Самолетик весь во власти воздушных волн. Что такое воздушная яма? Полет на самолете
Удивительное зрелище – конус пара, появляющийся вокруг самолета, который летит на околозвуковой скорости. Этот удивительный эффект, известный как эффект Прандтля - Глоерта, заставляет глаза широко раскрыться, а челюсть – отвиснуть. Но в чем его суть?
(Всего 12 фото)
1. Вопреки всеобщему мнению, этот эффект появляется не тогда, когда самолет преодолевает звуковой барьер. Эффект Прандтля - Глоерта также часто ассоциируют со сверхзвуковым хлопком, что тоже не верно. Двигатели самолетов со сверхвысоким обходом могут создавать этот эффект на скорости взлета, потому что входное устройство двигателя имеет низкое давление, а лопатки вентилятора сами по себе работают на околозвуковой скорости.
2. Причина его возникновения заключается в том, что летящий на высокой скорости самолёт создает область повышенного давления воздуха впереди себя и область пониженного давления позади. После пролёта самолёта область пониженного давления начинает заполняться окружающим воздухом. При этом в силу достаточно высокой инерции воздушных масс сначала вся область низкого давления заполняется воздухом из близлежащих областей, прилегающих к области низкого давления.
3. Представьте объект, движущийся на околозвуковой скорости. Околозвуковая скорость отличается от скорости звука. Звуковой барьер преодолевается на скорости 1235 км/час. Околозвуковая скорость ниже, выше или около скорости звука и может варьироваться от 965 до 1448 км/час. Поэтому этот эффект может появиться, когда самолет движется со скоростью, меньшей скорости звука или равной ей.
4. И все же все дело в звуке – именно от него зависит «видимость» этого парового конуса за самолетом. Форма конуса образуется силой звука (в случае с самолетами), движущейся быстрее, чем звуковые волны, которые она производит. Эффект Прандтля - Глоерта возникает в результате волновой природы звуков.
5. Опять же, подумайте о самолете, как об источнике, а о звуке – как о гребне волны. Эти гребни звуковых волн представляют собой серию или оболочку накладывающихся друг на друга кругов. Когда волны накладываются друг на друга, создается форма конуса, а ее кончик – источник звука. Пока что невидимого.
6. Чтобы эффект стал видимым человеческому глазу, нужна еще одна вещь – влажность. Когда влажность достаточно высокая, воздух вокруг конуса конденсирует и образует облако, которое мы видим. Как только давление воздуха возвращается в нормальное состояние, облако исчезает. Эффект почти всегда возникает у самолетов, летящих летом над океаном – комбинация воды и жары дает нужный уровень влажности.
7. Здесь можно разрушить еще один . Некоторые считают, что эффект Прандтля - Глоерта возникает в результате сгорания топлива.
8. Наверное, вас можно понять, если вы считаете, что этот эффект – инверсионный след, то есть неестественное облако, появляющееся из конденсированного водяного пара, который производится выхлопами двигателя. Однако это не одно и то же. Водяной пар уже есть там – он уже в воздухе, еще до того, как через него пройдет самолет.
9. Стоит также упомянуть давление воздуха. Когда самолет движется на околозвуковой скорости, давление воздуха вокруг называется N-волной, потому что когда давление зависит от времени, результат похож на букву N.
10. Если бы мы могли замедлить взрывную волну, проходящую через нас, мы бы увидели ведущий компонент сжатия. Это начало N. Горизонтальная палочка возникает, когда давление опускается, а когда нормальное давление атмосферы возвращается в финальную точку, создается буква N.
11. Эффект назван в честь двух выдающихся ученых, открывших это явление. Людвиг Прандтль (1875 – 1953) был немецким ученым, изучавшим развитие систематического математического анализа в аэродинамике. Герман Глоерт (1892 – 1934) был британским ученым-аэродинамиком.
12. Хотите верьте, хотите нет, но вы сами можете создать этот эффект. Вам нужно всего две вещи: кнут и день с высокой влажностью воздуха. Если вы сможете лихо хлестнуть кнутом, как Индиана Джонс, вы увидите подобный эффект. Хотя, дома это пробовать не стоит.
Специалисты реконструировали схему взлета Ту-154 по показаниям бортового самописца, сообщает газета "Коммерсантъ" . Полученный результат показался экспертам необычным – выяснилось, что когда штурман предупредил пилотов о падении, они никак на это не отреагировали. Датчики лайнера не зафиксировали логичного в сложившейся ситуации движения штурвала "на себя".
