Подъемная сила — это метеорологическое явление, используемое в качестве источника энергии парящими самолетами и парящими птицами . Наиболее распространенное применение подъемной силы человеком — спорт и отдых. Три воздушных вида спорта , в которых используется парящий полет: планеризм , дельтапланеризм и парапланеризм .
Энергию можно получить, используя поднимающийся воздух из четырех источников:
При динамическом парении также возможно получение энергии, хотя для этого используется разница в скорости ветра, а не поднимающийся воздух.
Термики — это столбы восходящего воздуха, которые образуются на земле в результате нагревания поверхности солнечным светом. [1] Если воздух содержит достаточно влаги, вода будет конденсироваться из восходящего воздуха и образовывать кучевые облака .
Термический подъем часто используется птицами, такими как хищные птицы , стервятники и аисты . Хотя термический подъем был известен братьям Райт в 1901 году, он не использовался людьми до 1921 года Вильгельмом Лейшем в Вассеркуппе в Германии. [2] Только около 1930 года использование термических потоков для парения на планерах стало обычным явлением. [3]
Как только термик встречен, пилот летит по кругу, чтобы оставаться в пределах термика, таким образом набирая высоту перед полетом к следующему термику и к месту назначения. Это известно как «термический полет». Скорости набора высоты зависят от условий, но обычно составляют несколько метров в секунду. Термики также могут формироваться в линию, как правило, из-за ветра или рельефа местности, создавая облачные улицы . Они могут позволить лететь прямо, набирая высоту в непрерывном подъеме.
Когда в воздухе мало влаги или когда инверсия не позволяет теплому воздуху подняться достаточно высоко для конденсации влаги, термики не создают кучевые облака. Типичные места, где можно найти термики, — это города, свежевспаханное поле и асфальтовые дороги, но термики часто трудно связать с какой-либо особенностью на земле. Иногда термики вызываются выхлопными газами электростанций или пожарами.
Поскольку для этого требуется восходящий нагретый воздух, термики эффективны только в средних широтах с весны до конца лета. Несмотря на эти ограничения, это наиболее распространенный источник подъемной силы, используемый пилотами планеров, поскольку для подъема хребта и подветренных волн требуется горная местность, и поэтому их можно не найти вблизи конкретного аэродрома. В межсезонье, когда термики слабее, подъем хребта и волны все еще можно использовать, и некоторые пилоты отправляются в более горные районы, чтобы летать.
Подъем хребта , или орографический подъем , вызывается поднимающимся воздухом на наветренной стороне склона. Подъем хребта широко используется морскими птицами и самолетами. В местах, где дует устойчивый ветер, хребет может позволить практически неограниченное время нахождения наверху. [4]
В гребневом подъеме пилоты обычно летят по длинным прямым ступеням параллельно хребту. Если максимальная высота подъема не достигнута, пилот может развернуться и лететь в другом направлении над тем же склоном. При ветре от 20 до 25 узлов (46 км/ч) самолет может парить на высоте, в два раза превышающей высоту препятствия. Гребневой подъем также может быть усилен термическими потоками, когда склоны также обращены к солнцу. [5]
Подветренные волны возникают, когда ветер со скоростью 25 узлов (46 км/ч) дует над горой. При условии, что сила ветра постоянно увеличивается с высотой без существенного изменения направления, могут образовываться стоячие волны. Они были обнаружены пилотом планера Вольфом Хиртом в 1933 году. [6] Эти волны достигают высот, намного превышающих исходное препятствие, и поэтому могут позволить планерам подняться в стратосферу. Пилоты используют дополнительный кислород , чтобы избежать гипоксии , поскольку у большинства планеров нет герметичных кабин. Этот подъем часто отмечается длинными неподвижными лентикулярными (линзовидными) облаками, лежащими перпендикулярно ветру. [7] Горная волна была использована для установления рекорда по самой большой высоте полета планера, когда Джим Пейн и Тим Гарднер взлетели на высоту 22 657 метров (74 334 фута) 2 сентября 2018 года над Эль-Калафате , Аргентина, на специально построенном Windward Performance Perlan II . [8] Текущий мировой рекорд дальности полета в 3008 км (1869 статутных миль), установленный Клаусом Ольманном 21 января 2003 года [9], также был достигнут с использованием горных волн в Южной Америке .
Редкое волновое явление известно как Morning Glory , рулонное облако, создающее сильный подъем. Пилоты около залива Карпентария в Австралии используют его весной . [10]
Было замечено, что птицы используют подъемную силу волн для пересечения горных районов. [11]
Границы, где встречаются две воздушные массы, известны как зоны конвергенции . [12] Они могут возникать при морских бризах или в пустынных регионах. Морской бриз (или береговой бриз ) — это ветер с моря, который развивается над сушей вблизи побережий. Во фронте морского бриза холодный воздух с моря встречается с более теплым воздухом с суши и создает границу, похожую на неглубокий холодный фронт вдоль линии сдвига . Это создает узкую полосу парящего подъема с ветрами всего лишь в 10 узлов (19 км/ч). Они позволяют набирать высоту, пролетая вдоль пересечения, как если бы это был хребет земли. Конвергенция может происходить на значительных расстояниях и, таким образом, может допускать практически прямой полет при наборе высоты.
При динамическом парении [13] энергия приобретается путем многократного пересечения границы между воздушными массами с различной горизонтальной скоростью, а не путем подъема воздуха. Такие зоны высокого « градиента ветра » обычно слишком близки к земле, чтобы их можно было безопасно использовать планерами, но альбатросы и модельные планеры используют это явление.
Пилот может создать индикацию подъемной силы на некомпенсированных приборах, войдя в набор высоты, потянув ручку назад (отсюда « ручка термика »). Это не настоящая подъемная сила, поскольку увеличение потенциальной энергии самолета достигается за счет снижения скорости полета , а не в результате полета в восходящем потоке воздуха. Планеры оснащены приборами, которые компенсируются для предотвращения индикации ручки термика, но это явление очевидно в самолетах, компенсация которых недостаточна.
Термики были известны братьям Райт в 1901 году, но впервые были по-настоящему открыты в 1921 году Уильямом (так в оригинале) Лейшем в Вассеркуппе...