ВОЗДУХ

Рис. 208. Как моряк должен знать свойства воды, так и летчик должен всесторонне знать свойства воздуха. Только благодаря при­сутствию воздуха возможны горение и жизнь. Без воздуха ваш мотор — и вы с ним — были бы мертвы. Воздух поглощает влагу океана и затем несет ее на сушу в виде облаков и дождевых туч. Толщина слоя воздуха над землей составляет, примерно, около 320 км. Половина всей массы атмосферы находится в пределах первых 5 500 м высоты, остальная часть — на больших высотах.

Воздух является смесью двух основных газов в соотношении, показанном в А. На рисунке вы можете ясно видеть соотношение между объемом и давлением воздуха. Частицы воздуха непосред­ственно у земли сжаты больше, чем в верхних слоях, так как они выдерживают вес всего воздуха, расположенного над ними. Поэтому на уровне земли (С) воздух обладает наибольшей плотностью. По тем же причинам увеличивается с глубиной плотность воды в океане.

Так как плотность воздуха играет в полете решающую роль, влияя не только на аэродинамическую характеристику самолета, но также и на мощность, развиваемую мотором, вы должны иметь полное представление о состоянии воздуха в различных условиях.

Метр и килограмм являются основными единицами, принятыми для измерения длины и веса; такую же основную единицу мы должны иметь и для измерения атмосферного давления. Эта единица, так называемая стандартная атмосфера, равна давлению столба 760 мм ртути на высоте уровня моря при 15° G. Это значит, что атмосфера оказывает давление, достаточное, чтобы уравновесить столб ртути высотой 760 мм или столб воды высотой 10,3 м, как показано в D.

Для практических целей мы можем принять, что на каждые 100 ж высоты атмосферное давление уменьшается на величину, равную давле­нию столба ртути высотою около 9 мм.

Температура атмосферы уменьшается приблизительно на 0,6° G на каждые 100 м высоты. Это понижение температуры наблюдается до границ стратосферы (около 11 000 ж), после чего температура практически остается постоянной на всех высотах. Летом изменение температуры с увеличением высоты более заметно, чем зимой, когда, как правило, она изменяется меньше, чем на 0,6° G на каждые

-26000м —

1% аргона % г/ небольшое количество других газов ———-

as

Динамическое давление Воздуха 8 зависимости от скорости ветра

‘ГС -.-г г г 533ммpm crri’-T 3000м — г— =Sg

0°С

Стандартное давление атмосферы 7Ь0нцртст на уровне моря ) при 15°С

влажность воздуха в зависимости от температуры

т *3ЛС-‘.т 709ммртст. г* 500м г. *10.5°&’ — т 734ммрт. ст. •’300м -.-т> 45°С,: •••■ 760ммртст ‘

100 м высоты. Однако, различные потоки воздуха на разных высотах могут вызывать известные отклонения в изменении температуры, но во всяком случае эти отклонения не превосходят 2,8° G.

При одной и той же температуре воздух имеет определенную способность поглощать влагу. G повышением температуры тот же объем воздуха поглощает большее количество влаги, как это пока­зано в Е. Когда воздух насыщен настолько, что уже не может больше поглощать влагу, он достигает точки росы при дан­ной температуре и плотности. Предположим (Е-4), что слой воздуха при температуре 22° G насыщен влагой до точки росы. Если теперь эта влага попадет в слой воздуха 3, где темпера­тура ниже и где воздух содержит максимум влаги, возможный для данной температуры, то он должен будет освободиться от избытка влаги, которая выйдет из него в виде воды. Чем быстрее падение тем­пературы, тем быстрее и сильнее конденсация.

Чтобы получить представление о способности воздуха погло­щать влагу при разных температурах, укажем, что при 0° G воздух может удерживать только 0,0035 кг влаги на 1 кг своего веса, тогда как при 21,1° G он удерживает влаги в четыре раза больше.

Следует также упомянуть о динамической силе воздуха, когда он движется над земной поверхностью с разной скоростью. На F показано ясно, как изменяется давление на квадратный метр плоской поверхности с изменением скорости ветра.

Вернемся к Е. На рисунке хорошо видно, что чем воздух холод­нее, тем меньше он содержит влаги. Поэтому вам должно быть понятно, почему образуются облака над холодной поверхностью, например, зимой; теплый, насыщенный влагой воздух был принесен, поднялся над холодным воздухом, и в результате произошла конденсация.

Рис. 209. Когда насыщенный влагой воздух внезапно охла­ждается, непосредственно у поверхности земли образуется туман. Если такое охлаждение воздуха происходит высоко над землей, образуются облака. Для наглядности приводим средние высоты, на которых образуются основные виды облаков. Средняя высота облаков летом больше, чем зимой. Слоистые облака представляют собой поднявшийся туман. Этот туман не рассеивается окончательно, но поднимается выше и при известных условиях может образовать один из видов облаков, показанных на рисунке. Самые густые облака обычно находятся на высоте от 900 до 5 000 м. Летом, когда полет совершается вблизи кучевых облаков, мы можем встретить нечто вроде вихря; но если мы поднимемся выше облаков, есть шансы на

Рис. 209,

Рис. 210.

то, что полет пройдет в спокойном воздухе. Я не люблю грозовых облаков; во всяком случае я охотнее полечу под ними или даже над ними, чем внутри них. Эти облака сопровождаются восходящими потоками воздуха значительной силы. Эти течения заставляют частицы воздуха, воды и паров тереться друг о друга и являются причиной заряжения их электричеством и грозовых разрядов. Мы не говорим, что молния, ударив в самолет, может причинить ему вред, так как большинство современных самолетов—металлические и являются хорошими проводниками электричества. Если самолет попадет в поле электрического разряда, молния может просто пройти сквозь него к другому электрическому полюсу. Совсем иначе будет, если крылья самолета металлические, а корпус деревянный, без металлического соединения между крыльями. В этом случае электрическому разряду пришлось бы проскочить промежуток между крыльями и тем разру­шить самолет.

Вихри около грозовых облаков всегда сильнее над горами, чем над равниной. Толщина грозовых облаков может доходить до 3 000 м и даже более. Поэтому, пролетая сквозь них (с помощью соответ­ствующих приборов, как мы увидим ниже), надо быть готовым ко всему. При встрече облачного образования вблизи высоких гор рекомендуется лететь как можно выше над горными вершинами, так как восходящие потоки воздуха будут там не только слабее, но и равномернее, т. е. порывы ветра не будут такими сильными.

Помимо восходящих потоков в воздухе встречаются и нисходя­щие, часто называемые «воздушными ямами».

Рис. 211.

Большинство современных воздушных линий находится в райо­нах большой облачности, а так как наличие облачности является обстоятельством, тесно связанным с выполнением полетов, то не­обходимо изучение образования облаков и их передвижений. Часто образуются коридоры между двумя слоями густых туч, и здесь можно найти не только спокойный, но и живописный воздушный путь.

По мере того как мы поднимаемся выше, облака становятся про­зрачнее и тоньше. Над высокими кучевыми облаками, как правило, мы найдем отличный воздушный путь. На еще больших высотах облака вообще не могут влиять на полет.

Рис. 210. Случайные броски, которые самолет испытывает во время полета, происходят вследствие порывов ветра, а также по­тому, что холодный воздух движется к земле, а нагретый — кверху. Проходя сквозь такие течения, самолет, естественно, получает тол­чки. В нормальных условиях эти течения не представляют опасности. Более спокойные районы могут быть найдены на больших высотах, где разница температур значительно меньше.

Рис. 211. Воздух постоянно движется вдоль земной поверх­ности от пунктов высокого атмосферного давления к пунктам более низкого давления. Движущийся воздух— это ветер. Если на пути воздуха расположены горы, он отклоняется вверх или вниз, со­образно контуру гор.

Воздух имеет определенную вязкость, что является причиной трения между его нижними слоями и поверхностью гор; трение

вызывает уменьшение скорости ветра в непосредственной бли­зости от гор. Так как скорость ветра тут не может быть боль­ше, чем в верхних слоях, то движение воздуха делается по­рывистым — вихревым. Избе­жать вихревого района можно, поднявшись выше, как пока­зано на А.

Рис. 212. Этот рисунок дает вам хороший способ определения приблизительного положения рай­она низкого барометрического давления. Станьте спиной к ветру. Область низкого барометрического давления будет приблизительно слева от вас, если вы находитесь в северном полушарии. Если же вы находитесь в южном полушарии, область низкого барометри­ческого давления будет справа от вас.

Наибольшее атмосферное давление обычно бывает около 10 часов утра, а наименьшее — около 16 часов. Поэтому большинство штор­мов наблюдается после полудня, когда наиболее значительна разница атмосферного давления в наивысшем и наинизшем его районах. Как правило, летом атмосферное давление над океаном больше, чем над сушей. Зимой — наоборот. Зная приблизительно, где на­ходится ваш недруг, вы можете его избежать.

…Вы летите. Вы поднялись из района, где преобладает хо­рошая погода. Вы считаете, что не можете закончить полет, не пройдя через область низкого барометрического давления, где, воз­можно, встретите бурю. Если вы находитесь в сильно холмистой или гористой области, то лучше, если вы обойдете шторм. В этом случае «более длинный путь есть кратчайший, чтобы притти домой»… Избегайте шторма — летите, обходя его.

Рис. 213. Вблизи области низкого барометрического давления вы можете встретиться с так называемой линией шквала, т. е. с силь­ным ветром и дождем. Легко определить, даже издалека, в каком направлении двигается шквал, и обойти его стороной. Если дождь падает влево, то шторм пересекает ваш путь справа налево. Прежде чем свернуть с вашего воздушного пути, постарайтесь заметить какой-либо ориентир, который поможет вам возвратиться на ваш первоначальный путь. Отмечайте свое продвижение по карте, ком­пасу и часам.

Рис. 213.

Определение высоты облаков. Ночью высота облаков определяется следующим образом: маяк, светосилой в мил­лион свечей, направляет свой луч вертикально к облакам. С опре­деленного, точно измеренного расстояния от маяка наблюдатель направляет свой инструмент прямо на освещенную часть облака и измеряет угол. После этого высота облаков легко определяется решением простой тригонометрической задачи, в которой известны основание и один из углов треугольника, образуемого наблюда­телем, маяком и освещенной точкой облака.

Днем высоту облаков определяют наблюдением за полетом шара- пилота, имеющего подъемную силу, равную около 0,142 кг. При отсутствии ветра скорость подъема шара составит около 190 м в минуту в течение первых 5 минут, а в дальнейшем — около 180 м в минуту. Время, которое нужно шару, чтобы исчезнуть в облаках, умноженное на скорость подъема, дает высоту облаков. При на­личии ветра шар будет подниматься и в то же время двигаться в горизонтальном направлении.

Рис. 214—219. Так как мы не можем измерить скорость ветра у земли в любое время, то эти рисунки помогут нам определить приближенно силу ветра. Для приближенного измерения скорости ветра этот способ вполне достаточен. В конечном итоге вы не ошибетесь, если скажете, что «ураган разрушителен», когда ви­дите, чтов воздухе летят обломки деревянных домов, кирпичи и деревья.

Грозовые бури в США движутся со скоростью 60—80 кмічас; над океаном движение обычно быстрее, чем над сушей. Скорость смерча, за которым легко наблюдать издали, та же, что и грозовой бури, а потому его также нетрудно избежать.

Рис. 220. Высотомер и барометрическое да­вление. Высотомер, как вам известно, показывает высоту в за­висимости от атмосферного давления. Атмосферное же давление уменьшается с высотой. Если высотомер находится на уровне моря, он изменяет свои показания при изменении барометрического давления. Поэтому его показания будут верны только при одина­ковом барометрическом давлении как в месте вылета, так и в месте прилета. Конечно, он не покажет правильно превышения одного меса над другим, если барометрическое давление на них различно, а потому мы должны вносить соответствующую поправку. Если вы летите при хорошей видимости из района высокого давления в район низкого давления, то не так важно, что вы не внесли поправки в показание высотомера, если только вашей посадке не мешает плохая видимость. Но если вам необходимо спускаться с большой высоты сквозь облака и иногда при очень плохой видимости земли, вы должны точно знать высоту над пунктом посадки. Если ваш само­лет имеет приемо-передаточную радиостанцию, то достаточно за­просить у находящейся под вами станции точные сведения о давлении в данном пункте и внести соответствующую поправку в показания высотомера.

Приведем для иллюстрации два примера.

Первый пример. Вы поднялись с аэродрома, располо­женного на уровне моря. Барометрическое давление для этого пункта в момент подъема равнялось 760 мм.

Вы направили самолет из одного аэропорта в другой, который находится на высоте 200 м над уровнем моря, т. е. на 200 м выше

Рис. 220.

вашего аэропорта. При этом барометрическое давление во втором аэропорту случайно было также равно 760 мм г. Вы летите, выдер­живая по высотомеру высоту 300 м вплоть до того момента, пока не прибудете к месту назначения, а так как оно находится на 200 м выше уровня моря, то, когда вы подходите, ваша настоящая высота над землей будет равна 100 м.

Второй пример. Вы вылетели из первого аэропорта, который имел барометрическое давление 760 мм, и направились ко второму аэропорту, в котором барометрическое давление в это время было 750 мм. Вы опять летите на высоте 300 м по вашему высотомеру. Но когда вы подлетите к пункту назначения, вы будете находиться на высоте 200 м над уровнем моря, т. е. как раз на той высоте, на которой расположен второй аэропорт.

Ошибка в показании высотомера произошла из-за разницы в баро­метрическом давлении, которая измеряется разницей в 10 мм на каждые 100 м шкалы высотомера.

Запомним, что при полете из района с хорошей в район с плохой погодой или от высокого барометрического давления к низкому всегда будут наблюдаться разница барометрического давления и соот­ветствующая погрешность в показании высотомера.

При полете в плохую погоду особенно тщательно учитывайте наличие горючего, имея в виду, что вам, возможно, придется пре­одолевать встречные ветры, обходить шторм, изменять курс и под­ниматься на большую высоту, чем было намечено первоначально. [25]

Если вследствие какой-либо причины остается слишком мало горю­чего, самое лучшее, что вы можете сделать, — это спуститься на ближайшем аэродроме, даже если бы для этого вам пришлось отклониться от своего пути. Не ждите, пока последняя капля бен­зина будет израсходована в воздухе. Приземляйтесь, пока горючее еще есть.

Но если найти аэродром невозможно и в то же время запас горю­чего у вас ограничен, вы должны хорошо знать свою наиболее эко­номную скорость, тогда вы еще имеете шансы добраться благопо­лучно. Если горючее в баке подходит к концу, уменьшайте ско­рость вашего полета. Так как нагрузка самолета горючим стала меньше — большая часть его уже сгорела, — уменьшение мощ­ности мотора и расхода горючего даст вам возможность пролететь большее расстояние.

Погода в любой местности зависит от характера воздушных масс, их влажности, температуры и их перемещений.

Предсказание (прогноз) погоды основано на анализе состояния воздушных масс и так называемых фронтов. Воздушные массы одного и того же строения и температуры смешиваются между собой хо­рошо, но если их характер различен, то летчик, попадая на грань встречи двух различных масс, испытывает порядочно неприятностей.

Рассмотрим две разные по своему характеру воздушные массы.

Представим себе массу очень холодного полярного (арктического) воздуха — плотную и с небольшим содержанием влаги. Если такая масса полярного воздуха будет двигаться к континенту, то она, вследствие постепенного нагревания и поглощения влаги, может стать весьма неустойчивой.

Теплые воздушные массы могут быть тропическими континен­тальными, тропическими морскими — атлантическими или тихоокеан-

сними. Перемещение воздушных масс обусловливается разницей барометрического давления как в них самих, так и в воздушных массах, их окружающих.

Различные воздушные массы как бы борются друг с другом за превосходство. Количество влаги в воздухе зависит не только от температуры, но и от времени пребывания данной массы воздуха над океаном. Например, воздух, который движется от океана, будет содержать гораздо больше влаги, если он находился над океаном четыре дня, чем воздух, пробывший над ним лишь два дня.

Невозможно дать на нескольких страницах все сведения о при­чинах, которые в разных комбинациях влияют на погоду, но если вы будете помнить основы образования тех или иных атмосферных явлений и используете весь ваш опыт, вам нетрудно будет при получении необходимых метеорологических данных определить вероятную погоду в данном районе.

Рис. 221. Если в воздухе нет облаков, то не будет ни дождя, ни снега, ни слякоти. Облака образуются потому, что влага, содер­жащаяся в воздухе, сгущается от охлаждения; это происходит, когда влажная воздушная масса А поднимется до высоты, указан­ной в В. При подъеме теплый воздух расширяется и освобождает скрытую теплоту, в то время как влага сгущается и образует раз­личные облака. Если этот процесс происходит постепенно, то в дан­ном районе нельзя ожидать серьезных перемен погоды.

Рис. 222. Влажный воздух может динамически подниматься до высоты постоянно холодных масс. Если масса А движется от области высокого давления к области низкого барометрического давления и встречает на своем пути высокие горы, она может быть очень быстро поднята в положение В. Охлаждение массы А на этой большой высоте будет очень энергичным и скрытая теплота

освободится так быстро, что весьма сильно завихренный восходящий воздушный поток будет сопровождаться образованием грозовых облаков. Интенсивность воздушных возмущений зависит в значи­тельной мере от точки росы в массе А, от разницы температур верх­него и нижнего районов гор и от скорости восходящего движения влажного воздуха.

Рис. 223. Когда масса теплого воздуха встречает массу холод­ного воздуха, теплый воздух будет подниматься выше холодного, как показано на рисунке, и отдаст ему часть своего тепла. В резуль­тате этого процесса образуются низкие дождевые облака и может пойти дождь.

Рис. 224. Если холодная воздушная масса встретит на своем пути довольно спокойный теплый, влажный воздух, она быстро подойдет под теплую воздушную массу и также быстро отнимет часть ее теплоты. Тогда могут образоваться грозовые облака с обыч­ными для них воздушными возмущениями и возможен сильный дождь со шквалом.

Рис. 225. Если холодная воздушная масса встретила еще более холодную воздушную массу вблизи теплой воздушной массы, по­следняя будет поднята двумя холодными массами, как гигантским клином. Район, в котором будет иметь место это явление, даст мно­жество неблагоприятных для летчика изменений погоды.

Рис. 226. Если холодный воздух встречается с холодным в присутствии теплой воздушной массы, то в результате образуется «холодный фронт», что вызывает в большинстве случаев весьма неблагоприятную для полетов погоду.