En atmosfærisk turbulens er i luftfart , enhver hendelse, triviell eller mindre vanlig, involvert i et punkt i atmosfæren som et fly plutselig krysser av og som påvirker vedlikeholdet av forskyvningen. Dette kan være en sone med vindskjæring eller et område som er utsatt for opp- og nedstigninger . En passasjer eller pilot anser luften som turbulent når komforten blir forstyrret av støt, men denne vurderingen stemmer kanskje ikke overens med denne definisjonen av turbulens som den gjennomsnittlige endringen i lufthastighet på et gitt punkt. Dermed i tilfelle av orografiske bølgereller foran cumulonimbus , kan luftstrømmen være perfekt laminær , men flyets pilot anser denne situasjonen for å være turbulens, siden det er umulig for ham å opprettholde ønsket høyde mens han motarbeider luftens bevegelse oppover.
I luftfart resulterer turbulens i uregelmessige bevegelser av flyet. Turbulensen kan være, lett, moderat, sterk eller ekstrem.
Det er veldig vanskelig å tallfeste forestillingen om turbulens som referansene tydelig viser. Følelsen av turbulens avhenger faktisk av mange faktorer som flytype, værforhold og andre.
La oss være den gjennomsnittlige normaliserte "kinetiske energien" til en virvel (i m² / s²). La ε være spredningshastigheten for e uttrykt i m² / s³. Turbulens er definert som . Enheten for turbulens er m ⅔ / s.
Definisjonen av turbulensgrenser varierer betydelig fra en kilde til en annen. Det avhenger også av flyets masse. I følge den amerikanske regjeringen er terskelverdiene for lett, moderat, alvorlig og ekstrem turbulens for et lettfly henholdsvis 0,13, 0,16, 0,36 og 0,64 m ⅔ .
Opprinnelig estimerte Paul MacCready turbulensgrensene til 0,03, 0,07, 0,16 og 0,38 m ⅔ .
Cook definerte turbulensgrensene (mild, moderat, alvorlig, ekstrem) uttrykt i standardavvik for vertikal hastighet som følger: 3, 6, 12 24 fot / s. Disse tallene samsvarer løst med ICAO- kriteriene .
Det er en faktor 2 mellom MacCready-terskler og gjeldende terskler. Dette er fordi referanselengdene var vesentlig forskjellige. Faktisk uttrykkes avviket til de vertikale vindkastene som følger:
hvor α = 1,6 og L er en karakteristisk lengde som tilsvarer maksimal størrelse på virvler. Bestemmelsen av L er delikat. Vi merker at som en første tilnærming har vi:
Derfor,
Sharman betraktet karakteristiske lengder mellom 500 og 1500 meter. Hvis vi vurderer en karakteristisk lengde på 1000 meter, kan σ w konverteres direkte til dekameter per sekund fra ε ⅓ . La τ være den karakteristiske tiden for flyet definert av:
Standardavviket for øyeblikkelig vertikal akselerasjon vil være:
For en seilfly har vi det .
Hvis vi vurderer en sikkerhetsmargin på 2,5 σ, og hvis vi antar at glideren vil bryte ved 6 G, er den maksimalt tillatte variansen for σ w omtrent 6 m / s eller m ⅔ / s.
La v være hastighetsfeltet, vi kaller virvling på et punkt følgende mengde:
Denne mengden beskriver vortexbevegelsen i luften. Dermed jo større virvelighet, jo større intensitet føltes turbulensen som forklart nedenfor.
Kort oppsummert, vil alle luftforhold som genererer opptrekk som kan brukes av en seilflypilot kalles turbulens av en drevet flypilot fordi sistnevnte ikke kan (eller ikke vil) utnytte disse opptrekkene. Dessuten, jo raskere flyet vil fly, jo mer vil det bli utsatt for betydelige belastningsfaktorer som estimeres i det følgende. La d være avstanden mellom en oppstramning av vertikal hastighet w og en nedgang med vertikal hastighet -w og la u være flyets hastighet. Gjennomsnittlig akselerasjon som dette flyet opplever vil:
Vi vurderer en ganske sterk termisk heis der w = 5 m / s , u = 125 m / s (maksimal tillatt hastighet opp til 10.000 fot ) og d = 100 m (gjennomsnittlig avstand mellom heisen og nedstigningen). Vi får da a = 12,5 m / s 2 som er større enn tyngdekraftens akselerasjon (10 m / s 2 ). Passasjeren eller piloten til dette flyet vil kvalifisere denne turbulensen som alvorlig . En glidepilot som flyr med 20 m / s vil imidlertid oppleve en akselerasjon på 2 m / s 2 og vil kvalifisere denne turbulensen som liten. I tillegg vil denne piloten midtstille denne stigende kolonnen riktig og finne seg i den laminære kjernen til heisen og vil neppe bli utsatt for turbulens lenger.
Tilsvarende, hvis u er flyets hastighet og er virvling, vil belastningsfaktoren være:
som betyr at jo raskere flyet flyer og jo større virvling, desto mer voldsom blir turbulensen.
Som det ble sett ovenfor, vil enhver situasjon som genererer oppgraderinger som kan brukes av velivoles, generere "turbulens" for piloten til et drevet fly. De viktigste typene av forfedre er:
De termikk oppstår i lav høyde under fair-været cumulus . Når passasjerflyet flyr over inversjonslaget , vil luften generelt være laminær.
De rotorer inntreffe nedstrøms for et fjellområde i sterk vind. De er forbundet med fjellbølger . De er helt klart en fare for passasjerfly, og når det gjelder type II-rotorer forbundet med et hydraulisk hopp , kan de også være en fare for seilfly . Disse ekstremt voldelige rotorene har tidligere knust seilfly.
Fjellbølger er laminære , men har på feil måte blitt kalt "turbulens" av piloter som flyr på instrumenter fordi de ikke kan opprettholde høyden.
Når det gjelder flyreiser, i eller under en cumulonimbus, vil de kraftige opptrekkene kalles turbulens av flypiloter fordi selv om opptrekksvektene er laminære som foran skyen. piloten vil ikke kunne opprettholde sin tildelte høyde. I tillegg utsettes den øvre delen av cumulonimbus for ekte turbulens som kan være alvorlig eller til og med ekstrem i tilfelle en supercellestorm . Faktisk gjennomgår vanndampen i den stigende luftmassen en dobbeltfaseendring fra damptilstand til flytende tilstand, deretter fra flytende tilstand til fast tilstand, noe som resulterer i en betydelig frigjøring av varme, latent som akselererer den vertikale hastigheten til luftmasse og følgelig turbulensen.
Generelt, når flyet krysser en skjæresone som skiller mellom to luftmasser, og genererer Kelvin-Helmholtz ustabilitet , vil det bli utsatt for kort, men alvorlig turbulens. Det vanligste tilfellet er vindfronten som skiller den stigende og fallende kolonnen under tordenvær. Kelvin-Helmohltz ustabilitet kan også forekomme i overgangssonen mellom en rotor og den laminære del av en fjell bølge . Til slutt kan det oppstå alvorlig turbulens ved en temperaturinversjon som skiller en stille luftmasse på bakkenivå og en lav nivå jetstrøm over inversjonslaget.
Turbulens er standardavviket σ av lufthastigheten på et gitt punkt. Som et resultat av målingene som ble utført, viste at han i nærvær av et lavt nivå jet stream , har vi ca,
hvor u er den gjennomsnittlige horisontale lufthastigheten.
Den turbulente kinetiske energien (på engelsk Turbulent Kinetic Energy eller TKE) kan defineres som:
Forutsatt at turbulensen σ er proporsjonal med vindhastigheten u , er den kinetiske energien til turbulensen proporsjonal med u 2, og derfor vil turbulensens intensitet være proporsjonal med kvadratet til vindhastigheten.
Tydelig luftturbulens er tilstedeværelsen av atmosfærisk turbulens i fravær av skyer ; denne forestillingen om turbulens i klar luft gjelder hovedsakelig passasjerflypiloter . Dette uttrykket er hentet fra engelsk ( clear air turbulence ), mer korrekt bør man si turbulens uten visuelle indikasjoner . Denne turbulensen kan tilsvare en ustabilitet i Kelvin-Helmholtz som følge av skjæringen mellom to luftmasser som beveger seg i forskjellige hastigheter.
Den øvre troposfæren i høyder mellom 7000 meter og 12.000 meter er det området som er mest utsatt. I dette høydeområdet er klar luftturbulens vanligst nær jetstrømmer . I lav høyde kan den såkalte "klare luftturbulen" ganske enkelt svare til fjellbølger (som er laminære ) eller til rotorer som forklart ovenfor.
Turbulens i klar luft kan forringe passasjerens komfort og sjelden fare for flyet.
Turbulens uten visuell indikasjon per definisjon kan ikke oppdages visuelt. Imidlertid vil en passasjerpilot som også er en seilflypilot kunne gjenkjenne linseformede skyer som kan være ekstremt diskrete, men som markerer tilstedeværelsen av tyngdekraftsbølger . Den samme piloten vil også kunne gjenkjenne skyer av rotorer flere titusenvis av føtter under flyet hans som gjenspeiler tilstedeværelsen av orografiske bølger .
Disse turbulensene i klar luft er vanskelige å oppdage ved bruk av en vanlig værradar , på bakken eller i luften, og måler bare reflektiviteten fordi den krever nedbør for å få ekko. Imidlertid bruker moderne radarer Doppler-Fizeau-effekten for å merke bevegelsen av fine partikler eller insekter på nært hold for å estimere vinden. Spesielt brukes noen flyradarer til å oppdage lav turbulens. De skanner horisonten veldig sakte og bruker Doppler-effekten.
Denne turbulensen kan også oppdages av spesialiserte radarer som kalles vindprofiler som peker vertikalt og bruker Bragg-diffraksjon for å oppdage endringen i lufttetthet på grunn av turbulensen. De brukes også på noen flyplasser. Til slutt brukes også andre optiske instrumenter som scintillasjonsteller , av interferometre til N- spor og sodar for å måle fortrengning av luftpartiklene ved Doppler-effekten.
Selv om høydene nær tropopausen generelt er fri for skyer (unntatt i nærvær av cumulonimbus ), kan cirrusskyene som dannes gjenspeile en Kelvin-Helmholtz-ustabilitet assosiert for eksempel med jetstrømmer . De Cirrus Uncinus innrettet vinkelrett på strålestrømmen kan svikte nærvær av klar luft turbulens. Spesielt hvis slutten på cirruslinjer viser tegn på spredning, kan retningen som cirrusskyene sprer seg, indikere hvilken side av jetstrømmen som har størst turbulens.