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第10章 航空体育运动与气象(2)

气象与跳伞赛事的具体关系,可按气象要素的影响进行探索,也可按跳伞项目研究气象条件。就气象要素来说,有风、能见度、气温、气压等。从人的肌肉能发挥的角度说,温度在13 ~20℃较适宜,温度过低可使血压上升。能见度会影响跳伞。跳伞要求水平风速小、能见度好。一般来说,跳伞有小雨,问题不是很大,但能见度和风速是关键,至于落点问题,一般圆形伞无法精确操控落点,所以大规模空降有地点的禁忌。在现代跳伞运动中,相对而言,翼形伞是操控很灵活的,在气象条件允许的情况下,翼形伞可以精确控制落点,只要有降落点就行。平时跳伞训练时,所要求的气象条件是:首先,着陆场上空没有降水,跳伞高度以下的云量不影响目视;其二,着陆场地面风速不超过6米/秒,另外,跳伞高度以下的平均风速不超过12米/秒。

关于受天气影响而发生跳伞事故的报道有不少, 2010年7月6日,英国各大报纸争相报道一则消息,英国大学生斯蒂芬·海尔顿在参加花样跳伞的比赛中,从14000英尺的高空跳下,未能打开降落伞而直坠地面,当场摔死,斯蒂芬的教练保罗·哈罗称,按原计划是在3 天前比赛的,但由于天气原因推迟了一天,就是因为推迟比赛,跳伞中心举办了一次“化妆”晚会,这使预谋已久的杀人犯割断了斯蒂芬备用的启动绳,所以天气是杀害这个年轻人的帮凶。

1997年12月6日,人类首次南极跳伞尝试日, 6名探险者中有3人因遇上寒冷天气,伞包打不开,坠地身亡。发言人说,当时的检查结果是一切正常,而在跳伞过程中两名遇难者的主伞和备用伞部没能打开,对此他们也感到非常疑惑,无法解释其原因。有人认为很可能是天气寒冷造成跳伞者手脚不灵便导致的。

当然还应该考虑的是,航空体育与气象的关系及影响还因气候条件而异。气候条件在自然环境中不是孤立存在的。气候本身就要受到地理等因素的影响。它由太阳辐射、大气环流、地面性质等因素相互作用而决定。气候主要包括气温、降水、蒸发、风向等方面。气候在航空体育与气象中起到的作用,是应该单独考虑的,因为人们在设计、制作航空器械、服装、伞衣时,相当程度是直接为了适应自然环境和气候条件。气候条件的区域和综合性特点,又直接决定了某一地区和某一种航空体育比赛的好坏和受影响程度的大小。

第五节 气象与航空模型运动

航模飞行是在空中完成的,这除了要掌握关于飞行的一般知识外,空气动力学和气象学知识也是必备的。

早期的空气动力学,可以追溯到人类对鸟或弹丸在飞行时的受力和力的作用方式的种种猜测。17世纪后期,荷兰物理学家惠更斯首先估算出物体在空气中运动的阻力。1726年,牛顿应用力学原理和演绎的方法得出:在空气中运动的物体所受的力,正比于物体运动速度的平方和物体的特征面积以及空气的密度。19世纪末,经典流体力学的基础已经形成。这时开始,使人们认识到,航空要解决的首要问题是如何获得飞行器所需要的升力,减小飞行器的阻力和提高飞行速度。1894年,英国的兰彻斯特首先提出无限翼展或翼型产生升力的环量理论,和有限翼展机翼产生的涡旋理论等。1904 年,德国的普朗特发表了著名的低速流动的边界层理论。1946年,美国的琼斯提出了小展弦比机翼理论,利用这一理论和边界层理论,可以足够精确地求出机翼上的压力分布和表面摩擦阻力。20世纪70年代以来,空气动力学发展更加活跃的领域是湍流、边界层过渡、微波与边界层互相干扰、跨声速流动、涡旋和分离流动多相流,数值计算和实验测试技术等等。这些是一个航模爱好者应该去了解的知识,这些知识在航空运动方面的书里均有介绍,本章节就不详述了。

气象知识对航模爱好者来说,比起空气动力学要好学得多,也是更需要了解的知识。也许有人对气象的影响不以为然,但事实上,在现实中,正因为缺乏必要的气象知识而使飞机遭到损坏比比皆是,这也给大家带来一些烦恼。

一般航模飞行遇到的气象因素主要有以下几方面:

一是风,主要影响飞机的起飞和着陆。如逆风起降时,侧风不能过大,所以在航模活动和比赛中,首先要了解该日的风向,当然也要时刻测量当时风的变向。在不同地理环境下和周围声响、机器震动的影响下,风向也有变化。另外,风的改变、风的连续性问题也是要注意的,其中风切变是一种大气现象,是风速在水平和垂直方向的突然变化,由于速度是矢量,有大小和方向,所以风切变包括水平风的垂直切变,水平风的水平切变以及垂直风的切变。风切变是导致飞行事故的大敌,特别是低空风切变。风的切变具有时间短、尺度小、强度大的特点,会直接影响飞机的稳定飞行,由于风切变现象具有时间短、尺度小、强度大的特点,从而带来了探测难、预报难、航管难、飞行难等一系列困难,是一个不易解决的航空气象难题。因此,目前对付风切变的最好办法就是避开它。因为某些强风切变是现有飞机的性能所不能抗拒的。平时在有雨、有雾、超过四级风都不能飞行。

二是空气湍流会造成航模飞机的左右摇晃而影响飞行和降落。

三是气压、气温和大气温度,这些因素主要影响飞机的上升和燃料消耗,特别在航模比赛中,选手们必须了解当天的标准大气压。因为气温升高,空气密度变小,产生的升力变小,造成飞机载重减小。

四是能见度。从专业角度说,所谓能见度是指正常视力的人在当时天气条件下,从天空背景中能看到或辨认出目标物的最大水平能见距离。如果能见度好,在夏天的晚上开展夜航也没有问题,不过要在场地里有超亮的探照灯照明,玩一玩小级别的飞机和固定翼是没问题的。航模爱好者和运动员应对风有所研究,诸如风同各种类型航模机和航模比赛活动间的相互作用,以及大气边界内风的特性,风对航模机翼、空中造型的作用、风引起的质量迁移、风对航模的利用,以及低层大气的流动性和各种颗粒物在大气中的扩散规律。

毫无疑问,无论是大型航模体育赛事和小规模航模运动会或是日常航模活动,都要受到气象条件的制约与影响。越是大型航模体育活动,越需要准确和及时有效的气象预报服务保障某些特殊的专项服务。良好的气象条件和较完善的气象服务,历来是航模大型比赛开幕和闭幕式成功与否的关键因素之一。比赛期间,气象条件是关系到飞行能否创出优异成绩的敏感因素之一,气象与航模项目的关系是非常密切的,它带来的影响特别大。如果遇到暴雨、雷击、冰雹等恶劣天气,会给飞行与观众的安全带来极大的危害,还可给赛事日程和活动效果带来不利影响。往往在航模运动会即将召开时遇到了台风,大雨持续不停,开幕式只能推迟举行。

当然,人们从事航模运动,并不完全是为了喜好,有不少人把航空体育运动看作是一项健身运动,因此也有必要多关注气象医学知识,气象医学是研究天气、气候对健康影响的科学,又称医疗气象学。目的是保护人类免受不良气象条件的影响,并利用有利的气象条件增强体质、防治疾病。气象医学的研究涉及到天气学、气象学、气候学、基础医学、预防医学、临床医学等多门学科知识,是综合性的学科。天气、气候的情况影响着多种疾病的发生,秋冬季节交替之时一次寒潮的爆发,常常引起感冒、哮喘、心脑血管等疾病的爆发。而关节痛被视为天气变化的征兆。乙型脑炎多发生于夏秋季,麻疹、流脑、猩红热流行于冬春季节,而夏季多引发霍乱、痢疾等疾病。出现以上情况的原因是各种致病的细菌、病毒及其传播者都有其各自适应的天气与气候条件,使各种疾病的发生与天气、气候的变化有密切的关系。所以航空体育应根据天气开展活动,真正使航模运动为人体健康服务。