Нестабильность и термичность

Рождение термика.

Термик - это скопление воздуха, поднимающегося в основной массе по причине того, что он легче окружающего. Термики могут различаться по форме, размерам и силе.

Основа рождения термика - солнечный прогрев поверхности в течении дня. Тепло передается прилегающему воздуху. Если прогрев медленный, то теплый воздух может подниматься в легком, непрерывном потоке, столбе. При более быстром прогреве могут образовываться пузыри, оставаясь на поверхности и увеличиваясь до внезапного отрыва. На рис 52 показана ситуация, имеющая место над нагревающейся поверхностью.

а) медленный нагрев б) рост слоя нагрев. в) отрыв

и циркуляция воздуха ( купола ) рис 52

Условия подъема воздуха.

Для того чтобы воздух начал подниматься после нагрева нужны еще некоторые условия. Самого нагрева еще не достаточно.

Толчком для начала подъема может служить:

нерегулярность ветра

проезжающий транспорт

в штиль любые неровности могут служить инициаторами потока см. рис 53

рис 53

4.

рис 54

5. толчком для термической деятельности над наклонной территорией может послужить движение облаков. Земля может быстро охладится, когда облака закрывают солнце. Быстрое движение холодного воздуха вниз к подножию холма может послужить толчком для отрыва термика.

Источники термических потоков.

Источники термиков очень близко связаны с причинами их возникновения. Термический источник - это место, над которым возникают тепловые восходящие потоки.

Хорошим источником термиков является быстро прогреваемая солнцем земля. Это вспаханные поля, асфальт, злаковые или скошенные поля, кварталы городов, небольшие скальные участки в горах. Большие скалы - во второй половине дня. Повернутые к солнцу склоны гор или холмов. На рис 55 проиллюстрирован прогрев вогнутого и выпуклого склона.

Рис 55

Существует несколько причин почему в горах лучше образуются потоки:

Если горы высокие, то они лучше освещены солнцем из-за более тонкого слоя атмосферы над ними.

Склоны часто ориентированны так, что солнечные лучи падают на них перпендикулярно.

Воздух над горами более холодный (из-за высоты), чем в долинах, в то время как температура поверхности примерно одинакова, а значит перепад температур больше.

Поэтому термики над возвышенностями возникают раньше, чем над долиной, они более мощные и чаще возникают в течении теплой части дня.

В пустынях и местностях с однообразным рельефом более высокие точки будут наиболее вероятным местом существования потоков. См рис 55

рис 56

Как ни удивительно, но водоемы могут служить источником термиков. Например когда холодный воздух натекает на крупное водное пространство, он нагревается и могут образовываться широкие, спокойные, но слабые потоки.

Неглубокие водоемы вечером могут служить источником потоков из-за медленного остывания воды.

Термические циклы.

Солнечный прогрев имеет суточные и сезонные циклы.

Время циклов может сильно меняться в зависимости от поверхности и облаков. Например западные склоны достигают пика прогрева на 3-4 часа позже, чем горизонтальная поверхность.

Дымка или облачность могут сильно уменьшить солнечный прогрев и исключить образование термических восходящих потоков.

Термическая активность в течении года, в основном, соответствует солнечной активности. Но бывают исключения, когда пик парящих условий в умеренных широтах смещается на осень или весну, когда характерен перенос больших воздушных масс с полюсов. Это приводит к нестабильности.

Часто в течении дня образуются две термические паузы. Пауза ранним утром объясняется тем, что на смену поднявшемуся воздуху приходит более холодный высотный. Его надо прогреть. Вторая пауза возникает вечером, когда регулярная термическая активность падает. Время пауз 30...60 мин.

Реальный градиент.

На рис 58 показано изменение градиента у земли с течением суток. Утром есть наличие инверсионного слоя у земли. Инверсия - это слой воздуха, который с высотой становится более теплым.	Рис 58
Рис 59	Инверсия на высоте может образовываться из-за медленно опускающегося воздуха. См рис 59.

