ساختار جو زمین - هوا شناسی در پرواز
ساختار جو زمین – هوا شناسی در پرواز – درس 1
جولای 13, 2018
اجزای و قطعات تشکیل دهنده هواپیما
ایرودینامیک در پرواز – ساختار هواپیما – درس 1
جولای 23, 2018

دما ( Temperature ) – هواشناسی در پرواز و خلبانی

 

1- خورشید ( Sun )

منبع اصلی تامین کننده انرژی کره زمین خورشید می باشد. نور خورشید بعد از عبور از اتمسفر به سطح اقیانوس ها و زمین رسیده و جذب می گردد که این موضوع سبب گرم شدن سیاره ما شده و به همین دلیل حیات در سیاره زمین شکل گرفته است. در خورشید بر اثر واکنش هسته ای ( Nuclear Fusion ) هیدروژن موجود به هلیوم تبدیل می شود. انرژی حاصله از این واکنش هسته ای از طریق فرمول مشهور آلبرت انیشتین  E=MC2محاسبه می گردد.

لازم به ذکر است مقدار انرژی خورشید که پس از گذر از اتمسفر به زمین می رسد اینسولیشن ( Insolation ) نام دارد.

 

خورشید - Sun

 

طیف خورشیدی

به طور خلاصه طیف خورشیدی عبارت است از:

1- امواج رادیویی ( Radio Wave )

2- مادون قرمز ( Infrared radiation )

3- ماورای بنفش ( Ultraviolet radiation )

4- اشعه ایکس ( X-Ray )

5- اشعه گاما ( Gamma ray )

6- اشعه کیهانی ( Cosmic ray )

 

طیف خورشیدی - electromagnetic spectrum

طیف خورشیدی – electromagnetic spectrum

 

 

2- بررسی انواع انتقال انرژی

انرژی گرمایی می تواند به چهار صورت مختلف از یک نقطه به یک نقطه دیگر انتقال پیدا کند که این چهار حالت را با هم بررسی می کنیم.

 

الف- هدایتی ( Conduction )

در این حالت از انتقال گرما یا انرژی، گرما به وسیله ماده منتقل می شود اما در این جا بجای خود ماده انتقال پیدا نمی کند و این نوع انتقال گرما فقط در جامدات صدق می کند. گرما از قسمت گرم به قسمت سرد ماده انتقال پیدا می کند تا زمانیکه هر دو قسمت از ماده به دمای ثابت برسند. به زبان ساده زمانی که یک قسمت از ماده گرم می شود حرکت مولکولی در آن قسمت افزایش یافته و برخورد بین مولکول ها بیشتر و بیشتر می شود تا جای که این مولکول ها به مولکول های مجاور خود ضربه وارد می کند که این امر سبب حرکت مولکول های اطراف آنها شده و از این طریق انرژی یا همان گرما انتقال پیدا می کند.

 

به طور مثال چنانچه سیم مسی را روی آتش بگیریم بعد از گذشت چند ثانیه گرما به سمت قسمت خنک سیم که در دستان ما می باشد حرکت می کند و ما این گرما را احساس خواهیم کرد.

 

از طریق همین حالت یعنی انتقال گرما به صورت هدایتی ( Conduction ) هوای مجاور سطح زمین در طول روز گرم و در طول شب گرمای خود را از دست می دهد.

 

هدایتی - Conduction

هدایتی – Conduction

 

 

ب- جابجای عمودی یا همرفت ( Convection )

این نوع از انتقال گرما یا همان انرژی ( Convection ) در مایعات و گازها صورت می گیرد که موثرترین روش در سیالات برای انتقال انرژی می باشد. در این نوع انتقال خود ماده جابجا می شود که این امر سبب انتقال گرما می باشد. جابجای عمودی زمانی رخ می دهد که مایع یا گاز از سمت منطقه سرد به سمت منطقه گرم صعود می کند.

 

در این جابجای سیال ( گاز یا مایع ) گرم بعد از صعود جایگاه سیال سرد را میگیرد و سیال سرد به دلیل متراکم بود و داشتن وزن بیشتر به سمت پایین حرکت می کند.

 

به طور مثال باند فرودگاه به دلیل تیره بودن زودتر از مناطق سرسبز و چمنزارها گرم و سرد می شود که این ناهماهنگی در جنس اجسام سبب انتقال انرژی به صورت عمودی می شود. جابجای عمودی در هواشناسی باعث تشکیل اغتشاشات جوی ( Turbulence ) و ابرها ( Clouds ) می شود.

 

 

جابجای عمودی یا همرفت - Convection

جابجای عمودی یا همرفت – Convection

 

 

ت- انتقال افقی ( Advection )

همانطور که در قسمت جابجای عمودی ( Convection ) اشاره کردیم، بعد از انتقال هوای گرم به سمت بالا هوای سرد به دلیل تراکم بیشتر به سمت پایین حرکت می کند و جایگزین هوای گرم صعود شده می شود. در این میان به دلیل جایگزین شدن هوای سرد به جای هوای گرم یک حرکت افقی تولید می شود که به این نوع جابجای انرژی یا همان گرما Advection یا به عبارتی انتقال افقی می گویند. در هواشناسی و پرواز مهمترین اتفاقی که در اثر Advection رخ می دهد تولید باد ( Wind ) می باشد.

 

لازم به ذکر است که این نوع جابجای برای انتقال گرما در همه سیالات رخ می دهد.

 

ج- تشعشعی ( Radiation )

در این نوع انتقال و جابجای، گرما توسط امواج الکترومغناطیسی جابجا می شود.

به طور مثال زمانی که نور خورشید با ما برخورد میکند ما احساس گرما میکنیم و یا زمانی که در جلوی بخاری برقی می نشینیم باز احساس گرما می کنیم.

خالی از لطف نیست به این نکته اشاره کنیم که  در انتقال گرما به صورت تشعشعی هرچه منبع تولید کننده گرما دارای حرارت بالاتری باشد امواج الکترومغتاطیسی تولید شده دارای طول موج کوتاه تری هستند.

 

 

3- توزیع عمودی دما در اتمسفر

 

الف- لپس ریت دما ( Lapse Rate  Temperature )

در لایه تروپوسفیر ( Troposphere ) به طور معمول هرچه ارتفاع ما از سطح زمین بیشتر شود دمای هوا کاهش می یابد. این حالت را لپس ریت دما ( Lapse Rate  Temperature ) می گویند. مقدار استاندارد لپس ریت برای دما 2 درجه سانتی گراد به ازای هر 1000 پا می باشد. به زبان ساده هر 1000  پا که بالا میرویم از درجه حرارت هوا 2 درجه سانتی گراد کم می شود.

 

مثال: در ارتفاع 2000 پایی از سطح دریا درجه حرارت 30 درجه سانتی گراد می باشد. محاسبه کنید مقدار دمای هوا را در ارتفاع 9000 پایی.

 

لپس ریت دما

 

دمای هوا در ارتفاع  9000 پایی برابر است با 16 درجه  سانتی گراد.

 

 

ب- اینورژن ( Temperature Inversion  )

همانطور که میدانید و قبلا اشاره کردیم در حالت نرمال با افزایش ارتفاع دمای هوا کاسته می شود. چنانچه با افزایش ارتفاع دمای هوا نیز افزایش یابد این حال را اینورژن می گویند. اینورژن معمولا به دلیل وجود هوای گرم بر روی هوای سرد است.

 

شرایط تشکیل اینورژن و هوای همراهی کننده با آن

شرایط تشکیل اینورژن عبارتند از:

1- شب سرد ( Cool Night )

2- باد آرام ( Calm Wind )

3- هوا و شرایط جوی پایدار ( Stable Air )

 

اینورژن مانند کلاه و یا سرپوشی بر روی لایه های هوای زیر خود عمل می کند. مهمترین اثر اینورژن در خلبانی و هوانوردی کاهش دید می باشد. لازم به ذکر است که در زیر لایه اینورژن تشکیل مه ( Fog )، دود ( Smoke )، ابرهای پایین ( Low Clouds )، گرد و غبار ( Haze ) و  مه دود ( Smog ) دور از ذهن نیست.

انواع اینورژن ( Types of weather Inversion )

 

1- اینورژن از لحاظ موقعیت مکانی به دو حالت تقسیم می شود:

الف- اینورژن سطح زمین ( Surface Inversion )

ب-  اینورژن سطوح فوقانی ( Upper Inversion )

 

2- از نظر چگونگی بوجود آمدن

 

الف- اینورژن تشعشعی ( Radiation Inversion )

شایع ترین نوع اینورژن می باشد که در شب و بر روی خشکی شکل می گیرد. زمین همانطور که سریع گرم می شود در شبهای سرد، سطح زمین سریعا گرمای خود را با تشعشع زمینی ( طول موج بلند – Terresteril Radiation ) از دست می دهد و هوای مجاور خود را خیلی سریع سرد می کند. روند سرد شدن هوای اطراف سطح زمین خیلی سریع تر از هوای سطوح بالاتر انجام می پذیرد، بنابراین هوای سطوح بالا گرمتر از مجاور با سطح زمین می شود و این موضوع اجازه صعود به هوای نزدیک به سطح زمین را نمی دهد و به این طریق اینورژن تشعشعی شکل می گیرد.

 

اینورژن تشعشعی - Radiation Inversion

اینورژن تشعشعی – Radiation Inversion

 

ب- اینورژن جبهه ای ( Frontal Inversion )

جابجای هوای سرد در زیر یک توده هوای گرم و یا حرکت هوای گرم بر روی یک هوای سرد باعث ایجاد اینورژن جبهه ای می شود.

 

اینورژن جبهه ای - Frontal Inversion

اینورژن جبهه ای – Frontal Inversion

 

ج- اینورژن دریایی ( Marine Inversion )

این نوع از اینورژن در محیط های شکل می گیرد که سطح زیادی از آب مثل برکه های بزرگ، دریاچه، دریا و یا اقیانوس وجود داشته باشد و معمولا در فصل بهار زمانی که آب سرد است تشکیل می شود.

چنانچه هوا بر روی یک سطح بزرگ از آب سرد حرکت کند، گرمای خود را به واسطه ی تماس با آب سرد از دست می دهد و اگر این هوای سرد تولید شده به زیر هوای گرم کشیده شود ما شاهد اینورژن دریایی خواهیم بود.

 

اینورژن دریایی - Marine Inversion

اینورژن دریایی – Marine Inversion

 

د- اینورژن فروکشی ( Subsidence Inversion )

زمانی که یک حجم عظیمی از هوا شروع به نزول می کند، به صورت آدیاباتیکی ( Adiabatic Process ) گرم می شود و چنانچه هوای سطح زیرین سرد تر از هوای نزول کرده باشد اینورژن فروکشی شکل می گیرد. این نوع از اینورژن معمولا در حد فاصل 8000 پا  تا 12000 پایی شکل می گیرد اما به طور کلی می تواند در حد فاصل بین 5000 تا 18000 پایی تشکیل شود. لایه بالا و پایینی این نوع اینورژن معمولا دارای اغتشاشاتی هوای و ناپایدار هستند اما در خود لایه اینورژن معمولا هوا پایدار است.

 

Adiabatic Process در درس های بعدی مورد مطالعه و توضیح قرار خواهیم داد.

 

اینورژن فروکشی - Subsidence Inversion

اینورژن فروکشی – Subsidence Inversion

 

 

4- اتمسفر استاندارد (( International Standard Atmosphere ( I.S.A )

 

شرایط اتمسفر استاندارد طبق تعریف سازمان بین المللی هواپیمایی ( I.C.A.O ) به صورت زیر می باشد:

 

شرایط اتمسفر استاندارد

شرایط اتمسفر استاندارد

 

الف- محاسبه دمای هوای استاندارد در قسمت های مختلف تروپوسفیر

برای بدست آوردن دمای استاندارد در قسمت های مختلف تروپوسفیر از فرمول زیر استفاده می کنیم:

 

برای درک بهتر موضوع با هم یک مساله را حل می کنیم

دمای استاندارد را در ارتفاع 21000ft  پایی محاسبه کنید

 

محاسبه دمای هوای استاندارد

محاسبه دمای هوای استاندارد

 

ش- تاثیر دمای هوا بر طول دویدن هواپیما روی باند فرودگاه ( Runway ) و همچنین تاثیر آن بر برخاستن و نشستن هواپیما

 

دمای هوا بر روی نشستن ( landing )، برخاستن ( Takeoff ) و دویدن ( Run ) هواپیما تاثیر مستقیم دارد. به طور مثال در یک روز خنک یا سرد هواپیما با وزن مجاز طول کمتری را رو باند فرودگاه برای پرواز نسبت به یک روز گرم طی می کند چراکه هوای سرد یا خنک دارای تراکم هوای بیشتری است نسبت به یک روز گرم.

به همین دلیل در مناطق گرمسیری و مرطوب طول باند فرودگاه ها بیشتر از مناطق خشک و سردسیری می باشد. همچنین توجه به این نکته که در هوای گرم و مرطوب کارایی موتور هواپیما ( Engine Performance ) کاهش می یابد و در نتیجه نیروی برا ( Lift ) نیز کاهش می یابد در هوانوردی حائز اهمیت است.

 

در آیرودینامیک معادله برخاستن و نشستن هواپیما از فرمول زیر محاسبه می گردد.

 

معادله برخاستن و نشستن هواپیما

معادله برخاستن و نشستن هواپیما

 

 

همچنین فرمول دیگری برای سرعت برخاستن هواپیما ( Takeoff Velocity ) وجود دارد که عبارت است از

 

سرعت برخاستن هواپیما

سرعت برخاستن هواپیما

 

با بررسی دو فرمول بالا مشاهده می کنیم که بین تراکم هوا و طول دویدن و برخاستن رابطه معکوس وجود دارد. یعنی با افزایش تراکم هوا   طول دویدن و برخاست کم می شود و با کاهش تراکم هوا طول دویدن و برخاستن افزایش می یابد.

 

نکته: چنانچه هواپیمایی قصد پرواز از روی باند کوتاه در روز گرم را داشته باشد باید از وزن مجاز خودش بکاهد تا زمان برخاست با مشکل مواجه نشود.

 

ارائه شده توسط مرکز آموزش خلبانی پایلوتس کالج.

خلبان امیری

 

Sharing is caring!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

shares