ПО ТЕМЕ
Более того, близкий к расследованию источник рассказал, что "до самого столкновения с водой реагировали на управляющие действия экипажа своевременно и штатно". Эмоциональное высказывание пилота о закрылках может свидетельствовать о некритичной задержке приказа убрать их, но не о технической неисправности.
Авиационные эксперты предположили, что на поведении пилотов сильно сказалось то, что вылет производился в ночное время суток. "Через несколько секунд после отрыва от хорошо освещенной и размеченной полосы ты пересекаешь также подсвеченную береговую линию и сразу попадаешь как будто в черную дыру", – рассказал один из специалистов. В подобной ситуации пилот должен доверять исключительно показаниям датчиков, а не собственному вестибулярному аппарату.
Тем не менее, бортовые системы Ту-154 зафиксировали, что командир на протяжении долгого времени вручную корректировал траекторию полета. Это свидетельствует о его потере ориентации. Многие специалисты критикуют бездействие второго пилота Александра Ровенского, но его поведение объясняется страхом отобрать штурвал у старшего по званию майора Волкова.
Впрочем, ряд экспертов отрицает "иллюзорную" версию падения Ту-154. Полученную схему трагедии они объясняют неисправностью системы регистрации параметров.
Добавим, что поведение организма пилота уже давно изучает такая наука, как авиапсихология. Тем не менее, эксперты до сих пор не смогли установить, почему капитан воздушного судна инстинктивно нарушает траекторию полета. Специалисты утверждают, что способствовать потере ориентации могут усталость, стресс и недомогание. По статистике, каждая десятая авиакатастрофе в мире происходит по вине иллюзий.
Видеозапись сделана шлирен-методом для изучения ударных волн.
NASA опубликовало видеозапись пролета учебного самолета T-38 Talon на сверхзвуковой скорости на фоне Солнца. Она была сделана шлирен-методом для изучения ударных волн, образующихся на кромках планера самолета. Снимки и видеозаписи ударных волн необходимы специалистам NASA для исследований, которые ведутся в рамка проекта по разработке «тихого» сверхзвукового самолета.
Шлирен-метод является одним из основных способов изучения воздушных потоков при проектировании и испытании новой авиационной техники.
Такой способ фотографии позволяет выявлять оптические неоднородности в прозрачных преломляющих средах. В шлирен-фотографии используются специальные линзы с отсекающей диафрагмой.
В таких фотоаппаратах прямые лучи проходят линзу и концентрируются на отсекающей диафрагме, которую еще называют ножом Фуко. При этом отраженный и рассеянный свет линзой не фокусируется на ноже и попадает на матрицу фотоаппарата. Благодаря этому ослабленный рассеянный и отраженный преломлениями в воздухе свет не теряется в прямых лучах.
На опубликованной видеозаписи отчетливо видны ударные волны. Они представляют собой области, в которых давление и температура среды испытывают резкий и сильный скачок. Ударные волны воспринимаются наблюдателем на земле как взрыв или как очень громкий хлопок в зависимости от расстояния до сверхзвукового объекта.
Звук взрыва от ударных волн называется звуковым ударом, и именно он является одним из основных препятствий в развитии сверхзвуковой пассажирской авиации. В настоящее время авиационные правила запрещают сверхзвуковые полеты самолетов над населенными частями суши.
Авиационные власти могут разрешить сверхзвуковые полеты над населенной частью суши, если воспринимаемый уровень шума пассажирских самолетов не будет превышать 75 децибел. Для того, чтобы сделать существование гражданской сверхзвуковой авиации возможным, разработчики сегодня ищут разные технические способы сделать новые самолеты «тихими».
В полете на сверхзвуковой скорости самолет образует множество ударных волн. Они обычно возникают на кончике носового обтекателя, на передней и задней кромках крыла, на передних кромках хвостового оперения, в зонах завихрителей потока и на кромках воздухозаборников.
Одним из способов снижения воспринимаемого уровня шума является изменение аэродинамической конструкции самолета.
В частности, считается, что перепроектирование некоторых элементов планера позволит избегать резких скачков давления на фронте ударной волны и резких же падений давления в задней ее части с последующей нормализацией.
Ударная волна с резкими скачками называется N-волной, поскольку на графике напоминает именно эту букву латинского алфавита. Именно такие ударные волны воспринимаются как взрыв. Новая аэродинамическая конструкция самолета должна будет генерировать S-волны с плавным и не таким значительным, как у N-волны, перепадом давления. Предполагается, что S-волны будут восприниматься как мягкая пульсация.
Разработкой демонстратора технологий «тихого» сверхзвукового самолета в рамках проекта QueSST занимается американская компания Lockheed Martin. Работы ведутся по заказу NASA. В июне текущего года завершилось эскизное проектирование летательного аппарата.
Планируется, что первый полет демонстратора состоится в 2021 году. «Тихий» сверхзвуковой самолет будет выполнен однодвигательным. Его длина составит 28,7 метра. Он получит планер, фюзеляж и крыло которого внешне напоминают перевернутый самолет. На QueSST установят обычные вертикальный киль и горизонтальные рули для маневрирования на малой скорости полета.
На верхушке киля будет установлено маленькое Т-образное оперение, которое будет «разбивать» ударные волны от носовой части и фонаря кабины пилотов. Носовая часть самолета будет значительно удлинена для уменьшения лобового сопротивления и уменьшения числа перепадов на планере, где могут образовываться ударные волны во время полета на сверхзвуковой скорости.
Технология QueSST предполагает разработку такой аэродинамической конструкции самолета, на кромках которой образовывалось бы как можно меньшее количество ударных волн. При этом те волны, которые будут все же образовываться, должны быть значительно менее интенсивными.
Многие люди боятся летать самолетами. Психологи утверждают, что существует даже такое понятие, как «аэрофобия». Пациенты с таким диагнозом испытывают настоящий ужас от одной только мысли о том, чтобы подняться в воздух. Самые сильные негативные эмоции вызывают попадания в воздушные ямы и турбулентность. Подобные моменты неприятны даже для тех, кто не испытывает страха перед полетами. Однако пилоты утверждают, что на самом деле это вполне обычное природное явление, которое можно объяснить научным языком, и никакой беды оно пассажирам авиалайнера не принесет. Сегодня мы решили рассказать вам, что такое на самом деле воздушная яма, и стоит ли ее бояться.
Объяснение термина
Обычному человеку довольно сложно понять, что же на самом деле представляет собой воздушная яма. Каждый понимает, что в небе не существует шоссе и дорожное покрытие, а, следовательно, не может быть никаких ям. К примеру, когда речь идет об управлении автомобилем любому абсолютно ясно, что на дороге может возникнуть препятствие либо яма, которую опытный водитель сможет обрулить. А вот как быть, если вы попали в воздушную яму? Можно ли ее миновать? И насколько она опасна? На все эти вопросы мы ответим в следующих разделах статьи. Но давайте разбираться в этой непростой теме постепенно.
Ученые уже давно выяснили, что воздушные потоки неоднородны. Они имеют разную направленность, температуру и даже плотность. Все это сказывается на авиалайнерах, следующих по определенным маршрутам. В случае когда самолет встречает на пути потоки более низкой температуры, создается полная иллюзия кратковременного падения. Тогда мы обычно говорим, что судно провалилось в воздушную яму. Однако на самом деле это всего лишь иллюзия, которую легко объяснить с помощью современной науки.
Нисходящие и восходящие потоки
Чтобы понять, как образуются воздушные ямы, необходимо получить полное представление о движении воздушных потоков. Согласно законам физики, нагретый воздух всегда поднимается вверх, а охлажденный опускается вниз. Теплые потоки называют восходящими, они всегда стремятся ввысь. А холодный воздух принято считать нисходящим, и он подобно воронке тянет вниз все, что попадается ему на пути.
Именно из-за движения этих потоков образуются столь нелюбимые пассажирами воздушные ямы при полете. Они заставляют путешественников испытать очень неприятные ощущения, которые многие долго не могут забыть.
Принцип образования воздушных ям
Несмотря на то что современная авиастроительная промышленность уже давно оснастила свои новые лайнеры обилием технологических новинок, призванных сделать полет комфортным и безопасным, до сих пор никому не удалось избавить пассажиров от неприятных ощущений, вызванных нисходящими воздушными массами. Итак, самолет попал в воздушную яму. Что происходит с ним в этот момент?
Даже во время полета в хороших погодных условиях авиалайнер может натолкнуться на поток холодного воздуха. Так как он является нисходящим, то начинает существенно тормозить скорость подъема самолета. Примечательно, что по прямой он идет с прежними показателями, однако немного теряет высоту. Обычно это длится всего лишь несколько мгновений.