Утренний градиент температуры.

Утренняя приземная инверсия объясняется тем, что земля за ночь остыла и остудила нижний слой воздуха. В горах ночные бризы дующие в долину могут создать слой холодного воздуха до 300 м.

Термики

Размеры и сила термических потоков.

Наиболее характерные размеры термика - это пузырь (скорее медуза) с диаметром примерно около 30м. Если посчитать его объем получим около 15000 м³.

На уровне моря его масса равна 20т. Для его образования необходим слой воздуха с квадратного поля со стороной 100 м и толщиной 1,5 м. Если увеличить термик в 2 раза по диаметру, то его объем увеличится в 8 раз, а масса возрастет до 150 т.

Сила термика определяется по скорости его подъема. Обычно это 1-4 м/с, в пустынях и горах 3-8 м/с. В грозу бывают до 20 м/с.

Термики имеют форму либо струй либо пузырей. Конвективные пузыри более часты для малооблачной погоды с умеренным или сильным ветром. Наиболее крупные пузыри образуются при слиянии нескольких мелких. Процесс объединения наиболее интенсивен в слое 200-500м над поверхностью. В верхней части струй происходит вихревая циркуляция воздуха, имеющая форму тора. Горизонтальное сечение струй имеет форму эллипса, вытянутого вдоль ветра. Скорости восходящего потока максимальны в центре горизонтального сечения (в 2,2раза больше скорости подъема самого пузыря). По краям термика имеется область с нисходящими потоками. В умеренных широтах уровень наибольших скоростей восходящих потоков в среднем расположен в слое 0,7-0,8 км. Вероятность больших скоростей падает с высотой. Высота распространения термических потоков почти всегда определяется величиной перегрева термиков.

Высота термиков.

Максимальная высота термиков зависит от нескольких факторов: высоты слоя инверсии, высоты образования облаков или высоты сухоадиабатического градиента. На рис 60 мы видим как в первом случае поток останавливается инверсионным слоем. Когда термик достигает его он турбулизируется и распадается. Некоторые потоки могут пробить инверсионный слой, если он слаб.

Во втором случае поток достигает уровня точки росы и образует кучевое облако. Идет сильное перемешивание с окружающим воздухом из-за выделяемой при конденсации энергии скрытого тепла. При этом перемешивании термик теряет форму и направленность. В третьем случае поток становится все слабее по мере перемешивания с окружающим воздухом. Это называют сухим термиком.

Рис 60

Термические потоки в ветер.

Ветер приводит к более частому отрыву потоков. Когда термик поднимается в ветреную погоду, он смещается по ветру, но имея огромную массу, он в силу инертности двигается медленней. Рис 61 а.

На срезе сильного ветра или в неустойчивый порывистый ветер на разных высотах термик может разрываться. Рис 61 б.

а) б)

рис 61

Модели термических потоков.

Модели термиков (независимо над пустыней или водой) будут иметь сотовую форму как на рис 62а. Если появляется ветер, то он наклоняет ячейку, а при ветре более 24 км/ч, ячейка ложится и образуется цилиндр с горизонтальной осью. Рис 62 б.

а) б)

рис 62

Улицы облаков.

Бывает несколько причин возникновения облачных улиц:

Постоянно рождающиеся термики над одним и тем же местом.

Облака вдоль горных хребтов (образуются термиками или конвергенцией)

Облака вдоль береговой линией ( конвергенция из-за поворота ветра на суше)

Из-за цилиндрической циркуляции (рис 62 б)

Влияние ветра на облака.

Комбинация термической активности и ветра создают течение, направленное вверх на наветренной стороне и вниз на подветренной. Рис 63 а.

а) б)

Рис 63

На рис 60 б изображено постоянно живущее облако, подпитываемое из одного источника в ветер.

Когда в ветреную погоду поднимается термический поток, он оказывает на воздух влияние аналогичное горе. Перед термиком образуется восходящий динамический поток.

Гроза

Причина грозы.

Грозы развиваются из нормальных термических условий, когда воздух в достаточной степени нестабилен, насыщен влагой и существуют некоторые начальные условия. Первые два условия необходимы. К начальным условиям можно отнести прохождение фронта или наличие горы.

Благодаря влажности происходит накопление энергии скрытого тепла и выделение ее в облаке при конденсации. Эта энергия и есть движущая сила бурь и ураганов.

Цикл жизни грозы.

Жизнь грозы разделяют на три этапа:

Стадия развития

Стадия максимального развития

Стадия разрушения

1. Зарождение грозы - это супер развивающийся термический процесс, растущий обязательно по вертикали. Грозовое облако растет в размерах, достигает высоты, где начинается обледенение верхней части. Оно начинает работать как тепловой насос. Такое облако поддерживает свой рост до сформировавшейся грозовой тучи, если не прекращается подпитка влагой. На этой стадии гроза не влияет на местные ветра, но может угнетать термическую деятельность вокруг. Рис 64

2. Начинается она по достижению облаком наибольшей высоты после уровня замерзания. 10...15 минут после этого ледяные кристаллы растут до града. Один из признаков созревшей грозы - наковальня. Град начинает падать вниз, создавая мощные нисходящие потоки. Часты мощные нисходящие и восходящие порывы способные разрушить параплан. Рис 65

3. С продолжением нисходящих потоков холодные массы переносятся вниз. Этот охлаждающий эффект, а также выпадение осадков прекращают прогрев поверхности и гроза затухает. Рис 66

рис 64 рис 65 рис 66

Разновидности грозы.

Изолированные грозы - это грозы, которые развиваются в середине воздушной массы от конвективных потоков.

Вставные грозы - это грозы, которые находятся внутри большой площади облаков, обычно слоистых.

Грозовой фронт - при быстром холодном фронте.

Высотные грозы - гроза на высоте с точкой росы около 5000 м.

Опасности гроз.

Существуют несколько опасностей связанных с грозой.

Засасывание в облако. Поток воздуха часто до 160 км/ч может засосать в облако любой летательный аппарат. В облаке можно легко потерять ориентацию.

Набор высоты выше 5000 м может плохо закончится для организма. Можно столкнутся с кислородным голоданием и просто замерзнуть.

Турбулентность - все токи вверх и вниз в туче создают мощную турбулентность по типу турбулентности среза. Она может ( и даже делает это ) разрушить летательный аппарат.

Град, дождь и снег. Выпадение осадков начинается неожиданно потому, что процесс нарастания кристаллов льда над уровнем замерзания спонтанный и самоподдерживающийся. Дождь и снег вызывают обледенение. Крупный град может повредить ЛА или травмировать пилота.

Молнии - когда происходит разряд, происходит перенос электрической энергии в различные части грозы, это оказывает влияние на человека: от ощущения легкой боли до болевого шока.

Сильный ветер и нисходящие порывы. Вертикальные порывы вниз бывают на 50% сильнее. Скорость ветра может в несколько раз превышать скорость движения параплана. Подробнее рассмотрим это в следующем разделе.

Нисходящие потоки и фронт порывистости (шквал).

Когда начинают выпадать осадки, вместе с ними опускаются буквально сотни тонн воздуха. Когда этот объем воздуха достигает земли он распространяется в стороны. Передняя кромка этого холодного воздуха называется фронтом порывистости. Фронт порывистости похож на маленький холодный фронт. Вклиниваясь под теплый воздух он создает турбулентный восходящий поток, облака и турбулентность среза. Фронт может продвигаться вперед в пульсирующем режиме, задаваемом нисходящими потоками.

Рис 67

ПСИХОЛОГИЯ ПИЛОТА

1. Физические факторы

Человек как биосистема.

