Турбулентность

Причины турбулентности

Выделяют следующие причины турбулентности:

  • термоконвекция (вследствие неравномерности прогрева поверхности или при смешении холодного и теплого воздуха при значительных вертикальных изменениях температуры);
  • вследствие трения движущихся воздушных потоков о шероховатый рельеф;
  • вследствие неоднородности характера воздушных потоков в направлении и скорости, волновых движений на инверсионных и изотермических слоях (имеются чередующиеся нисходящие и восходящие потоки).

Примером термической конвекции является образование кучевых облаков.

Турбулентность

Кучевое облако

Перед совершением каждого рейса экипаж и сам пилот проводят ознакомление со сводками погоды на ближайшее время, чтобы выбрать наиболее безопасный маршрут движения

Особое внимание уделяется  наличию кучевых облаков

С точки зрения безопасности полета входить в такие облака, а также совершать полет судну под ними запрещено. Особенно опасны кучево-дождевые облака, поскольку в них ввиду наличия частиц воды, образуются сильные осадки и электрические разряды. Поэтому рекомендуется прокладывать маршрут на расстоянии 10 км от грозовых облаков на высоте выше 1 км над ними. Осложняет полет не только высокая турбулентность в самолете, вызывающая болтанку, но и плохая видимость — до 45м.

Зоны наложения восходящих и нисходящих потоков могут распространяться на тысячи километров. Больше всего случав зафиксировано Больше всего случав зафиксировано на восточных берегах США.

Опасность

Если небольшая тряская в основном проходит без каких-либо последствий, то сильная турбулентность может привести к серьезным травмам. Опасность состоит в том, что пассажиров может выбросить из кресел, а удары об углы салона приводят к ушибам и переломам. К тому же некоторых может тревожить воздушная болезнь.

Опасна ручная кладь, которая лежит на полках над пассажирами. Во время колебаний багажные отсеки могут открыться и сумки с чемоданами попросту выпадут на людей.

Также те, кто сидел не пристегнутым, был в туалете или шел по проходу могут упасть и удариться об кресла, пол, получив физическую травму.

Примеры турбулентности

Ламинарные и турбулентные потоки воды по корпусу подводной лодки. По мере увеличения относительной скорости воды возникает турбулентность.

Турбулентность в концевом вихре от крыла самолета, проходящего через цветной дым

  • От сигареты поднимается дым . Первые несколько сантиметров дым ламинарный . Дымовой шлейф становится турбулентным, поскольку его число Рейнольдса увеличивается с увеличением скорости потока и характерного масштаба длины.
  • Обтеките мяч для гольфа . (Лучше всего это можно понять, рассматривая мяч для гольфа как неподвижный, над которым проходит воздух.) Если бы мяч для гольфа был гладким, поток пограничного слоя через переднюю часть сферы был бы ламинарным при типичных условиях. Однако пограничный слой будет отделяться раньше, поскольку градиент давления изменится с благоприятного (давление уменьшается в направлении потока) на неблагоприятный (давление увеличивается в направлении потока), создавая большую область низкого давления позади шара, которая создает высокое сопротивление формы. . Для предотвращения этого на поверхности нанесены ямки, которые нарушают пограничный слой и способствуют турбулентности. Это приводит к более высокому поверхностному трению, но сдвигает точку разделения пограничного слоя дальше, что приводит к снижению сопротивления.
  • Турбулентность при ясном небе, возникающая во время полета самолета, а также плохое астрономическое видение (размытие изображений, видимых через атмосферу).
  • Большая часть земной атмосферной циркуляции .
  • Смешанные слои океана и атмосферы и сильные океанические течения.
  • Условия потока во многих промышленном оборудовании (например, в трубах, каналах, осадителях, газоочистителях , динамических скребковых теплообменниках и т. Д.) И машинах (например, двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах ).
  • Внешний поток распространяется на все виды транспортных средств, таких как автомобили, самолеты, корабли и подводные лодки.
  • Движение вещества в звездных атмосферах.
  • Струя, истекающая из сопла в неподвижную жидкость. Когда поток выходит в эту внешнюю жидкость, образуются слои сдвига, исходящие от кромок сопла. Эти слои отделяют быстро движущуюся струю от внешней жидкости, и при определенном критическом числе Рейнольдса они становятся нестабильными и разрушаются до турбулентности.
  • Биологически генерируемая турбулентность в результате плавания животных влияет на перемешивание океана.

Что делать при турбулентности?

Здесь все действия простые и понятные. Во-первых, не отстегивайте ремень безопасности без необходимости во время перелета. Если вы не пристегнуты, то сделайте это сразу, как услышите команду бортпроводника. Одновременно на табло загорается лампочка «Пристегните ремни». Уберите гаджеты, они могут выпасть из рук и сломаться.

Если вдруг открылась дверца отделения салонного багажа, расположенного над вашим креслом, прикройте голову руками. Но ни в коем случае не отстегивайтесь и не вставайте в попытке ее закрыть.

В момент тряски постарайтесь расслабиться. Дышите глубоко и ровно, сконцентрируйтесь на вдохе и выдохе, такие действия позволят успокоиться и предупредить панику. И не спешите отстегиваться сразу после окончания тряски. Дождитесь разрешения экипажа.

Турбулентность в технике

Её стараются либо подавить, либо искусственно создать.

У самолётов ставят винглеты — загнутые кверху законцовки крыла. Они экономят до 4 процентов топлива, так как при этом уменьшается размер и число образуемых за крылом вихрей, которые уносят с собой полезную кинетическую энергию (это так называемые волновые потери).

В тех случаях, когда возникает переходный режим от ламинарного к турбулентному, могут возникать колебания давления, подъёмной силы. Поэтому по всей длине крыла ставят вихрегенераторы (изогнутые скобы). Они стабилизируют параметры потока. Течение после них всегда турбулентно. Поэтому подъёмная сила крыла постепенно растёт с увеличением скорости самолёта.

Стоит ли бояться турбулентности

Однозначный ответ – нет. Турбулентности, какой бы сильной не была тряска, бояться не нужно. Стоит помнить, что за устрашающей вибрацией не скрывается реальная угроза исправности самолета.

Турбулентность

Это стоит расценивать не более, чем обыкновенное временное неудобство, которое обязательно прекратится. В пользу безопасности зоны турбулентности для полетов говорят несколько факторов:

  1. Давление, которое необходимо приложить к прочному обтекаемому корпусу самолета, чтобы он повредился или вышел из строя, должно быть несоизмеримо больше, чем способны создать обычные воздушные потоки разной плотности.
  2. Статистика. Ежедневно на средней высоте в 10тыс. метров летают тысячи самолетов. Но за всю историю гражданской авиации произошло всего пять случаев поломки из-за турбулентности.
  3. Пожалуй, единственная возможность для турбулентности причинить вред пассажиру возникает в том случае, если он не соблюдает технику безопасности, озвученную стюардессой. Чтобы все было в порядке, достаточно лишь пристегнуть ремни безопасности и слушать инструкции персонала.

Также не стоит забывать, что авиаперелеты – самый безопасный способ передвижения на транспорте. Вероятность, что случится катастрофа, ничтожно мала и стремится к нулю.

Рекомендации пассажирам

Какие бы зоны турбулентности ни встретились на пути у пассажиров, никогда не стоит преждевременно паниковать. Да, не будем отрицать, что такое явление не стоит недооценивать. В лучшем случае перед полетом каждому человеку необходимо немножко подготовиться, прислушавшись к рекомендациям профессионалов и прочитав необходимую литературу.

Но один вопрос все же интересует всех пассажиров: «В чем опасность турбулентности?» Поспешим успокоить всех людей, которые страдают аэрофобией: болтанка может немного напугать, но за 120 лет истории авиации не произошло ни одной катастрофы, причиной которой была бы или могла бы быть турбулентность. Все потому, что пилоты прекрасно знают, как реагировать и вести себя в таких ситуациях. А также сегодня существует масса параметров, нормативов, техник, которые помогают избежать неблагоприятной ситуации.

Турбулентность

Безопасность прежде всего!

Нельзя точно сказать, опасна ли турбулентность. Все зависит от потоков воздуха. Стоит отметить, что перед началом рейса каждый пилот проходит специальную подготовку. В ходе нее он ознакамливается с погодой и выбирает оптимальный маршрут.

Турбулентность

Но также бывают ситуации, когда спланировать или спрогнозировать маршрут невозможно. Когда летишь на самолете больше восьми часов, предугадать изменение погоды просто нереально. Тогда стоит полагаться только на отличные навыки и внимательность пилота. Помимо этого, защитить самолет от неприятностей может специальное оборудование, которое смягчит болтанку.

В советской науке

До 1917 года в российской науке пользовались термином беспорядочное течение. В 1938 году Капицей было открыто турбулентное течение в квантовых средах — сверхтекучем гелии. В жидком гелии есть два типа звука — первый и второй, они могут создавать волновую турбулентность на его поверхности.

В 1941 году А. Н. Колмогоровым и A. М. Обуховым создана теория однородной турбулентности для несжимаемых течений при больших числах Re. Затем в 1960-е годы было начато изучение нелинейных волн, солитонов.

В 1970-е годы в СССР В. Е. Захаровым была изучена слабая или «волновая» турбулентность волн на поверхности воды (её называют вырожденной). Турбулентность внутри сред назвали сильной.

В 1975 году введено понятие фрактал математиком Бенуа Мандельбротом. А константа Фейгенбаума, используемая при описании фрактальной среды с детерминированным хаосом, была получена в . Тогда же был открыт сценарий Фейгенбаума (или субгармонический каскад) — частный вид перехода к турбулентности.

Физикам было непонятно, почему при хаотическом движении, похожем на Броуновское, в жидкости или газе вдруг миллиарды молекул сворачиваются в кольцо. В начале 80-х годов Ю. Л. Климонтович, профессор МГУ им. Ломоносова, выдвинул гипотезу о том, что турбулентность — это не хаотичное, а высокоорганизованное, упорядоченное течение. И что энтропия при переходе от ламинарного к турбулентному течению уменьшается. Поэтому спонтанно образуются различные структуры. Он предложил свой критерий, на основе «S-теоремы», по которому можно было рассчитать степень упорядоченности сплошной среды, используя величину производства энтропии. Он не знал, что сценарий Фейгенбаума и другие их виды встречаются в реальных турбулентных средах и считал, что модели сплошной среды недостаточно для появления турбулентности и в уравнении Навье — Стокса нет турбулентности. Поэтому даже для простого движения воды он вводил в уравнения некие искусственные дополнительные флуктуационные члены, что было ошибкой. Аналогично вводил дополнительные члены в уравнения сохранения импульса или движения О. Рейнольдс.

Его «S-теорема» была очень плохо изложена для экспериментаторов и было непонятно, как её применять в эксперименте и чем она лучше понятия K-энтропии. Она противоречила многолетней практике инженеров. Они часто использовали подход, когда энтропия была постоянной для течения (модель изэнтропического газа).

Турбулентность в авиации

Особое значение турбулентность имеет при полете воздушных судов. Что такое турбулентность в самолете знает не каждый. При наложении вихрей друг на друга самолеты подвергаются воздействию разнонаправленных ветров, в результате чего меняется подъемная сила и углы атаки крыльев. Подобная ситуация за бортом приводит к тряске и вибрации — так называемой «болванке».

Турбулентность

Явление турбулентности в небе

Различают умеренную и сильную болванку. При первой толчки, изменения высоты полета и покачивания воздушного судна не столь значительны, и пилоты не испытывают трудности в управлении самолетом.

Сильная болванка — более серьезная ситуация, заключающая в частых кренах и рысканьях, сопровождающаяся ухудшением управляемости и устойчивости в полете, а также искажением показаний бортовых приборов. Подобное явление при непринятии соответствующих мер может создавать напряжения в деталях и отдельных узлах, приводя  значительным поломках и деформациям оборудования и воздушной болезни у членов экипажа и пассажиров.

При попадании в зоны турбулентности пассажиры нередко испытывают беспокойство, справится ли пилот со сложившейся ситуацией. Однако квалификация и навыки пилота могут пригодиться только в случае очень сильной болванки. В остальных случаях зона турбулентности не оказывает сильного влияния на полет — он совершается на автопилоте.

В настоящее время практически любой пассажир может определить, когда и где в период перелета судно будет трясти. Это стало возможным в результате создания карт турбулентности, где более светлым цветом отмечены более спокойные зоны и наоборот. Карта турбулентности онлайн создана для уменьшения беспокойства пассажиров и экипажа, позволяет предугадать и подготовиться, если самолет попал в турбулентность.

Габариты воздушного судна играют не последнюю роль в ощущении тряски при турбулентности. Чем крупнее самолет, тем неудобства менее ощутимы. Каждый рано или поздно задается вопросом о том, где в самолете меньше всего трясет при турбулентности? При выборе места следует ориентироваться по интенсивности тряски в салоне: самая сильная — в хвостовой части.

История

Планеры сэра Джорджа Кэли достигли резюме перенесенные крылом перелеты приблизительно с 1849. В 1890-х Отто Лилинтэл построил планеры, используя изменение веса для контроля. В начале 1900-х Братья Райт построили планеры, используя подвижные поверхности для контроля. В 1903 они успешно добавили двигатель.

После того, как планеры Первой мировой войны были построены в спортивных целях в Германии и в Соединенных Штатах. Прочные связи Германии со скольжением происходили в значительной степени из-за инструкций пост-Первой мировой войны, запрещающих строительство и полет механизированных самолетов в Германии, таким образом, любители самолетов страны, часто превращаемые к планерам и, были активно поощрены немецким правительством, особенно на летающих местах, подходящих для скользящего полета как Wasserkuppe.

Спортивное использование планеров, быстро развитых в 1930-х и, является теперь их главным применением. Поскольку их работа улучшилась, планеры начали использоваться для полета по пересеченной местности и теперь регулярно управлять сотнями или даже тысячами километров через день, если погода подходит.

В 1930 пилот Франк Хокс управлял «Орленком Texaco» с буксирным самолетом от Сан-Диего до Нью-Йорка более чем восемь дней, помогая популяризировать деятельность в Соединенных Штатах.

Литература

  • Reynolds O., An experimental investigation of the circumstances which determine whether the motion of water shall be direct or sinuous, and of the law of resistance in parallel channels. Phil. Trans. Roy. Soc., London, 1883, v.174.
  • Feigenbaum M., Journal Stat. Physics, 1978, v.19, p. 25.
  • Feigenbaum M., Journal Stat. Physics, 1979, v.21, p. 669.
  • Ландау Л. Д, Лифшиц Е. М. Гидродинамика, — М.: Наука, 1986. — 736 с.
  • Монин А. С., Яглом А. М., Статистическая гидромеханика. В 2-х ч. — Л: Гидрометеоиздат , Ч. 1, 1992. — 695 с;, М: Наука Ч. 2, 1967. — 720 с.
  • Обухов А. М. Турбулентность и динамика атмосферы. Л: Гидрометеоиздат 1988.- 414 с. ISBN 5-286-00059-2
  • Проблемы турбулентности. Сборник переводных статей под ред. М. А. Великанова и Н. Т. Швейковского. М.-Л.: ОНТИ, 1936. — 332 с.
  • Гринвальд Д. И., Никора В. И. Речная турбулентность. Л.: Гидрометеоиздат. — 1988. — 152 с.
  • Фрик П. Г. Турбулентность: модели и подходы. Курс лекций. Часть I. Пермь, ПГТУ, 1998. — 108 с. Часть II. — 136 с.
  • Берже П., Помо И., Видаль К. Порядок в хаосе. О детерминистическом подходе к турбулентности, М.: Мир. — 1991. — 368 с.
  • Gustafson K.E. Introduction to partial differential equations and Hilbert space methods — 3rd ed.,1999
  • Introducing Fractal Geometry, Nigel Lesmoir Gordon, Will Rood, Ralph Edney, Icon Books,Totem Books, 2000, 176 p.
  • Recent Advances in Engineering Science (Springer — Verlag, Berlin. 1989), V. N. Nikolaevskii.
  • Dan Tanaka, Chemical turbulence equivalent to Nikolavskii turbulence, PHYSICAL REVIEW E 70, 015202(R), 2004
  • Голдстейн Г. Классическая механика. Кембридж, 1950. — 408 с.
  • Аджемян Л. Ц., Налимов М. Ю. Принцип максимальной хаотичности в статистической теории развитой турбулентности. II. Изотропная затухающая турбулентность, 1992
  • Фрост У., Моулден Т. Турбулентность. Принципы и применения. — М.: Мир, 1980. — 535 с.

Начало турбулентности

Шлейф от пламени этой свечи изменяется от ламинарного до турбулентного. Число Рейнольдса можно использовать, чтобы предсказать, где произойдет этот переход.

Начало турбулентности может быть в некоторой степени предсказано числом Рейнольдса , которое представляет собой отношение сил инерции к силам вязкости в жидкости, которая подвержена относительному внутреннему движению из-за различных скоростей жидкости, в так называемой границе слой в случае ограничивающей поверхности, такой как внутренняя часть трубы. Аналогичный эффект создается за счет введения потока жидкости с более высокой скоростью, такой как горячие газы от пламени в воздухе. Это относительное движение вызывает трение жидкости, которое является фактором развития турбулентного потока. Этому эффекту противодействует вязкость жидкости, которая по мере увеличения постепенно подавляет турбулентность, поскольку больше кинетической энергии поглощается более вязкой жидкостью

Число Рейнольдса количественно определяет относительную важность этих двух типов сил для заданных условий потока и указывает, когда турбулентный поток будет возникать в конкретной ситуации.

Эта способность прогнозировать возникновение турбулентного потока является важным инструментом проектирования такого оборудования, как системы трубопроводов или крылья самолета, но число Рейнольдса также используется при масштабировании задач гидродинамики и используется для определения динамического сходства между двумя разными случаями поток жидкости, например, между моделью самолета и его полноразмерной версией. Такое масштабирование не всегда является линейным, и применение чисел Рейнольдса к обеим ситуациям позволяет разработать коэффициенты масштабирования. Ситуация потока, в которой кинетическая энергия значительно поглощается из-за действия молекулярной вязкости жидкости, приводит к ламинарному режиму потока . Для этого в качестве ориентира используется безразмерная величина — число Рейнольдса ( Re ).

В отношении ламинарного и турбулентного режимов течения:

  • ламинарный поток возникает при низких числах Рейнольдса, где преобладают силы вязкости, и характеризуется плавным, постоянным движением жидкости;
  • турбулентный поток возникает при высоких числах Рейнольдса и в нем преобладают силы инерции, которые имеют тенденцию создавать хаотические водовороты , вихри и другие нестабильности потока.

Число Рейнольдса определяется как

резнак равноρvLμ,{\ Displaystyle \ mathrm {Re} = {\ frac {\ rho vL} {\ mu}} \ ,,}

где:

  • ρ — плотность жидкости ( единицы СИ : кг / м 3 )
  • v — характерная скорость жидкости относительно объекта (м / с)
  • L — характерный линейный размер (м)
  • μ представляет собой динамическую вязкость из жидкости (Па · с или Н · с / м 2 или кг / (м · с)).

Хотя не существует теоремы, напрямую связывающей безразмерное число Рейнольдса с турбулентностью, потоки с числами Рейнольдса, превышающими 5000, обычно (но не обязательно) турбулентны, тогда как потоки с низкими числами Рейнольдса обычно остаются ламинарными. В потоке Пуазейля , например, турбулентность может сначала поддерживаться, если число Рейнольдса больше критического значения около 2040; более того, турбулентность обычно перемежается с ламинарным потоком до тех пор, пока число Рейнольдса не станет больше, примерно 4000.

Переход происходит, если размер объекта постепенно увеличивается, или вязкость жидкости уменьшается, или если плотность жидкости увеличивается.

Стоит ли бояться летать

Турбулентность

Мой страх полетов прошел после детального изучения информации. Пришлось перерыть немало профессиональных форумов, изучить множество статей. Зато теперь я знаю про турбулентность в самолете, что это не так страшно. Однако необходимо правильно себя вести во время полета.

  • Естественная тряска борта не способна сильно навредить пассажирам, а тем более самому борту. Главное – соблюдать правила безопасности: пристегнуть ремни, не передвигаться по лайнеру. Лучше всего выключить звук в наушниках, чтобы слышать инструкции, которые дают бортпроводники.
  • Зоны с сильной болтанкой, как например, грозовые фронты, пилоты заблаговременно обходят стороной. Для этого у них есть метеорологические иллюстрации с прогнозами погоды. Если случается форс-мажор, лайнер уходит на запасной аэропорт. Намеренно в зону сильной болтанки борт никогда не направляют.

Подписывайтесь на мой блог, делитесь полезной информацией с друзьями. Спокойных вам полетов!

Явление

Данный процесс сопровождается колебаниями самолета, которые возникают из-за смешивания воздушных потоков. Они бывают нисходящими и восходящими. Другие названия этого явления — болтанка или воздушная яма.

Чаще всего авиалайнеры попадают в зону слабой и умеренной болтанки. При слабой колебания незначительны, поэтому у пилотов не возникает проблем во время управления самолетом.

Сильная тряска может стать причиной авиакатастрофы. Это связано с ухудшением управляемости и устойчивости воздушного судна, выхода из строя бортовой навигации. Мощная вибрация может вызвать серьезные неполадки оборудования.

Такое возможно при попадании самолета в грозовые облака, но пилоты всегда стараются облетать подобные зоны. Однако завихрения воздушных потоков происходят и по краям грозового фронта. Они не отображаются на навигаторах, поэтому облететь зону тряски не всегда возможно. К тому же лайнер не может кардинально сменить направление полета, поскольку между суднами необходимо выдерживать безопасную дистанцию.

Некоторые пассажиры уверены, что при попадании лайнера в зону турбулентности, пилоты ничего не предпринимают. Но это не так. Для таких случаев существуют инструкции, к примеру, пилоты снижают скорость для уменьшения сопротивления.

Большинство также интересуется тем, может ли произойти падение самолета в такой ситуации. Переживать по этому поводу не стоит, поскольку конструкция современных суден выдерживает самые сильные порывы ветра. Но в теории такое возможно, поэтому системы безопасности авиалайнеров с каждым годом усовершенствуются.

Чем опасна турбулентность для пассажиров?

Почему мы несколько раз акцентировали внимание на ремнях безопасности? Потому что травма — самая распространенная опасность для пассажиров при «болтанке». Если вы не успели занять свое место, пренебрегаете правилами безопасности, вы можете упасть, удариться головой и получить серьезную травму, либо сломать руку или ногу

Также бывали ситуации, когда в такие моменты путешественникам на голову падали вещи из отсека ручной клади. Был зафиксирован случай, когда чемодан стал причиной перелома шеи пассажира. Именно поэтому авиакомпании устанавливают ограничения для ручной клади по весу, а бортпроводники внимательно проверяют все отсеки перед взлетом.

Опасна турбулентность и паникой, которая способна быстро распространиться по салону. В приступе неконтролируемого страха некоторые пассажиры могут повести себя неадекватно, а у кого-то «прихватить» сердце. Здесь как раз и помогут дыхательные упражнения.

Действия пассажиров

Тряска при турбулентности не так страшна самолету, как людям. Чтобы избежать последствий следует придерживаться таких правил, если судно начинает трясти:

  • Запрещено вставать со своего места.
  • Необходимо пристегнуть ремни безопасности и не отстегивать их, пока самолет не выйдет из зоны турбулентности.
  • Не поддавайтесь панике — сделайте несколько глубоких вдохов и постарайтесь успокоиться.
  • Планшет, мобильный телефон, любую другую технику стоит упаковать в чехол, чтобы избежать их повреждения.
  • Если верхние багажные отсеки открылись, не следует вставать с места, чтобы закрыть их. В таком случае прикройте голову руками или пледом, чтобы избежать травм головы, шеи.
  • Нельзя пренебрегать техникой безопасности и предупреждениями бортпроводников.

Даже если очень нужно отойти в туалет, лучше переждать тряску в кресле, обязательно зафиксировав себя ремнем безопасности.

Путешественники, часто совершающие авиаперелеты знают, почему возникает турбулентность. А вот новичков это явление пугает, но не стоит его бояться. Главное — четкое соблюдение указаний бортпроводников. Самолет во время полета может пройти несколько зон тряски и не факт, что пассажиры смогут их ощутить. Поэтому турбулентность зачастую не представляет серьезной угрозы.

В советской науке

До 1917 года в российской науке пользовались термином беспорядочное течение. В 1938 году Капицей было открыто турбулентное течение в квантовых средах — сверхтекучем гелии. В жидком гелии есть два типа звука — первый и второй, они могут создавать волновую турбулентность на его поверхности.

В 1941 году А. Н. Колмогоровым и A. М. Обуховым создана теория однородной турбулентности для несжимаемых течений при больших числах Re. Затем в 1960-е годы было начато изучение нелинейных волн, солитонов.

В 1970-е годы в СССР В. Е. Захаровым была изучена слабая или «волновая» турбулентность волн на поверхности воды (её называют вырожденной). Турбулентность внутри сред назвали сильной.

В 1975 году введено понятие фрактал математиком Бенуа Мандельбротом. А константа Фейгенбаума, используемая при описании фрактальной среды с детерминированным хаосом, была получена в . Тогда же был открыт сценарий Фейгенбаума (или субгармонический каскад) — частный вид перехода к турбулентности.

Физикам было непонятно, почему при хаотическом движении, похожем на Броуновское, в жидкости или газе вдруг миллиарды молекул сворачиваются в кольцо. В начале 80-х годов Ю. Л. Климонтович, профессор МГУ им. Ломоносова, выдвинул гипотезу о том, что турбулентность — это не хаотичное, а высокоорганизованное, упорядоченное течение. И что энтропия при переходе от ламинарного к турбулентному течению уменьшается. Поэтому спонтанно образуются различные структуры. Он предложил свой критерий, на основе «S-теоремы», по которому можно было рассчитать степень упорядоченности сплошной среды, используя величину производства энтропии. Он не знал, что сценарий Фейгенбаума и другие их виды встречаются в реальных турбулентных средах и считал, что модели сплошной среды недостаточно для появления турбулентности и в уравнении Навье — Стокса нет турбулентности. Поэтому даже для простого движения воды он вводил в уравнения некие искусственные дополнительные флуктуационные члены, что было ошибкой. Аналогично вводил дополнительные члены в уравнения сохранения импульса или движения О. Рейнольдс.

Его «S-теорема» была очень плохо изложена для экспериментаторов и было непонятно, как её применять в эксперименте и чем она лучше понятия K-энтропии. Она противоречила многолетней практике инженеров. Они часто использовали подход, когда энтропия была постоянной для течения (модель изэнтропического газа).

Турбулентность ясного неба

Отсутствие на небе каких-либо облаков не говорит о том, что турбулентности не будет. На высоте от 5000 м может возникнуть так называемая турбулентность  ясного неба. Такое явление характерно для горной местности с подветриваемой стороны склона. При обтекании гор воздушны поток отклоняется от прямолинейного направления, деформируется и образует зоны повышенной турбулентности. Распределение  зон меняется по высоте: в нижней и верхней частях — максимальна, а в средней минимальна.

При невозможности изменить курс полета, воздушные судна должны в строгом порядке выдерживать определенное расстояние, чтобы избежать столкновения.

Турбулентность

Турбулентность в горах

Может ли самолет упасть из-за турбулентности? За все время по причине турбулентности ясного неба произошло пять крупных авиакатастроф. При условиях полного отсутствия облаков произошло разрушение самолета, совершавшего рейс из Токио в Гонконг. Специалисты установили, что виной гибели всех пассажиров рейса и экипажа стала необычно высокая турбулентность у склонов Фудзи.

Другим примером является крушение авиалайнера, совершавшего посадку в одном из аэропортов Аляски. Версию трагедии из-за турбулентности сразу не рассматривали, поскольку она противоречила прогнозам гидрометеоцентра. Однако впоследствии был зафиксирован отток арктических масс, что послужило образованию аномальной воздушной волны и зоны турбулентности.

1 мая 2017 года по всем отечественным новостным каналам прошло сообщение о попадании боинга 737, совершавшего рейс из Москвы в Тайланд, в зону турбулентности ясного неба. Установить факт приближения воздушной ямы и избежать попадания в нее судна было невозможно, поскольку ни один прибор ее не зафиксировал. В результате резкого прыжка боинга на 200 м пассажиры получили множественные травмы и переломы.

Согласно статистическим данным, за год возникает в среднем около 1000 случаев прецедентов, связанных с неустойчивостью атмосферы в ясном небе. В основном они приводят задержкам рейсов, что наносит большой материальный ущерб авиакомпаниям-перевозчикам.

Турбулентность в технике

Её стараются либо подавить, либо искусственно создать.

У самолётов ставят винглеты — загнутые кверху законцовки крыла. Они экономят до 4 процентов топлива, так как при этом уменьшается размер и число образуемых за крылом вихрей, которые уносят с собой полезную кинетическую энергию (это так называемые волновые потери).

В тех случаях, когда возникает переходный режим от ламинарного к турбулентному, могут возникать колебания давления, подъёмной силы. Поэтому по всей длине крыла ставят вихрегенераторы (изогнутые скобы). Они стабилизируют параметры потока. Течение после них всегда турбулентно. Поэтому подъёмная сила крыла постепенно растёт с увеличением скорости самолёта.

Как действовать пассажирам

Важно! Во время возникновения турбулентности ни в коем случае нельзя впадать в панику, вставать со своего места и ходить по салону самолета. В этих случаях существует риск получить травмы из-за падения или удара в момент, когда самолет, вероятно, тряхнет сильнее обычного

Турбулентность

Первое и самое главное правило поведения в самолете в момент возникновения турбулентности – внимательно слушать экипаж судна. Они профессионалы, попадавшие в подобную ситуацию уже сотни раз и точно знающие, ка нужно себя вести.

Нужно делать медленные глубокие вдохи и выдохи длительностью по 5 секунд. Если не напрягаться, а расслабить все мышцы тела, турбулентность будет не так ощутима. Также можно заранее приготовить пакетик на случай, если возникнет тошнота.

Отчего и когда возникает турбулентность?

Опасные завихрения воздуха возникают в грозовых облаках – потоки воздуха в них легко могут бросить самолет на закритические углы атаки, которые чреваты большими неприятностями.

Но по краям грозового фронта тоже есть завихрения, вот их-то на локаторе не видно. Перед полетом все пилоты проходят брифинг, на котором ознакамливаются со сводкой погоды и выбирают оптимальный маршрут. Однако, если запланирован длительный перелет, точно спрогнозировать  наличие грозовых облаков невозможно.

Еще одной причиной турбулентности могут послужить струйные течения. Это течения скорость которых резко меняется как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Обычно они тянутся на несколько тысяч километров. Чаще всего их можно встретить у восточных берегов США.

 В ясном небе болтанка тоже возникает, но самолет не всегда может изменить эшелон полета из-за плотного трафика в небе. Между самолетами нужно строго выдерживать определенные интервалы во избежание столкновений.

Иногда пассажиры думают, что, будет трясти самолет или нет, зависит от квалификации и навыков пилота. Это большое заблуждение – самолет идет на автопилоте. И только при очень сильной болтанке, когда нужна реакция пилота, автопилот отключают и пилотируют в ручную. Вот от чего зависит,  с какой силой будет трясти, так это от самолета. Чем он больше и тяжелее, тем меньше ощущается турбулентность.

При снижении самолеты также сталкиваются с сильными вихрями ветра. Для экипажа разработаны нормативы параметров полета в болтанку, и, если они выходят за пределы, пилот вынужден уходить на запасной аэродром. Пассажирам этих отклонений не видно, и, когда капитан сообщает им об уходе на запасной аэродром по метеоусловиям, в салоне возникает легкое напряжение… За окном же все чисто, погода ясная, может, шасси неисправно? Все исправно, просто пилот выполняет рекомендации по обеспечению вашей безопасности.

Вот небольшое видео, которое поможет вам разобраться, что такое турбулентность и как она влияет на состояние человека во время полета:

Но не стоит недооценивать турбулентность. Прислушайтесь к рекомендациям бортпроводников и светового табло, займите свое место и пристегнитесь. При сильной болтанке нередки травмы среди пассажиров, кто-то вылетает из своего кресла и ударяется об углы салона или, что встречается чаще, головой о потолок, доходит до переломов.

 Других опасностей, связанный с турбулентностью, нет, самолет никогда не полетит в зону, которая может причинить вред самолету.

Хотите подобрать билеты в путешествие?
Подобрать билеты
03 Фев 2012      Анна Комок     Метки: авиаликбез, турбулентность    

admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий