Turbulencje atmosferyczne



Informacje, które udało nam się zgromadzić na temat Turbulencje atmosferyczne, zostały starannie sprawdzone i uporządkowane, aby były jak najbardziej przydatne. Prawdopodobnie trafiłeś tutaj, aby dowiedzieć się więcej na temat Turbulencje atmosferyczne. W Internecie łatwo zgubić się w gąszczu stron, które mówią o Turbulencje atmosferyczne, a jednocześnie nie podają tego, co chcemy wiedzieć o Turbulencje atmosferyczne. Mamy nadzieję, że dasz nam znać w komentarzach, czy podoba Ci się to, co przeczytałeś o Turbulencje atmosferyczne poniżej. Jeśli informacje o Turbulencje atmosferyczne, które podajemy, nie są tym, czego szukałeś, daj nam znać, abyśmy mogli codziennie ulepszać tę stronę.

.

Turbulencji atmosferycznej w dziedzinie aeronautyki , kadym razie trywialne lub mniej, zwykle udzia w punkcie atmosferze przechodzcego przez samolot nagle i wpyw na utrzymanie objtoci. Moe to by strefa uskoku wiatru lub obszar, na którym wystpuj wzniesienia i zjazdy . Pasaer lub pilot uwaa, e powietrze jest turbulentne, gdy jego komfort jest zakócony przez szarpanie, ale ocena ta moe nie zgadza si z t definicj turbulencji jako redniej zmiany prdkoci powietrza w danym punkcie. Tak wic w przypadku fal orograficznychlub przed cumulonimbusem , przepyw powietrza moe by doskonale laminarny , ale pilot samolotu uwaa t sytuacj za turbulencje, poniewa niemoliwe jest dla niego utrzymanie danej wysokoci, przeciwstawiajc si ruchowi powietrza w gór.

Sytuacja pilota

Definicja FAA

W lotnictwie turbulencje powoduj nieregularne ruchy samolotu. Turbulencja moe by lekka, umiarkowana, silna lub ekstremalna.

  1. Turbulencje s klasyfikowane jako agodne, gdy statek powietrzny poddawany jest niewielkim, losowym zmianom pooenia, przechylenia lub kursu. Pasaerowie samolotów pasaerskich mog nadal podróowa.
  2. Turbulencje okrelane s jako umiarkowane, gdy powoduj wiksze zmiany w nastawieniu, przechyleniu lub kierunku. Ma to równie wpyw na prdko powietrza. Ruchy pasaerów samolotów pasaerskich staj si problematyczne.
  3. Turbulencje s kwalifikowane jako silne, gdy statek powietrzny jest poddawany nagym zmianom pooenia lub wysokoci. Statek powietrzny moe chwilowo wymkn si spod kontroli pilota. Ponadto ruch w kabinie samolotu pasaerskiego jest niemoliwy. Ta definicja silnych turbulencji obejmuje zmiany wysokoci zwizane z falami górskimi , które mog by doskonale laminarne. Pilot przyrzdu bdzie traktowa te fale jako silne turbulencje, poniewa nie bdzie w stanie utrzyma przypisanej mu wysokoci. Jednak Vélivole obali t definicj, poniewa bdzie doskonale kontrolowa swój szybowiec w mocnym i laminarnym podnoniku.
  4. Turbulencje s opisywane jako ekstremalne, gdy samolot wymyka si spod kontroli pilota. Ten rodzaj turbulencji moe spowodowa pknicie samolotu.

Definicja ilociowa

Bardzo trudno jest okreli ilociowo pojcie turbulencji, jak wyranie pokazuj odniesienia. Rzeczywicie, uczucie turbulencji zaley od wielu czynników, takich jak typ samolotu, warunki pogodowe i inne.

Niech e bdzie redni znormalizowan energi kinetyczn wiru (w m² / s²). Niech bdzie szybkoci rozpraszania e wyraon w m² / s³. Turbulencja jest definiowana jako . Jednostk turbulencji jest m / s.

Definicja progów turbulencji róni si znacznie w zalenoci od róda. Zaley to równie od masy samolotu. Wedug rzdu USA, progi do wiata, umiarkowan i cik skrajnej turbulencji dla lekkich samolotów to 0,13, 0,16, 0,36 i 0,64 m, odpowiednio .

Pierwotnie Paul MacCready oszacowa progi turbulencji na 0,03, 0,07, 0,16 i 0,38 m .

Cook zdefiniowa progi turbulencji (agodne, umiarkowane, silne, ekstremalne) wyraone w odchyleniu standardowym prdkoci pionowej w nastpujcy sposób: 3, 6, 12 24 stopy / s. Liczby te s luno zgodne z kryteriami ICAO .

Midzy progami MacCready a biecymi progami wystpuje wspóczynnik 2. Dzieje si tak, poniewa dugoci referencyjne znacznie si róniy. Rzeczywicie, wariancja pionowych porywów jest wyraona w nastpujcy sposób:

gdzie = 1,6, a L to dugo charakterystyczna odpowiadajca maksymalnej wielkoci wirów. Okrelenie L jest delikatne. Zauwaamy, e jako pierwsze przyblienie mamy:

W zwizku z tym,

Sharman rozwaa charakterystyczne dugoci od 500 do 1500 metrów. Jeli wemiemy pod uwag charakterystyczn dugo 1000 metrów, to w mona bezporednio przeliczy na dekametry na sekund z . Niech bdzie charakterystycznym czasem statku powietrznego okrelonym przez:

  • m jest mas statku powietrznego;
  • jest gstoci powietrza;
  • S to powierzchnia skrzyda;
  • V to prdko samolotu.

Odchylenie standardowe dotyczce chwilowego przyspieszenia pionowego bdzie wynosi:

W przypadku szybowca mamy .

Jeli wemiemy pod uwag margines bezpieczestwa 2,5 i zaoymy, e szybowiec pknie przy 6 G, to maksymalna dopuszczalna wariancja dla w wynosi okoo 6 m / s lub m / s.

Turbulencja i wirowo

Niech v bdzie polem prdkoci, a wirowo w punkcie nazywamy wielkoci:

Wielko ta opisuje ruch wirowy powietrza. Zatem im wiksza wirowo, tym wiksza intensywno odczuwanych turbulencji, jak wyjaniono poniej.

Gwatowno turbulencji jako funkcja prdkoci samolotu

Krótko mówic, kady ukad klimatyzacji generujcy prdy wstpne, który moe by uywany przez pilota szybowcowego, bdzie nazywany turbulencj przez pilota samolotu z napdem, poniewa ten ostatni nie moe (lub nie bdzie) wykorzystywa tych prdów wstpnych. Co wicej, im szybciej samolot bdzie lata, tym bardziej bdzie poddawany znacznym obcieniom, które szacujemy w dalszej czci. Niech d bdzie odlegoci midzy prdem wstpujcym o prdkoci pionowej w a prdem zstpujcym o prdkoci pionowej -w i niech u bdzie prdkoci statku powietrznego. rednia przyspieszenie jest dowiadczane przez Bdzie samolotu:

Rozwaamy do du si non termiczn, gdzie w = 5  m / s , u = 125  m / s (maksymalna dopuszczalna prdko do 10000  stóp ) id = 100 m (rednia odlego midzy wycigiem a zejciem). Otrzymujemy wtedy a = 12,5 m / s 2 , czyli wiksze ni przyspieszenie ziemskie (10 m / s 2 ). Pasaer lub pilot tego samolotu zakwalifikuje te turbulencje jako powane . Jednak pilot szybowcowy leccy z prdkoci 20  m / s dowiadczy przyspieszenia 2 m / s 2 i zakwalifikuje t turbulencj jako niewielk. Ponadto pilot ten prawidowo wycentruje wznoszc si kolumn i znajdzie si w laminarnym jdrze windy i prawie nie bdzie ju poddawany jakimkolwiek turbulencjom.

Odpowiednio, jeli u jest prdkoci statku powietrznego i wirowoci, wspóczynnik obcienia bdzie wynosi:

co oznacza, e im szybciej leci samolot i im wiksza wirowo, tym gwatowniejsze bd odczuwalne turbulencje.

Meteorologiczne czynniki turbulencji

Kelvin Helmholtz faluje na szczytach chmur na niebie San Francisco

Jak wida powyej, kada sytuacja generujca prdy wznoszce, które mog by wykorzystane przez velivole, bdzie generowa turbulencje u pilota samolotu z napdem. Gówne typy przodków to:

W thermals wystpi na niskich wysokociach pod cumulus fair-pogody . Kiedy samolot przelatuje nad warstw inwersyjn , powietrze na ogó bdzie laminarne.

W wirniki wystpi poniej pasmo górskie w silnych wiatrów. Kojarzone s z falami górskimi . Stanowi one ewidentne zagroenie dla samolotów pasaerskich, aw przypadku wirników typu II zwizanych ze skokiem hydraulicznym mog równie stanowi zagroenie dla szybowców . Te niezwykle gwatowne wirniki w przeszoci niszczyy szybowce.

Fale górskie s laminarne , ale piloci latajcy na instrumentach niesusznie nazywaj je turbulencjami, poniewa ci drudzy nie s w stanie utrzyma wysokoci.

W przypadku lotów w cumulonimbus lub pod cumulonimbusem, piloci samolotów nazywaj silne prdy wznoszce, poniewa nawet jeli s one laminarne, jak na czole chmury. pilot nie bdzie w stanie utrzyma przypisanej mu wysokoci. Ponadto górna cz cumulonimbusa podlega rzeczywistym turbulencjom, które w przypadku burzy superkomórkowej mog by powane lub nawet ekstremalne . W rzeczywistoci, pary wodnej w rosncej masy powietrza przechodzi podwójnej przemiany fazowej ze stanu pary do stanu ciekego nastpnie ze stanu ciekego do stanu, co prowadzi do znacznego uwolnienia staej temperatury. Utajony , który przyspiesza pionow prdko masa powietrza, a co za tym idzie jego turbulencje.

Ogólnie rzecz biorc, gdy samolot przecina stref cinania oddzielajc dwie masy powietrza, generujc niestabilno Kelvina-Helmholtza , zostanie poddany krótkiej, ale silnej turbulencji. Najczstszym przypadkiem jest czoo podmuchów oddzielajce wznoszc si i opadajc kolumn podczas burzy. Niestabilno Kelvina-Helmohltza moe równie wystpi w strefie przejciowej midzy wirnikiem a warstwow czci fali górskiej . Wreszcie, silne turbulencje mog wystpi przy inwersji temperatury, która oddziela nieruchom mas powietrza na poziomie gruntu od niskiego poziomu strumienia nad warstw inwersji.

Efekty prdkoci wiatru

Turbulencja to odchylenie standardowe prdkoci powietrza w danym punkcie. W wyniku przeprowadzonych pomiarów wykaza, e w obecnoci niskiego poziomu prdu strumieniowego mamy okoo

gdzie u jest redni poziom prdkoci powietrza.

Turbulentn energi kinetyczn (w jzyku angielskim Turbulent Kinetic Energy lub TKE) mona zdefiniowa jako:

Zakadajc, e turbulencja jest proporcjonalna do prdkoci wiatru u , wówczas energia kinetyczna turbulencji jest proporcjonalna do u 2, a zatem intensywno turbulencji bdzie proporcjonalna do kwadratu prdkoci wiatru.

Czyste turbulencje powietrza

Konsekwencje dla lotnictwa komercyjnego

Turbulencja czystego powietrza to obecno turbulencji atmosferycznych przy braku chmur ; to pojcie turbulencji w czystym powietrzu dotyczy gównie pilotów samolotów . Wyraenie to wywodzi si z angielskiego ( wyrane turbulencje powietrza ), a dokadniej naley powiedzie turbulencja bez wskaza wizualnych . Ta turbulencja moe odpowiada niestabilnoci Kelvina-Helmholtza wynikajcej ze cinania midzy dwiema masami powietrza poruszajcymi si z rónymi prdkociami.

Najbardziej zagroonym obszarem jest górna troposfera na wysokoci od 7 000 do 12 000 metrów. W tym zakresie wysokoci czyste turbulencje powietrza wystpuj najczciej w pobliu strumieni odrzutowych . Na maych wysokociach tak zwane turbulencje czystego powietrza mog po prostu odpowiada falom górskim (które s laminarne ) lub wirnikom, jak wyjaniono powyej.

Turbulencje w czystym powietrzu mog obniy komfort pasaerów i rzadko zagraaj statkowi powietrznemu.

Wykrycie

Turbulencji bez wizualnego wskazania z definicji nie mona wykry wizualnie. Jednak pilot samolotu, który jest równie pilotem szybowca, bdzie w stanie rozpozna chmury soczewkowe, które mog by niezwykle dyskretne, ale które oznaczaj obecno fal grawitacyjnych . Ten sam pilot bdzie równie w stanie rozpozna chmury wirników kilkadziesit tysicy stóp pod swoim samolotem, które odzwierciedlaj obecno fal orograficznych .

Te turbulencje w czystym powietrzu s trudne do wykrycia za pomoc konwencjonalnego radaru pogodowego , na ziemi lub w powietrzu, mierzcego tylko wspóczynnik odbicia, poniewa uzyskanie echa wymaga opadów atmosferycznych . Jednak wspóczesne radary wykorzystuj efekt Dopplera-Fizeau do rejestrowania ruchu drobnych czstek lub owadów z bliskiej odlegoci w celu oszacowania wiatru. W szczególnoci niektóre radary lotniskowe s uywane do wykrywania turbulencji na niskim poziomie. Bardzo wolno skanuj horyzont i wykorzystuj efekt Dopplera.

T turbulencj mona równie wykry za pomoc wyspecjalizowanych radarów zwanych profilerami wiatru, które s skierowane pionowo i wykorzystuj dyfrakcj Bragga do wykrywania zmiany gstoci powietrza spowodowanej turbulencj. S równie uywane na niektórych lotniskach. Wreszcie, inne instrumenty optyczne, takie jak liczniki scyntylacyjne , interferometry do szczelin N i sodary, s równie uywane do pomiaru przemieszczenia czstek powietrza w wyniku efektu Dopplera.

Chocia wysokoci w pobliu tropopauzy s generalnie wolne od chmur (z wyjtkiem obecnoci cumulonimbus ), chmury Cirrus, które si formuj, mog odzwierciedla niestabilno Kelvina-Helmholtza zwizan na przykad z prdami strumieniowymi . W uncinus cirrus wyrównane prostopadle do strumienia gazów moe zdradzi obecno czystej turbulencji. W szczególnoci, jeli zakoczenia linii pierzastych wykazuj oznaki rozpraszania, kierunek, w którym rozpraszaj si chmury pierzaste, moe wskazywa, która strona strumienia odrzutowego ma najwiksze turbulencje.

Uwagi i odniesienia

Uwagi

  1. Wzór przedstawiono w artykule Dynamika lotu w obecnoci porywów .

Bibliografia

  1. Poradnik informacji lotniczych , s.  7-1-48
  2. Poradnik informacji lotniczych , s.  4-6-4
  3. (in) Federal Aviation Administration ,   ADDS Turbulence Help  
  4. (w) Paul MacCready,   Standardization of Aircraft from gustiness Values   , Journal of Applied Meteorology , tom.  3,( przeczytaj online [PDF] )
  5. (w) Michael V Cook Flight Dynamics Principles, trzecie wydanie , Amsterdam / Boston, Elsevier ,, 575  str. ( ISBN  978-0-08-098242-7 , czytaj online ) , str.  445
  6. (en) RD Sharman i in.,   Description and Derived Climatologies of Automated Situ Eddy-Dissipation-Rate Reports of Atmospheric Turbulence   , Journal of Applied Meteorology and Climatology , vol.  53,( DOI  10.1175 / JAMC-D-13-0329.1 , przeczytaj online [PDF] )
  7. (w) Louis V. Schmidt, Wprowadzenie do dynamiki lotu samolotu , AIAA,, 397,  s. ( ISBN  978-1-56347-226-8 ) , str.  295
  8. (en) Rolf Hertenstein Riding on Air, Ridge, Wave & Convergence lift , Soaring books & Supplies,, 104  str.
  9. Dynamika chmur , s.  472
  10. (w) Robert M. Banta i in.,   Turbulent Variance Velocity-Profiles in the Stable Boundary Layer Generated by a Nocturnal Low-Level Jet  , Journal of the atmosferyczne sciences , American Meteorological Society , vol.  63,( czytaj online [PDF] , dostp 21 marca 2013 )
  11. (w) Dennis Pagen, Understanding the Sky Dennis Pagen Sport Aviation Publications , 280  pkt. ( ISBN  0-936310-10-3 ) , str.  118
  12. (w) BR Stull, Wprowadzenie do Boundary Layer Meteorology , Kluwert Academic Publisher,, 666,  s.
  13. (w) John J. Hicks i in. ".  Turbulencja czystego powietrza: jednoczesne obserwacje przez radar i samolot  ", Science , vol.  157,, s.  808-809 ( DOI  10.1126 / science.157.3790.808 )
  14. ( cal ) FJ Duartel et al. ".  Interferometr szczelinowy N: rozszerzona konfiguracja  " Journal of Optics  (in) , vol.  12, n o  1,( DOI  10.1088 / 2040-8978 / 12/1/015705 )
  15. Dynamika chmur , s.  749

Bibliografia

Powizane artykuy

Mamy nadzieję, że informacje, które zgromadziliśmy na temat Turbulencje atmosferyczne, były dla Ciebie przydatne. Jeśli tak, nie zapomnij polecić nas swoim przyjaciołom i rodzinie oraz pamiętaj, że zawsze możesz się z nami skontaktować, jeśli będziesz nas potrzebować. Jeśli mimo naszych starań uznasz, że informacje podane na temat _title nie są całkowicie poprawne lub że powinniśmy coś dodać lub poprawić, będziemy wdzięczni za poinformowanie nas o tym. Dostarczanie najlepszych i najbardziej wyczerpujących informacji na temat Turbulencje atmosferyczne i każdego innego tematu jest istotą tej strony internetowej; kierujemy się tym samym duchem, który inspirował twórców Encyclopedia Project, i z tego powodu mamy nadzieję, że to, co znalazłeś o Turbulencje atmosferyczne na tej stronie pomogło Ci poszerzyć swoją wiedzę.

Opiniones de nuestros usuarios

Alexandra Wawrzyniak

Dzięki za ten post na Turbulencje atmosferyczne, właśnie tego potrzebowałem

Kamila Szczepański

To dobry artykuł dotyczący Turbulencje atmosferyczne. Podaje niezbędne informacje, bez ekscesów.

Aneta Kujawa

Ten wpis o Turbulencje atmosferyczne był właśnie tym, co chciałem znaleźć.