Затем авиалайнер встречается с восходящим потоком, который начинает выталкивать его вверх. Это позволяет воздушному судну набрать прежнюю высоту и продолжить полет в штатном режиме.
Ощущения пассажиров
Тем, кто никогда не попадал в воздушные ямы довольно сложно понять, что чувствуют пассажиры самолетов. Обычно люди жалуются на то, что они испытывают спазмы в желудке, подступающую к горлу тошноту и даже, длящуюся доли секунд, невесомость. Все это сопровождается иллюзией падения, которая воспринимается максимально реалистично. Совокупность ощущений приводит к неконтролируемому страху, именно он в дальнейшем не позволяет большинству людей спокойно переносить перелеты и вызывает аэрофобию.
Стоит ли паниковать?
К сожалению, ни один самый высокопрофессиональный пилот не сможет миновать воздушную яму. Ее невозможно облететь и даже марка и класс самолета не смогут уберечь пассажиров от неприятных впечатлений.
Пилоты утверждают, что в момент попадания в нисходящий поток самолет на время теряет управление. Но паниковать из-за этого не стоит, подобная ситуация длится не более нескольких секунд и кроме неприятных ощущений ничем не грозит путешественникам.
Однако необходимо знать, что в воздушной яме авиалайнер испытывает серьезное давление. В этот момент самолет попадает в «болтанку» или турбулентность, которая, в свою очередь, добавляет испуганным пассажирам неприятных ощущений.
Кратко о турбулентности
Данное явление доставляет путешественникам массу неудобств, но на самом деле оно не опасно и не может привести к крушению авиалайнера. Считается, что нагрузки на самолет во время турбулентности ничуть не выше чем на автомобиль, который движется по неровной дороге.
Зона турбулентности образуется тогда, когда встречаются воздушные потоки с разной скоростью. В этот момент образуются вихревые волны, которые вызывают «болтанку». Примечательно, что на некоторых маршрутах турбулентность возникает регулярно. Например, во время полетов над горами самолет всегда трясет. Подобные зоны бывают довольно продолжительными, и «болтанка» может длиться от нескольких минут до получаса.
Причины турбулентности
О самой распространенной причине возникновения «болтанки» мы уже рассказали, но, помимо этого, вызвать ее могут и другие факторы. К примеру, пролетевший впереди воздушный лайнер часто способствует образованию завихрений, а они, в свою очередь, формируют зону турбулентности.
Недалеко от поверхности земли воздух прогревается неравномерно, поэтому и создаются вихревые потоки, которые становятся причиной турбулентности.
Примечательно, что пилоты сравнивают полеты в облаках движению по шоссе с ямами и ухабами. Поэтому в облачную погоду пассажиры чаще всего испытывают все «прелести» перелета в трясущемся самолете.
Опасности турбулентности
Большинство пассажиров на полном серьезе считают, что турбулентность может нарушить герметичность салона и привести к крушению. Но на самом деле это самое безопасное явление из всех возможных. История авиаперевозок не знает случая, когда попадание в «болтанку» привело бы к фатальным последствиям.
Авиаконструкторы всегда закладывают в корпус самолета определенный запас прочности, который вполне спокойно выдержит и турбулентность, и грозу. Конечно, подобное явление вызывает у пассажиров тревогу, неприятные эмоции и даже панику. Но на самом деле необходимо просто спокойно переждать этот момент, не поддаваясь собственному страху.
Как вести себя во время полета: несколько простых правил
Если вы очень боитесь летать, а мысли о воздушных ямах и турбулентности вызывают у вас чувство ужаса, то постарайтесь соблюдать ряд простых правил, которые существенно облегчат ваше состояние:
- не употребляйте алкоголь во время полета, он только усугубит неприятные эмоции;
- постарайтесь пить воду с лимоном, она снимет приступы тошноты при попадании в воздушные ямы;
- перед путешествием настройте себя на позитивный лад, иначе вы все время будете мучиться от предчувствий и негативных эмоций;
- обязательно пристегивайтесь ремнями, во время прохождения зоны турбулентности пассажиры могут быть травмированы;
- если вы очень сильно боитесь летать, то выбирайте более крупные модели самолетов, которые менее чувствительны к разного рода тряскам.
Надеемся, что после прочтения нашей статьи ваш страх перед перелетами станет менее острым, а ваше следующее воздушное путешествие пройдет легко и приятно.
