
Волновые потоки.
П
ри обтекании препятствий, в особенности горных массивов, возникает ряд интересных явлений. Используя их, планеристы могут подниматься до границ стратосферы. При обтекании горных хребтов могут возникать волновые движения, возникающие на границе раздела двух различных воздушных слоев. Картина образования волновых потоков представлена на рис. 12.
Рис. 12 Возникновение волновых движений.
Н
атекая на горный гребень, воздух поднимается вверх по склону. Над гребнем по закону Бернулли статическое давление вследствие сужения потока падает и далее воздух подсасывается вниз. Вынужденные волновые движения могут стать стационарными, т.е. возникает ’’стоячая’’ волна. Вертикальное распространение волны зависит от амплитуды волны. Длина волны возрастает с высотой, что согласуется с постепенным усилением ветра с высотой. Длина волны колеблется от 5 до 20 км. Расстояние между хребтами в большинстве случаев составляет 2/3 длины волны. Для возникновения волны необходима скорость ветра над хребтом порядка 10 - 15м/с и направление ветра перпендикулярно хребту с отклонением не более ±30°.
Рис. 13 Влияние расположения хребтов на интенсивность волны.

Возникают волны чаще всего вблизи фронтов в обширном теплом секторе, когда ветер усиливается с высотой по направлению от периферии к центру. Большое значение имеет географические особенности хребта. Так, на рис.13 показано влияние расположения горных хребтов на интенсивность волнового движения.

Первый признак ослабления волнового движения - приближения ротора к гребню и перерастания фенового вала в кучевые облака. Характер облачности при образовании стационарных волн показан на рис.12. Наиболее характерными являются чечевицеобразные облака, которые могут быть многоярусными. Облачная область зависит от многих факторов, но главным образом от влажности воздуха.
Техника и тактика полета на волне.
Полеты в волновых потоках по сложности различаются на 3 категории:

Первая категория наиболее простая.

Аэропоезд набирает высоту до волнового потока. Отцепка - в зоне восходящих потоков.

Восходящая зона располагается под углом к горизонту как показано на рис.10 и угол тем больше, чем сильнее ветер. Если скорость ветра меньше экономической, то можно лететь по "восьмерке", т.е. как в потоках обтекания. Если выше, то можно методом зигзагов, как показано на рис.14, т.е. манипулируя скоростью.

Иногда из тактических соображений необходимо перейти с волны на волну. Это можно сделать переходом по ветру. Потеря высоты невелика. При переходе на гребень волны против ветра потери - 1-1,5км из - за малой путевой скорости (сильный ветер). Имеется слабое обледенение, и кристаллы льда могут забить ПВД. Кабина изнутри покрывается инеем вследствие разности температур и влажности внутри и вне кабины.



Вторая категория (наиболее сложная):

П
Рис. 14



олет начинается в роторном потоке. Самое сложное - буксировочный полет из-за сильной болтанки. Возникают значительные перегрузки, доходящие до 4g и более. В зависимости от скорости ветра на высоте набирают высоту в роторе так, как изображено на рис.15
Рис. 15 Способы перехода в волновой поток.
Иногда от облака сверху ротора отрываются куски, которые не следует догонять. Когда станет заметно, что движения в роторе затихнет, необходимо перейти на волну, направив планер ближе к хребту. Важно уловить момент перехода от ротора в волновой поток, который характеризуется переходом от потока с высокой турбулентностью к практически ламинарному потоку. Это важно вследствие различной тактики полета в роторе и волне.

Третья категория (наиболее редкая):

переход в волну осуществляется из термического потока. Основная сложность - перейти из термического потока в волновой вследствие малости времени, когда этот переход возможен. При сильном ветре термические потоки сильно уносятся ветром, тогда как волновые потоки практически неподвижны.

Для достижения максимальных высот лучше первый способ, а для достижения максимального выигрыша высоты - второй и третий. Полеты на волне происходят, как правило, на больших высотах, крайне важно поэтому обеспечить безопасность полета. Так утечка кислорода, ухудшение видимости, ухудшение самочувствия пилота, натекание сплошной облачности и т.д. требует прекращения задания и энергичного снижения. Нельзя забывать и о том, что на высоте сумерки наступают позже, чем на земле, особенно если солнце садится со стороны гор. При хорошей организации полеты в волновых потоках вполне доступны спортсменам второго разряда. В конце темы 2 следует еще раз подчеркнуть, что данное изложение - только вводная к той обширной области знания о потоках и погоде, столь необходимой для спортсмена высокого разряда, стремящегося быть в лидирующей группе. Анализируйте погоду, полеты, потоки. Именно здесь кроется опыт, а, следовательно, и залог успеха истинного спортсмена.

ТЕМА №3


Каталог: uploads -> files -> lit -> ucheb
ucheb -> Тема №1 «Общая характеристика и основные данные планера»
ucheb -> Эксплуатация серийных планеров
ucheb -> Авиационная медицина
ucheb -> Практическая аэродинамика
ucheb -> Эксплуатация авиационной техники
ucheb -> Авиационная метеорология
ucheb -> Конструкция двигателя
ucheb -> Самолетовождение
ucheb -> Правила проверки источников электроэнергии перед полетом. Тема № Приборы контроля за работой двигателя, отдельных систем и агрегатов Вопросы
ucheb -> Авиационное и радиоэлектронное оборудование планера. I. Приборное оборудование. Пилотажно-навигационное. Назначение


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница