Турбулентность (от лат. turbulentus — бурный, беспорядочный) — это физическое явление, при котором в потоке жидкости или газа самопроизвольно возникают фрактальные и линейные волны различных размеров. Применительно к авиации турбулентность представляет собой разного рода колебания самолёта, которые возникают в результате вихревых потоков ветра, нисходящих и восходящих.
Обычная болтанка, возникающая при пролёте через некоторые виды облаков, безопасна. Самолёт спроектирован так, чтобы выдерживать возникающие при этом перегрузки, и пассажиры могут почувствовать лишь небольшое покачивание. Сильная турбулентность, иногда происходящая в верхних слоях атмосферы, может привести к более ощутимой тряске в салоне. Поэтому пилоты при обнаружении турбулентности включают табло «пристегните ремни» и просят пассажиров занять свои места.
Из-за чего возникает турбулентность?
Причин возникновения турбулентности очень много: завихрение от торцов крыльев, неравномерное прогревание воздуха, встреча воздушных масс, температура которых различается, и многое другое.
Опасные завихрения воздуха зачастую возникают в грозовых облаках. Они хорошо видны на специальном локаторе в кабине пилота, и, если есть возможность, их облетают. Однако по краям грозового фронта тоже есть завихрения, их на локаторе не видно. Поэтому облететь зону турбулентности не всегда возможно.
В ясном небе болтанка тоже возникает, но самолёт не всегда может изменить эшелон полёта из-за плотного трафика в небе. Между самолётами нужно строго выдерживать определённые интервалы во избежание столкновений.
С сильными вихрями ветра самолеты также часто сталкиваются при снижении. Для экипажа разработаны нормативы параметров полёта при болтанке, и, если они выходят за пределы, пилот вынужден уходить на запасной аэродром.
Ещё одной причиной турбулентности могут послужить струйные течения. Это течения, скорость которых резко меняется как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Особенностью таких течений является то, что они могут тянуться на несколько сотен тысяч километров. Чаще всего их можно встретить у востока США.
Большим заблуждением является то, что болтанка зависит от квалификации и навыков пилота. Самолёт идёт на автопилоте, и только при очень сильной тряске, когда нужна реакция пилота, начинают пилотировать вручную. То, с какой силой будет трясти самолёт, больше зависит от его конструкции. Чем он больше и тяжелее, тем меньше ощущается турбулентность.
Опасна ли турбулентность?
Многие люди, страдающие от аэрофобии, боятся попасть в зону турбулентности. Но специалисты успокаивают: за 120 лет истории авиации не произошло ни одной катастрофы, причиной которой была бы или могла бы быть турбулентность.
Однако при сильной болтанке есть риск получить серьёзные травмы. Бывали случаи, когда пассажиров выбрасывало из кресел, из-за ударов об углы салона они получали ушибы и переломы. Опасность также представляют чемоданы, которые могут выпасть из багажных отсеков, расположенных над креслами. Чтобы избежать неблагоприятных ситуаций, необходимо соблюдать технику безопасности и беспрекословно исполнять все команды бортпроводников.
Несколько десятков пассажиров получили травмы и переломы, когда 1 мая 2017 года самолет, летевший из Москвы в Таиланд, попал в зону турбулентности. C этим явлением хотя бы раз в жизни сталкивался почти каждый, кто летает самолетами. Indicator.Ru рассказывает, что такое турбулентность, в чем состоит особенность турбулентности ясного неба и при чем тут изменение климата.
Что такое турбулентность?
Под понятием «турбулентность» обычно понимается ситуация, в которой самолет начинает очень сильно трясти. С точки зрения физиков, турбулентность - это образование линейных и нелинейных волн при возрастании скорости течения жидкости или газа в среде. Обычно это явление характерно для пристеночных слоев слабовязких жидкостей и газов, а также для случая, когда плохообтекаемые тела находятся на некотором расстоянии друг от друга.
В природе турбулентность проявляется не только в воздухе, но и в мировом океане. Так, животные научились извлекать из потока энергию: движением плавников и крыльев они разрушают поверхностные волны и создают особую структуру турбулентности.
Атмосферная турбулентность, при которой массы воздуха постоянно перемещаются как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной, характеризуется образованием воздушных ям из-за резких перепадов температур и скорости ветра.
Ирина Горлач, ведущий научный сотрудник кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ , рассказала, что на возникновение турбулентности влияет несколько факторов, преимущественно орография и воздушные потоки. В свою очередь, от высоты горного рельефа, скорости, направлений и интенсивности потоков зависят условия турбулентности.
Чем чревата турбулентность ясного неба
На высоте выше пяти километров может наблюдаться такое явление, как турбулентность ясного неба (ТЯН). В отличие от других видов атмосферной турбулентности, она возникает при ясной погоде или при наличии облаков верхнего яруса, и ее достаточно сложно заметить заранее. Ученые установили, что гораздо чаще это явление происходит над гористой местностью, в особенности с подветренной стороны склона.
Вместе с тем турбулентность ясного неба трудно прогнозировать из-за резкой локализации в окружающем потоке, динамики размеров и длительности явления. Более того, турбулентность ясного неба невозможно зафиксировать с помощью радаров. На сегодняшний день ее предсказывают через косвенные признаки, указывающие на вероятность явления, и строят прогностические модели, основанные на ряде факторов.
Основные работы по разработке методики прогнозирования турбулентности ясного неба пришлись на 90-е годы ХХ века, и с тех пор практически ничего не изменилось. Так, согласно методу, составленному Гидрометцентром России, основными разновидностями механизма гидродинамической неустойчивости являются гидродинамическая неустойчивость основного потока, стратифицированного по ветру и температуре, неустойчивость внутренних волн в устойчивом потоке и неустойчивость критического уровня.
Успешность прогноза также обусловлена тем, что повторяемость ТЯН во многом зависит от региона. Рассчитывают индексы турбулентности ясного неба и за рубежом, в частности в Великобритании, США и Канаде.
За последние 50 лет произошло пять авиакатастроф, причиной которых стала турбулентность ясного неба. Так, в 1966 году самолет, летевший из Токио в Гонконг, разрушился в воздухе при полном отсутствии облачности. В результате погибли все находившиеся на борту пассажиры.
Как показало расследование, причиной аварии стала аномально сильная турбулентность вблизи склонов Фудзи, которая превышала допустимые нагрузки на конструкцию. В том же году похожая авиакатастрофа произошла в США, в штате Небраска: самолет обходил мощную грозу, попал в турбулентность и также разрушился в воздухе.
Спустя два года, в декабре 1968 года, авиалайнер, заходивший на посадку в аэропорт Илиамна (Аляска), внезапно развалился. Пилоты, летавшие неподалеку от места крушения, рассказали, что столкнулись с сильной турбулентностью. Это противоречило официальному прогнозу погоды, поэтому к расследованию привлекли независимого эксперта, который сделал вывод, что из-за оттока арктических воздушных масс в регионе образовалась воздушная волна, в которой и образовалась зона турбулентности.
Одна из крупнейших аварий произошла в 2001 году в Нью-Йорке. Когда авиалайнер вылетал из аэропорта, он попал в воздушное течение, которое создал другой самолет. Оставшееся от авиалайнера воздушное течение в виде вихрей, срывающихся с законцовок крыла летящего самолета (в авиации это явление называют спутным следом или спутной струей), послужило причиной турбулентности. Вызванная перегрузка привела к тому, что вертикальный хвостовой стабилизатор оторвался, и самолет рухнул на жилой район.
Число прецедентов попадания в турбулентность ясного неба по разным источникам колеблется от 750 до 1500 случаев в год. К счастью, большая их часть не наносит никакого вреда пассажирам и экипажу, однако задержки рейсов и перебои из-за турбулентности наносят вред авиакомпаниям. Так, только в Соединенных Штатах ущерб составил больше 500 млн долларов в год.
Один из наиболее насущных вопросов состоит в том, увеличится ли число попаданий авиалайнеров в зону турбулентности ясного неба. Доктор Пол Уильямс из Университета Рединга в Великобритании утверждает, что повышение уровня углекислого газа в атмосфере и глобальное изменение климата могут привести к усилению турбулентности ясного неба в три раза.
По мнению исследователей, построивших компьютерную модель климатических изменений, это произойдет из-за дестабилизации воздушных потоков в области над Атлантическим океаном, где ежедневно совершаются до трех тысяч рейсов. Соответственно, это может поспособствовать увеличению времени в пути и росту цен на билеты.
Тем не менее с этим исследованием согласны не все климатологи. Ирина Горлач прокомментировала: «Между изменениями климата и турбулентностью весьма далекая связь, так как турбулентность в первую очередь связана с распределением потоков. Химический состав, конечно, может влиять, но весьма опосредованно».
Много летать я начал не так давно, ну наверное года три назад всего лишь. До этого вообще думал, что лучше никогда летать не буду - там страшно и опасно. Когда начал летать первые разы и попадал в какую то тряску и качку самолета, то думал - ну все, конец, а я ведь так мало пожил. Жена тоже потом призналась, что во время тряски самолета мысленно уже прощалась со всеми и думала, что самолет уже падает.
Да все наверное попадали в большую, среднюю или мелкую турбулентность во время полета. Кто то спит себе спокойно как в маршрутке, кто то сидит бледный, вцепившись руками в подлокотники.
А может ли вообще самолет упасть от турбулентности?
Если коротко, то ответ: “нет”. И не закатывайте глаза, подыскивая убойные аргументы против такого ответа. Несмотря на очень неприятные субъективные ощущения, турбулентность сама по себе никогда не заставит самолет упасть на землю. Пилот Патрик Смит в AskThePilot.com пояснил, что даже самые жесткие перемещения воздушных масс не могут перевернуть самолет или разорвать его на несколько частей.
Турбулентность может стать причиной поломки. Но это происходит крайне редко. В этой связи часто цитируют инцидент полувековой давности 1966 года, когда сильная турбулентность разорвала Boeing 707 возле вулкана Фудзияма, к которому пилот захотел подлететь поближе, чтобы лучше рассмотреть японскую достопримечательность. Порывы ветра в том месте достигали 140 миль в час, что и погубило всех, кто был на борту.
Но с тех пор инженеры проделали серьезную работу. Конструкция самолетов стала более устойчивой к таким нагрузкам. Современные пассажирские лайнеры способны взлетать под углом 90 градусов к горизонту, поэтому никакие порывы ветра на Земле им не страшны. Dreamliner 787, например, оснащен специальными датчиками, позволяющими точно прогнозировать расположение зон турбулентности. Вместе с тем, сочетание неблагоприятных погодных условий и других факторов (например, ошибка пилота) могут привести к катастрофе.
Профессор Роберт Шерман из Национального центра исследований атмосферы (США) говорит, что история зафиксировала пару случаев, когда очень сильные порывы воздуха срывали двигатели с крыльев. Но даже в этих обстоятельствах самолет благополучно садился на аэродроме.
Если турбулентность очень сильная, то пилоты могут внести коррективы в маршрут или совершить посадку в другом месте. Но и по этому сценарию ситуация развивается очень редко. При этом условия могут быть не настолько ужасными, чтобы причинить вред самолету. Обычно экстренная посадка совершается из-за того, что кто-то из пассажиров пренебрег командой “Пристегните ремни” и теперь ему требуется срочная медицинская помощь.
Недавно была популярная в СМИ история, как в одной из серьезных турбулентностей несколько пассажиров получили серьезные травмы.
"Самолет Boeing 777 неожиданно попал в зону сильной турбулентности перед началом снижения. То есть, обязательства пристегнуть ремни на этот момент отсутствовало. В результате сильного толчка самолет подбросило на 100-200 метров вверх, часть не пристегнутых пассажиров по инерции оказались выброшены в проход и получили травмы", - сказал источник. Некоторые пассажиры даже ударились головами об потолок.
"Турбулентность, в которую попал Boeing 777, в авиации известна как "Турбулентность ясного неба". Ее основная особенность в том, что возникает она не в облаках, а в чистом небе с хорошей видимостью, где метеорологический радиолокатор не может уловить ее приближение. Поэтому у экипажа нет возможности предупредить пассажиров о необходимости вернуться на свои места", - говорится в сообщении перевозчика.
Как пилоты воспринимают вхождение самолета в зону турбулентности?
Их заботит две вещи: комфорт пассажиров и собственная безопасность.
Следует иметь в виду, что в воздухе пилоты разных самолетов общаются друг с другом “в режиме реального времени”. Они сообщают о наблюдаемых явлениях в атмосфере. Если кто-то попал в “болтанку”, то его соседи в небе тут же узнают об этом. Также эта информация передается диспетчерам на земле.
Пилоты могут слегка изменять свой маршрут, чтобы обойти зону турбулентности. Но это оборачивается дополнительными затратами топлива и времени. Поэтому некоторые из них не обращают особого внимания на турбулентность.
Эксперты советуют не спешить отстегиваться и бежать в туалет сразу после выхода из зоны турбулентности или взлета.
Самое безопасное положение во время полета - расслабиться в кресле, пристегнувшись ремнем. Помните: турбулентность - это нормально.
источники
Что такое зона турбулентности, я знаю уже не понаслышке. Эта неприятная ситуация застала нас с мамой врасплох во время длительного перелета через океан на Шри-Ланку. Расскажу об этом подробнее.
Что такое зона турбулентности – научное объяснение
По-научному это звучит, как колебания воздушного судна во время сталкивающихся потоков ветра . Вроде бы и ничего страшного. Но турбулентность бывает разная: например, когда самолет попадает в зону грозовых облаков, он также сталкивается с завихрениями, но более мощными. Это уже более опасное явление, но, к счастью, встречается не часто, так как пилот перед вылетом ознакамливается с погодными условиями и планирует маршрут во избежание подобных ситуаций.
Но во время многочасового перелета точно предсказать наличие этих облаков достаточно трудно , поэтому нужно быть морально готовым к любой ситуации. Тем более, в 99% случаев все оканчивается благоприятно.
Если вы попали в зону турбулентности
Во время перелета через океан по дороге на Шри-Ланку мы как раз оказались в зоне турбулентности. Погасло все освещение , воздушное судно начало качать во все стороны , а капитан по громкоговорителю объявил: «Наш самолет попал в зону турбулентности , просим пристегнуть ремни и занять места». Бабушка с внучкой сзади сразу стали креститься и читать молитвы, мужчина справа с недовольным видом пристегнул ремень, а я просто положила паспорт в нагрудный карман (мало ли?) и молча начала смотреть в LED-экранчик, который висел передо мной. Мы летели лоу-костом компании Fly Dubai и впереди каждого кресла висел интерактивный экран, на котором отображалась карта и наш летящий самолетик. В тот момент он как раз находился над океаном, а вокруг была гроза.
По ощущениям турбулентность напоминала мне американские горки. Самолет неожиданно проваливался в воздушные ямы, в момент чего у меня замирало сердце, а затем кренился и качался из стороны в сторону.
А вот когда начали открываться верхние полки с ручной кладью , стало уже не совсем не смешно. Конечно, стюардесса тут же прибежала и все позакрывала, всех успокоила, но пассажиры явно паниковали – кто-то закрывал от страха глаза, кто-то втихаря попивал алкоголь из Дьюти-фри. Но, к счастью, через полчаса нервов турбулентность закончилась, и мы благополучно отстегнули ремни и продолжили полет спокойно и без происшествий.
Если вы вдруг очутились в зоне турбулентности , то:
- Не паникуйте , в этом нет ничего страшного. Паника передается другим пассажирам – зачем лишний раз нагнетать ситуацию?
- Отключите все электроприборы , если вы не сделали этого раньше.
- Глотните воды и подышите глубоко. Это поможет вам расслабиться.
- Если болтанка не очень сильная – перекусите. Очень часто стюардессы разносят напитки и еду именно во время турбулентности. Это отвлекает пассажиров от ситуации и не дает думать о плохом.
- Турбуле́нтность, устар. турбуле́нция (от лат. turbulentus - бурный, беспорядочный), турбуле́нтное тече́ние - явление, заключающееся в том, что, обычно, при увеличении скорости течения жидкости или газа в среде самопроизвольно образуются многочисленные нелинейные фрактальные волны и обычные, линейные различных размеров, без наличия внешних, случайных, возмущающих среду сил и/или при их присутствии. Для расчёта подобных течений были созданы различные модели турбулентности. Волны появляются случайно, и их амплитуда меняется хаотически в некотором интервале. Они возникают чаще всего либо на границе, у стенки, и/или при разрушении или опрокидывании волны. Они могут образоваться на струях. Экспериментально турбулентность можно наблюдать на конце струи пара из электрочайника. Количественные условия перехода к турбулентности были экспериментально открыты английским физиком и инженером О. Рейнольдсом в 1883 году при изучении течения воды в трубах.
Турбулентность в её обычном понимании возникает в пристеночных слоях слабовязких жидкостей или газов либо на некотором удаленном расстоянии за плохообтекаемыми телами. Скорее всего турбулентность описывается уравнением Больцмана, поскольку характерные масштабы этого уравнения намного меньше масштабов турбулентности. Но вопрос остается открытым, в настоящее время ведутся исследования о применимости этого уравнения для моделирования процесса возникновения турбулентности. Проблема заключается в том, что уравнения движения жидкости (уравнения Навье-Стокса) являются безмасштабными, то есть сами по себе не задают пределов прямого каскада (см. ниже) и таким образом не определяют характерного размера (масштаба) турбулентных вихрей. Тем не менее, на их основе разработано огромное множество математических моделей турбулентности (RANS, LES, DES и DNS модели). Эти модели, за исключением модели DNS, широко используются для инженерных расчетов. Однако до настоящего момента не получено ни одного точного аналитического решения этой системы уравнений для турбулентной области течения.
Обычно турбулентность наступает при превышении критической величины неким параметром, например числом Рейнольдса или Релея (в частном случае скорости потока при постоянной плотности и диаметре трубы и/или температуры на внешней границе среды).
При определённых параметрах турбулентность наблюдается в потоках жидкостей и газов, многофазных течениях, жидких кристаллах, квантовых бозе- и ферми- жидкостях, магнитных жидкостях, плазме и любых сплошных средах (например, в песке, земле, металлах). Турбулентность также наблюдается при взрывах звёзд, в сверхтекучем гелии, в нейтронных звёздах, в лёгких человека, движении крови в сердце, при турбулентном (т. н. вибрационном) горении.
Турбулентность возникает самопроизвольно, когда соседние области среды следуют рядом или проникают один в другой, при наличии перепада давления или при наличии силы тяжести, или когда области среды обтекают непроницаемые поверхности. Она может возникать при наличии вынуждающей случайной силы. Обычно внешняя случайная сила и сила тяжести действуют одновременно. Например, при землетрясении или порыве ветра падает лавина с горы, внутри которой течение снега турбулентно. Мгновенные параметры потока (скорость, температура, давление, концентрация примесей) при этом хаотично колеблются вокруг средних значений. Зависимость квадрата амплитуды от частоты колебаний (или спектр Фурье) является непрерывной функцией.
Турбулентность, например, можно создать:
увеличив число Рейнольдса (увеличить линейную скорость или угловую скорость вращения потока, размер обтекаемого тела, уменьшить первый или второй коэффициент молекулярной вязкости, увеличить плотность среды);
увеличив число Рэлея (нагреть среду);
увеличив число Прандтля (уменьшить вязкость);
увеличив угловую скорость вращения или радиальный градиент температуры (явление цикла индекса);
задав очень сложный вид внешней силы (примеры: хаотичная сила, удар). Течение может не иметь фрактальных свойств.
создав сложные граничные или начальные условия, задав функцию формы границ. Например, их можно представить случайной фун
