Военные технологии

Физика в авиации: эффeкт Прандтля – Глoерта

Физика в авиации: эффeкт Прандтля – Глoерта

Полеты самолетов и вертолетов зачастую сопровождаются явлениями, которые возникают из-за не предусмотренных инженерами законов физики. А ведь современное авиастроение базируется на целом комплексе физических законов.

По мере того как самолет ускоряется, вокруг него начинает формироваться плотный конус конденсата и создается впечатление, что самолет находится внутри компактного облака.

Переход вещества в жидкое или твёрдое состояние из газообразного – это конденсация паров. В авиации это физическое явление больше известно, как конденсационный след или эффект Прандтля-Глоерта.

Физика в авиации: эффeкт Прандтля – Глoерта

Интересную фотографию опубликовала американская группа высшего пилотажа Thunderbirds («Буревестники») на которой виден эффект Прандтля-Глоерта, снятый из кабины истребителя F-16. Подготовка к Авиашоу 2020 в Нью-Йорке.Фото:Thunderbirds.twitter.com.

Эффект Прандтля – Глоерта — явление, заключающееся в конденсации атмосферной влаги позади объекта, движущегося на околозвуковых скоростях. Чаще всего наблюдается у самолётов.

Эффект назван в честь немецкого физика Людвига Прандтля и английского физика Германна Глоерта. Существует распространённое заблуждение, что возникновение облака из-за эффекта Прандтля-Глоерта означает, что именно в этот момент самолёт преодолевает «звуковой барьер». На самом деле, проявление этого эффекта зависит не только от скорости самолёта, но и от температуры и влажности воздуха. В условиях нормальной или слегка повышенной влажности облако образуется только при скоростях, близких к скорости звука. В условиях очень высокой влажности эффект можно наблюдать и на намного более низких скоростях.

Физика в авиации: эффeкт Прандтля – Глoерта

В силу достаточно высокой инерции воздушных масс сначала вся область низкого давления заполняется воздухом из близлежащих областей, прилегающих к области низкого давления. Занимаемый воздухом объём увеличивается, а его температура понижается. Если влажность воздуха достаточно велика, то температура может понизиться до такого значения, что содержащийся в воздухе водяной пар начнет конденсироваться и образовывать небольшое облако.twitter.com.

Сама конденсация происходит только при условии, что количество водяного пара превышает то количество, которое необходимо для насыщения. Эти условия определяются точкой росы – температурой, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, достигает насыщения при данной удельной влажности и постоянном давлении. Степень насыщения характеризуется относительной влажностью – процентным отношением количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к количеству, которое требуется для насыщения. Кроме этих условий, необходимо еще и наличие центров конденсации.

Существуют две основные причины возникновения условий для конденсации и появления следа.

Первая — повышение влажности воздуха, когда к атмосферному водяному пару добавляется водяной пар, содержащийся в отработанных газах авиационного двигателя в результате сгорания топлива. Это повышает точку росы в ограниченном объеме воздуха, за двигателями. Если точка росы становится выше температуры окружающего воздуха, то по мере остывания отработанных газов избыточный водяной пар конденсируется.

Физика в авиации: эффeкт Прандтля – Глoерта

Физика в авиации: эффeкт Прандтля – Глoерта

F/A-18F Super Hornet из 22 истребительно-штурмовой эскадрильи «Fighting Redcocks» (VFA-22) ВМС США во время демонстрационного пролёта у авианосца. 30 мая 2020.

Количество водяного пара, выбрасываемого двигателем, зависит от его мощности и режима работы. Вторая причина — понижение температуры воздуха в результате падения его давления над крылом и внутри вихрей, возникающих при обтекании различных частей самолета. Наиболее интенсивные вихри образуются на краях крыла и выпущенных закрылков.

Если при этом температура опускается ниже точки росы — избыток атмосферного водяного пара конденсируется в области над крылом и внутри вихрей. Степень понижения давления и температуры зависят от таких параметров, как масса летательного аппарата, коэффициент подъемной силы, величина индуктивного сопротивления и др. Часто наблюдаются следы, образованные в результате комбинации этих двух причин. Образованию конденсационного следа также способствуют центры конденсации в виде частиц не сгоревшего или не полностью сгоревшего топлива.

Физика в авиации: эффeкт Прандтля – Глoерта

F-35. В современной авиации явление конденсации является едва ли не самым распространённым, потому что большинство самолётов совершают полёты на скоростях, близких к сверхзвуковым и сверхзвуковых.

Таким образом, возможность появления, вид, и время существования конденсационного следа зависят от влажности и температуры атмосферного воздуха. При низкой влажности и относительно высокой температуре след может отсутствовать вовсе, так как при таких условиях водяной пар не достигает состояния перенасыщения. Чем выше влажность и ниже температура, тем больше водяного пара конденсируется, и тем медленнее происходит испарение, следовательно — след насыщеннее и длиннее. А при относительной влажности, близкой к 100% и низкой температуре, конденсируется наибольшее количество водяного пара, а поскольку высокая влажность препятствует испарению частиц следа, то это влечет образование конденсационных следов, которые могут существовать в течении большого отрезка времени, нередко превращаясь в перистые или перисто-кучевые облака.

Физика в авиации: эффeкт Прандтля – Глoерта

F-18. Единственное, что требуется для появления конденсационного следа – это подходящие погодные и климатические условия.
По материалам

naukatehnika.com

Смотреть полностью

Похожее

Back to top button
Close
Close

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker