Файл: Колодочка А.С. Метеорологические условия стрельбы артиллерии учебное пособие.pdf

в зависимости от температуры и влажности воздуха, выражается формулой

Исследования показывают, что абсолютная акустическая вир­ туальная температура с достаточной для практики точностью мо­ жет быть представлена в виде

тя= 7 --у 0 ,2 7 5 ~ - 7\

85

а в стоградусной шкале — формулой

ta = t - r А Та,

(>

где ДГП=0,275 -^-7' — акустическая виртуальная поправка темпе­ ратуры на влажность воздуха.

Акустическая виртуальная температура ta всегда больше дей­ ствительной температуры t и несколько меньше плотностной вир­ туальной температуры tv. Разница между плотностной и акусти­ ческой виртуальной температурой сравнительно невелика.

Из сравнения акустической и плотностной виртуальных попра­ вок можно сделать вывод, что значения плотностной виртуальной температуры при 50% влажности примерно равны значениям аку­ стической виртуальной температуры при 70% влажности.

В настоящее время для звуковой разведки не рассчитывают значения акустической виртуальной температуры, а берут плот­ ностную виртуальную температуру, которая и используется при определении скорости распространения звука вместо акустической, т. е.

Проведенные для нормальных условий стрельбы расчеты пока­ зывают, что при повышении температуры воздуха на 10“С и относи­ тельной влажности на 10% скорость распространения звука увели­ чивается примерно на 6,1 и 0,08 м/сек соответственно, а при увели­

в основном влияют изменения температуры воздуха (скорость зву­ ка в сухом воздухе зависит только от температуры). Незначитель­ ное влияние на скорость звука оказывает влажность воздуха. При наличии влажности некоторое влияние на скорость звука имеет также и давление атмосферы. Однако это влияние совсем ни­ чтожно.

Так как в атмосфере температура, влажность и давление с вы­ сотой изменяются, то и скорость звука с высотой будет также изме­ няться. Однако определяющим является характер изменения тем­ пературы воздуха с высотой. В тропосфере скорость звука в сред­ нем уменьшается на 4 м/сек на каждый километр высоты. В ниж­ ней и средней стратосфере (до высоты 30—35 км) скорость звука примерно сохраняет постоянное по высоте значение порядка

300 м/сек.

До сих пор атмосфера рассматривалась как среда неподвижная, однако в атмосфере всегда наблюдается горизонтальное перемеще­

86

ние воздуха, т. е. ветер. Скорость распространения звука при нали­ чии ветра определяется следующим выражением:

со — угол между направлением вектора скорости ветра и на­ правлением распространения звука, или другими словами, угол, равный разности дирекционных углов ветра и на­ правления на источник звука.

Произведение V cos со представляет собою проекцию вектора скорости ветра на выбранное направление распространения звука. Звуковая волна, направление которой совпадает с направлением вектора скорости ветра, имеет скорость распространения большую, чем в неподвижной атмосфере при прочих равных условиях, и наоборот, звуковая волна, распространяющаяся в противополож­ ном ветру направлении, имеет скорость меньшую.

§ 17. ВЕТЕР

Ветром называется горизонтальное перемещение воздуха отно­ сительно земной поверхности. Как и всякое перемещение, ветер характеризуется направлением и скоростью, т. е. является вектор­ ной величиной.

Направление ветра определяется указанием той точки гори­ зонта, откуда дует ветер. При этом в наземной артиллерии на­ правление ветра определяется магнитным азимутом (Лт ) или дирекционным углом ветра (а). Приборы для определения ветра обычно ориентируют по магнитной стрелке. Для перехода от маг­

Поправка Ь>Ат определяется, как правило, на местности при помощи теодолита и карты. При наличии на топографической карте данных о магнитном склонении (8) и угле сближения мери­ дианов (■{) поправку можно определять как алгебраическую раз­ ность

При этом обязательно необходимо учитывать годовой ход магнитного склонения.

В зенитной артиллерии направление ветра выражают азимутом зенитной артиллерии (р), который отсчитывается от направления

87

на юг против хода часовой стрелки. Для перехода от дирекционного угла к азимуту зенитной артиллерии необходимо вычесть дирекционный угол из 30-00, а если последний больше 30-00, то из

90-00.

Под скоростью ветра понимают путь, проходимый массой воз­ духа в единицу времени. Скорость ветра в артиллерии определяет­

ся в м/сек.

Причины возникновения ветра. Первоначальной и основной при­ чиной возникновения ветра является неравномерность нагревания земной поверхности и прилегающих слоев воздуха. Неравномер­ ность в распределении температуры воздуха вдоль земной поверх­ ности обусловливает различное давление на одинаковых уровнях, что является уже непосредственной причиной возникновения ветра, так как из области с повышенным давлением воздух старается пе­ ремещаться в область с пониженным давлением. Перемещение про­ исходит с тем большей скоростью, чем больше величина горизон­ тального барического градиента.

Эта схема может быть применена при рассмотрении всего зем­ ного шара, на котором существует контраст температур полюс — экватор, и отдельных участков земной поверхности при неодинако­ вом их нагревании или охлаждении. В реальных же условиях чи­ сто термические причины осложняются влиянием ряда других до­ полнительных факторов.

В северном полушарии направление ветра в нижних слоях атмо­ сферы в большинстве случаев отклоняется от нормали к изобарам и составляет с ней угол порядка 60—70°, причем низкое давление остается слева от вектора скорости ветра, как это показано, напри­ мер, на рис. 11. Такое отклонение объясняется тем, что на движу­ щийся вследствие силы барического градиента воздух действуют и другие силы. Одной из таких сил является прежде всего откло­ няющая сила вращения Земли, которая старается отклонить вектор скорости ветра вправо. Однако поворот ветра вправо от нормали к изобарам задерживается силой трения. Известно, что при пере­ мещении воздуха происходит трение воздушных слоев между собой, что обусловлено вязкостью воздуха, т. е. силами сцепления между воздушными частицами. Эти силы очень сильно возрастают в ре­ альной атмосфере благодаря турбулентности воздуха. Поэтому вяз­ кие силы, или силы турбулентного трения, особенно значительны в приземном слое атмосферы. Выше 1 —1,5 км, т. е. в свободной атмосфере, силы трения пренебрежимо уменьшаются, и направле­ ние ветра приближается к изобарам (угол отклонения от нормали близок к 90°).

При криволинейных траекториях движения воздушных частиц возникает еще центробежная сила. Как известно', эта сила пропор­ циональна скорости движения и обратно пропорциональна радиусу кривизны траектории.

Наличие всех этих и ряда других сил значительно усложняет характер горизонтальных атмосферных движений.

88

Структура ветра. Наблюдения показывают, что ветер не пред­ ставляет собой однородного воздушного течения, имеющего одина­ ковую скорость и направление во всей массе движущегося воздуха. Направление'и в особенности скорость ветра непрерывно изменя­ ются как во времени, так и в пространстве; он дует как бы отдель­ ными толчками или порывами. Между порывами могут быть той или иной величины интервалы более слабого ветра или даже шти­ ля. Направления отдельных порывов также различны. Основной причиной порывистости ветра является турбулентное состояние атмосферы.

Турбулентность атмосферы заключается в беспорядочном пере­ мешивании отдельных объемов воздуха, происходящем в результа­ те зарождения, перемещения и исчезновения в массе движущегося воздушного потока множества мелких и больших вихревых образо­ ваний. Турбулентность вызывается рядом причин, из которых глав­ нейшими являются возмущения в воздушном потоке вследствие не­ ровностей земли и всякого рода препятствий, термическая конвек­ ция воздуха и трение между массами воздуха различных физиче­ ских свойств.

Наибольшая порывистость ветра наблюдается весной, а также

воколополуденные часы летом, когда наиболее развиты конвектив­ ные токи в атмосфере. С увеличением скорости ветра порывистость

всреднем усиливается. Так, при скорости ветра 4—5 м/сек за одну

минуту в среднем бывает до одного сильного порыва, а при скоро­ сти 10 м/сек — три-четыре значительных порыва. Наименьшая по­ рывистость ветра наблюдается ночью и зимой при образовании температурных инверсий.

Так как одной из главнейших причин турбулентности атмосфе­ ры являются неровности земной поверхности, то по мере удаления от этой поверхности большие завихрения в турбулентном потоке постепенно затухают, дробясь на более мелкие вихревые образова­ ния. Вследствие этого порывистость ветра и особенно неустойчи­ вость его по направлению в большинстве случаев с увеличением высоты уменьшаются.

Как показывают наблюдения, тропосферу в целом можно счи­ тать зоной турбулентных перемещений воздуха, а стратосферу — зоной однородных ламинарных течений.

Измеряемые в артиллерии скорость и направление ветра харак­ теризуют лишь общее движение воздушного потока, т. е. среднюю скорость и среднее направление движения турбулентной воздушной массы за некоторый промежуток времени или в некоторых преде­ лах высоты (в слое атмосферы).

Рельеф земной поверхности, всякого рода естественные и искус­ ственные препятствия (горы, возвышенности, леса, строения, поле­ защитные полосы и т. п.) не только способствуют образованию тур­ булентности, но влияют на скорость и направление ветра. При со­ прикосновении с поверхностью земли движущиеся воздушные мас­ сы испытывают значительное трение, что приводит к уменьшению

89