Человек это биосистема которая не может или с трудом функционирует при нарушении функционирования какой-то ее части. Автономное плавание на параплане быстро закончится посадкой у кустов при расстройстве кишечника. Любая травма отражается на деятельности всего организма. Причем простой перелом при ненадлежайшей помощи может окончиться летально.

Условия жизнедеятельности человека.

К условиям жизнедеятельности можно отнести температуру, давление, влажность окружающего воздуха. Количество кислорода и углекислого газа. При 50⁰ морозе не каждый рискнет полетать в открытой парапланерной подвеске. Если воздух очень сухой и горячий, то Вам не обойтись без запаса воды в полете.

Силы и перегрузки действующие на пилота.

В полете на организм пилота действуют постоянные нагрузки: нагрузки на управлении, перегрузки при маневрировании, постоянство позы. При турбулентности пилот буквально потеет от физических и эмоциональных нагрузок в полете.

Требования к физическому развитию пилота.

Для пилота выходного дня физические требования самые простые: он должен подняться на гору, да и полет в простых метеоусловиях не сильно напрягает организм. Для спортсмена и тест-пилота физическая подготовка должна быть на высоте. Иногда пилот попадает в ситуации очень быстрого вращения с перегрузкой 4G, где необходимо двигать руками имеющими 4 кратный вес и в условиях присутствия гироскопического эффекта от вращения. При таких перегрузках может происходить расширение кровеносных сосудов ног и брюшной полости, что вызывает отток крови от мозга и приводит к потере сознания. Первые признаки это ухудшение зрения.

2. Психология пилота

Психический образ полета.

В процессе полета у пилота формируется так называемый психический образ полета. Это пространственное, временное представление о своем положении в воздухе, представление процессов обтекания крыла и прогноз дальнейшего развития событий. Появляется этот образ только после накопления некоторого опыта. Широко распространенное название психического образа полета - чувство полета.

Психическое состояние пилота.

Что должен знать пилот о своей психике, чтобы уберечься от неприятных явлений, чреватых аварий? Можно выделить пять режимов психической деятельности человека.

1. Сверхсознательный интуитивный

2. Подсознательный интуитивный

3. Рассудочный

4. Эмоциональный

5. Рефлекторный

2й режим для любого человека является обычным для его психического состояния. Большинство наших движений мы совершаем подсознательно, мы не контролируем сознанием наши движения. Психический образ происходящего развивается синхронно с реальными событиями. Мозг воспринимает, анализирует и выдает команду мышцам на движение не позднее, чем через 2 с после того, как происходит реальное событие. Правильность действий основана на прошлом опыте и знаниях человека. Если их не хватает, то мозг может принять ошибочное решение, находясь при этом в интуитивном режиме. Эти ошибки называют истинно ошибочными действиями пилота.Столкнувшись с явлением, не имеющим аналога в прошлом опыте, мозг переходит в режим рассудочной деятельности. Разрыв между восприятием и командой на мышечную деятельность становится гораздо большим, чем 2 с. За это время ситуация может существенно измениться. Человек теряет способность воспринимать образ действительности в целом. Им выделяется главный, по его мнению, фрагмент ситуации, а остальные игнорируются. Образуется временное отставание психического образа от реальных событий. Это отставание чревато дефицитом времени, когда пилот просто не успеет что-либо предпринять.

Чтобы скомпенсировать отставание, мозг начинает функционировать в эмоциональном режиме. При этом психический образ опережает развитие реальной ситуации. Пилот при этом действует в спешке. Возврат из эмоционального режима в интуитивный возможен только через рассудочный. Если события продолжают развиваться опасно и наступает острый дефицит времени, действия пилота могут стать рефлекторными, полностью оторванными от реальности.

Как правило, эмоциональный и рассудочный режимы периодически сменяют друг друга. Самая большая вероятность совершить ошибку существует в рассудочном и эмоциональном режимах. Поэтому пилот должен их всячески избегать. В рассудочном режиме может и должен действовать начинающий пилот при обучении. Задача инструктора поставить учлета в такие условия, когда у него будет время на обдумывание. Обучение заканчивается с переходом пилотирования на интуитивный уровень.

Страх.

Страх – совершенно нормальная реакция человеческого организма, это комбинация эмоциональной тревоги и биологического «стрессового отклика»

Страх является причиной перехода сознания пилота на другие режимы деятельности. Различные степени страха переводят мозг из интуитивного режима в эмоциональный или сразу в рефлекторный. Но возможен и переход в сверхсознательный уровень, когда пилот единственно правильно выходит из практически неразрешимых ситуаций.

То, что мы называем страхом, на самом деле – сложное взаимодействие мозга с телом. К сожалению, этот механизм частенько дает сбои: страх может иметь почву, а может быть воображаемым, который вползает в нас одним из многочисленных сенсорных путей. Информация иногда не доходит до сознательного уровня, или доходит в искаженном виде.

Стрессовый отклик

Это достаточно хорошо описанный физиологический процесс. В этом процессе непосредственно принимают участие мозг, нервная система и химическая сигнальная система тела. Стрессовый отклик запускает процесс вырабатывания различных сигнальных веществ: эндорфин, кортизол, альдостерон и адреналин.

Эндорфин – это натуральный опиат, действующий как героин, снимая боль и вызывая эйфорию. Кортизол ускоряет обмен веществ и впрыскивает в кровь сахар. Альдостерон стимулирует почки на удержание соды, что увеличивает объем циркулирующей крови. Адреналин усиливает все эти процессы, повышает кровяное давление и КПД сердца. Он также регулирует распределение крови в организме, направляя ее преимущественно в голову и мышцы, обесточивая пищеварительную систему, стимулирует потоотделение и повышает возбудимость нервной системы.

Этот механизм был тщательным образом настроен природой, он стимулирует мозг, нервную систему, увеличивает объем прокачиваемой крови и направляет ее туда, где она наиболее необходима, являясь своеобразным турбонаддувом. Увеличивает объем крови на случай кровотечения, производит анестезию, когда больно, и даже смачивает потом ладони и ступни для лучшего сцепления.

Предстартовое волнение – это просто часть стрессового отклика, готовящегося к предстоящему испытанию. Исследования ВВС США показали, что повышенное волнение значительно улучшает реакцию пилота, но только до определенного предела. График зависимости КПД человека от уровня стресса напоминает зависимость Су от угла атаки. После критического барьера наступает срыв контроля человеком ситуации.

Время.

Под воздействием страха изменяется время восприятия. В несколько секунд реальных событий могут растянутся до десятков секунд и пилот может разрешить ситуацию.

3. Медицинская помощь

Статистика травм на параплане.

Кроме мелких порезов о траву, грунт, ссадин идут переломы ног, рук. Компрессионные переломы позвоночника. Очень редко травмы головы.

Аптечка.

На каждых сборах пилоту рекомендуется иметь индивидуальную аптечку. Она должна находится в подвесной системе. Особенно это необходимо при полетах вдали от дельтадромов.

Минимальный состав аптечки:

Бинт стерильный или индивидуальный перевязочный пакет.

Лейкопластырь обычный и бактерицидный

Два не стерильных бинта

Кровоостанавливающий жгут или кусок веревки 3-5мм длиной 1 м.

Анальгетики (анальгин, баралгин, пентальгин, трамал, промедол) в таблетках, ампулах с одноразовым шприцом, шприц тюбиках.

Спирт как обеззараживающее

Нож

Спички или зажигалка

Сигнальные средства

Содержимое аптечки необходимо упаковать в небьющейся и герметичной упаковке. Дополнительно к общей аптечке на сборы можно добавить: перекись водорода, марганцовка, нашатырный спирт, сердечные средства (валидол, нитроглицерин - дают под язык), антиаллергические средства и т.д.

Срочная помощь.

Рекомендуется специальная литература.