Инверсионный след что это
Увидеть невидимое… Инверсионный след, эффект Прандтля-Глоерта и прочие интересности.
Привет, друзья!
Су-35. Вихревые жгуты визуально.
Сегодня статья отдыхательная :-). Тема в целом серьезная конечно, в авиации ведь все серьезно :-)… Но вобщем-то я бы это поместил в раздел всяких интересностей и любопытностей. А посему немало будет видео и картинок :-).
Итак… Мы много тут уже рассуждали о различных аэродинамических процессах, об образовании сил, о движениях воздушных потоков. Так вот у меня раньше часто возникал вопрос насчет того, что неплохо бы все это как-нибудь понаглядней увидеть или хотя бы обнаружить косвенные признаки происходящего…
Например, тянет тягач на тяжелом тросе большую машину. Трос натянулся, как струна. Машина поддается, ползет… Вот она сила, в тросе натянутом, чувствуется здорово. А вот самолет весом под сорок тонн, круто задрав нос «попер» вверх.. И где она эта сила :-)? В чем она? Нет, ну мы-то с вами уже знаем о подъемной силе при движении крыла в воздухе. Она, что называется, и слона на высоту поднимет (точнее уж говоря много слонов :-)), но одно дело знать и совсем другое дело видеть…
Я уже писал как-то (не на этом сайте, правда :-)) о своем армейском товарище, который любил пошутить, говоря о самолете, который он обслуживал: «Я, слушай, все понимаю. Подъемная сила там, аэродинамика и все такое прочее. Но как все-таки эта дура в воздухе держится?» То есть (повторю сам себя :-)) речь о том, что было бы все-таки интересно увидеть более наглядно все то, что воздух проделывает с летательным аппаратом, а тот, в свою очередь с воздухом. Напрямую это, к сожалению, увидеть не удастся, но вот косвенно можно, и, если знать о чем речь, то все становится очень даже наглядным.
Насчет цвета – это мы можем сделать сами (правда не всегда и не везде, но можем :-)), например использовать дым (лучше цветной). А насчет обычной непрозрачности, тут природа нам помогает сама.
Самое непрозрачное в атмосфере – это облака, то есть влага, та которая конденсировалась из воздуха. Вот этот самый процесс конденсации и позволяет нам, хоть и косвенно, но все же довольно наглядно увидеть кое-какие процессы, происходящие при взаимодействии летательного аппарата с воздушной средой.
Чтобы это произошло, надо либо повысить количество воды в атмосфере, что означает увеличить влажность, либо понизить температуру окружающего воздуха ниже точки росы. В обоих случаях произойдет выделение лишнего пара в виде сконденсировавшейся влаги и мы увидим белый туман (или что-то вроде того :-)).
То есть, как уже понятно, в атмосфере этот процесс может иметь место, а может и нет. Все зависит от местных условий. То есть для этого нужна влажность не ниже определенной величины, определенная, соответствующая ей температура и давление. Но если все эти условия соответствуют друг другу, мы можем наблюдать иной раз довольно интересные явления.Однако обо всем по порядку :-).
Инверсионный (конденсационный) след. Самолет Fokker 100.
Самолеты летят на разных высотах. Условия атмосферы разные, поэтому за одним инверсионный след есть, за другим нет.
На видео показано образование инверсионного (конденсационного) следа, заснятое из кормовой кабины самолета (кажется это ТУ-16, хотя не уверен). Видны стволы кормовой огневой установки (пушки).
Транспортник Boeing C-17 Globemaster III.
«Дымный ангел» во всей красе :-).
Справедливости ради стоит сказать, что и другие летательные аппараты тоже неплохие художники 🙂 …
Работа ЛТЦ вертолета. Дым показывает формирование вихрей.
Однако, вихревые жгуты можно увидеть и без использования дыма. Конденсация атмосферного пара нам поможет и здесь. Как мы уже знаем, воздух в жгуте получает вращательное движение и, тем самым перемещение от центра жгута к его периферии. Это приводит к расширению и падению температуры в центре жгута, и, если влажность воздуха достаточно высока, то могут создаться условия для конденсации влаги. Тогда мы можем увидеть вихревые жгуты воочию. Эта возможность зависит как от условий атмосферы, так и от параметров самого летательного аппарата.
Конденсация в вихревом жгуте механизации крыла.
Вихревые жгуты и область пониженного давления над крылом.
И чем больше углы атаки, на которых летает самолет, тем вихревые жгуты более интенсивны и визуализация их за счет конденсации более вероятна. Особенно это характерно для маневренных истребителей, а также хорошо проявляется на выпущенных закрылках.
Вихри на концах лопастей винтовых двигателей. Самолет DehavillandCC-115Buffalo.
Самолет Luftwaffe Transall С-160D. Вихри на концах лопастей винтов двигателей.
Конденсация в вихревых жгутах на концах лопастей винтов. Самолет Bell Boeing V-22 Osprey.
Часто происходит взаимодействие вихревых жгутов с инверсионным (конденсационным) следом, и тогда картины могут быть довольно причудливы :-).
Истребитель F-15. Разрежение на верхней поверхности крыла.
СУ-35. Эффект Прандтля-Глоерта, иллюстрация подъемной силы.
Вихревые жгуты и конденсация в зоне пониженного давления на крыле. Самолет EA-6B Prowler.
Для иллюстрации сказанного о вихревых жгутах и подъемной силе есть хорошее видео:
В следующем видео эти процессы сняты во время посадки из пассажирского салона самолета:
Однако справедливости ради надо сказать, что это явление в визуальном плане может сочетаться с эффектом Прандтля-Глоерта (по сути дела это, вобщем-то, он и есть). Название страшное :-), но принцип все тот же, а визуальный эффект значительный :-)…
Суть этого явления заключается в том, что позади летательного аппарата (чаще всего самолета), движущегося с высокой скоростью (достаточно близкой к скорости звука) может образовываться облако сконденсировавшегося водяного пара.
Истребитель F-18 Super Hornet. Эффект Прандтля-Глоерта.
Происходит это из-за того,что при движении самолет как бы двигает перед собой воздух и, тем самым, создает область повышенного давления перед собой и область пониженного после себя. После пролета, воздух начинает заполнять эту область с малым давлением из близлежащего пространства, и, таким образом, в этом пространстве объем его увеличивается, а температура падает. И если при этом есть достаточная влажность воздуха, а температура опускается ниже точки росы, то происходит конденсация пара и появляется небольшое облако.
Существует оно обычно недолго. Когда давление выравнивается, то поднимается местная температура и сконденсировавшаяся влага вновь испаряется.
Не могу также не вспомнить о своих любимых турбореактивных двигателях. Конденсация и тут позволяет увидеть кое-что интересное. При работе двигателя на земле на больших оборотах и достаточной влажности можно увидеть «воздух на входе в двигатель» :-). На самом деле не совсем так, конечно. Просто двигатель интенсивно всасывает воздух и на входе образуется некоторое разрежение, как следствие падение температуры, из-за которого происходит конденсация водяного пара.
Кроме того часто возникает еще и вихревой жгут, потому что воздух на входе закручивается рабочим колесом компрессора (вентилятора). В жгуте по известным нам уже причинам тоже конденсируется влага и он становится виден. Все эти процессы хорошо видны на видео.
Оказывается это имеет прямое отношение к нашей теме. Птица – тоже своего рода летательный аппарат :-), и за ее крыльями образуются примерно такие же вихревые жгуты, как и за крылом самолета. Они также вращаются (ось горизонтального вращения проходит через концы крыльев), имея за корпусом птицы направление вращения вниз, а за оконечностями ее крыльев вверх.
То есть получается, что птица, летящая сзади и правее (левее) попадает во вращательное движение воздуха вверх. Этот воздух как бы поддерживает ее и ей легче держаться на высоте. Она меньше тратит сил. Это очень важно для тех стай, которые преодолевают большие расстояния. Птицы меньше устают и могут лететь дальше. Только вожаки не имеют такой поддержки. И именно поэтому они периодически меняются, становясь в конец клина для отдыха.
Это и есть еще один способ косвенной, но достаточно наглядной визуализации аэродинамических процессов.
Природа наша достаточно сложно и очень целесообразно устроена и периодически нам об этом напоминает. Человеку остается только не забывать это и перенимать у нее тот огромный опыт, которым она с нами щедро делится. Главное здесь только не переусердствовать и не навредить…
До новых встреч, и в конце немного видео о канадских гусях :-).
Инверсионный след
Конденсацио́нный след (устаревшее название инверсио́нный след, часто ошибочно называемый реактивным следом) — след, оставляемый в небе летательными аппаратами, летящими на большой высоте.
Инверсионный след представляет собой туман, сконденсированный в основном из атмосферной влаги, а также в меньшей степени из влаги, содержащейся в выхлопах двигателей летательного аппарата.
Своё название он получил по названию физического феномена, свойственного верхним слоям атмосферы — инверсии относительно точки росы. В верхних слоях атмосферы отсутствуют пылевые частицы, и даже при достижении температуры, меньшей точки росы, атмосферная влага остается в газообразном состоянии, то есть прозрачной и нерассеивающей свет. Пролёт летательного аппарата в инвертированных слоях вызывает появление огромного количества таких центров конденсации, и на них мгновенно происходит конденсация пара в виде капель влаги (облачного тумана). За счёт этого траектория полета летательного аппарата становится видимой.
Центрами конденсации выступают:
Вся эта совокупность конденсирующих центров осаждает влагу в капли, причём дальнейшая судьба туманного следа зависит от параметров атмосферы в этом месте и в это время. Например, возможна дальнейшая конденсация и укрупнение капель, которые попросту выпадают в более низкие слои атмосферы. Возможно испарение капель вследствие диффузии.
Естественно, что облачный след несёт на себе отпечаток турбулентной структуры, сопровождавшей обтекание летательного аппарата, и рельефно выявляет всю вихревую фактуру потревоженного воздуха. Этим объясняются перепады плотности разного масштаба в следе, в том числе и прерывистость следа в некоторых случаях.
По заявлениям экологов, инверсионные следы оказывают влияние на климат, уменьшая температуру за счёт того, что вырождаются в тонкие высотные перистые облака, тем самым препятствуя солнечным лучам (в отличие от таких облаков обычные перистые облака не только отражают солнечные лучи, но и сохраняют под собой тепло Земли).
Полезное
Смотреть что такое «Инверсионный след» в других словарях:
Реактивный след — Инверсионные следы от самолета с четырьмя двигателями Инверсионные следы от поршневых самолётов, Вторая мировая война Инверсионный след двигателей ракеты носителя «Союз» Конденсационный след … Википедия
Конденсационный след — Проверить информацию. Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье. На странице обсуждения должны быть пояснения … Википедия
Атлантис STS-115 — Программа Спейс Шаттл (Space Shuttle) Эмблема экспедиции Основные данные Экспедиция: STS 115 Орбитальный модуль … Википедия
STS-115 — Эмблема Полётные данные корабля Название корабля … Википедия
ПВРД — Воздушно реактивный двигатель (ВРД) тепловой реактивный двигатель, в качестве рабочего тела которого используется атмосферный воздух, нагреваемый за счёт химической реакции окисления горючего кислородом, содержащимся в самом рабочем теле. Впервые … Википедия
ПуВРД — Воздушно реактивный двигатель (ВРД) тепловой реактивный двигатель, в качестве рабочего тела которого используется атмосферный воздух, нагреваемый за счёт химической реакции окисления горючего кислородом, содержащимся в самом рабочем теле. Впервые … Википедия
Аврора (самолёт) — У этого термина существуют и другие значения, см. Аврора. SR 91 Aurora предполагаемый вид SR 91 … Википедия
Сипер, Михаил Саулович — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей. Сипер Михаил Саулович (род … Википедия
Шанхайские рыцари — Shanghai Knights … Википедия
Дезик и Цыган — в кабине ракеты перед стартом Дезик и Цыган первые собаки, совершившие полёт на геофизической ракете В 1В (Р 1В) в верхние слои атмосферы 22 июля 1951 года с полигона Капустин Яр в Астраханской области в рамках проекта ВР 190 запуска… … Википедия
Почему самолет оставляет след в небе
Жители мегаполисов лишены возможности увидеть в небе полет самолета. Наблюдать за перемещением воздушного судна могут лишь те люди, что проживают поблизости с аэропортом. Многие люди, которые видели полет самолета, знают о том, что иногда воздушное судно оставляет за собой белый след. Его появление объясняется особенностью работы двигателей самолета. В нашей статье мы предлагаем рассмотреть вопрос о том, почему самолет оставляет след в небе.
Ясное небо, расчерченное ровными белыми линиями, медленно расплывающимися даже после того, как самолеты скрылись из виду, — зрелище завораживающее
Физическое объяснение явления
Вопрос о причинах появления белого следа, который тянется за воздушным судном, интересует многих детей, ставших свидетелями этого процесса. Важно отметить, что далеко не все взрослые люди способны удовлетворить интерес малышей. Для того чтобы объяснить появление инверсионного следа, необходимо понимать основные законы физики. В качестве аналогии можно использовать рассказ о причинах появления осадков в виде снега и дождя. Данное явление объясняется круговоротом воды в природе. Жидкость может иметь одно из нескольких агрегатных состояний. Самым твердым состоянием является лед, который преобразуется в жидкую массу под воздействием тепла.
Дальнейший нагрев жидкости позволяет преобразовать жидкую массу в пар, который является газообразным агрегатным состоянием. Этот пар может тоже изменить свою форму и трансформироваться в жидкость. Данная трансформация именуется процессом выделения конденсата. Важно обратить внимание на то, что наблюдать появление конденсата можно даже в домашних условиях. В качестве примера можно привести запотевание зеркала, расположенного в ванной комнате.
Конденсат образуется из микроскопических твердых частиц, которые придают пару форму, видимую человеческому глазу. Данное агрегатное состояние имеет минимальную стойкость к воздействию внешней среды. Именно поэтому туманы рассеиваются спустя определенный отрезок времени. Выделяющаяся влага смешивается с окружающей атмосферой, что приводит к выравниванию температуры.
Вышеописанный процесс может быть непонятен маленькому ребенку. Для того чтобы ребенок правильно понял этот процесс, необходимо объяснить все происходящее на практическом примере. Представим ванну, наполненную горячей водой. Уровень температуры жидкости может незначительно превышать температуру в воздухе. Пар, поднимающийся от воды, при контакте с зеркалом образует на стекле капли жидкости, которые являются конденсатом. Подобный процесс происходит и во время движения самолета, что приводит к образованию инверсионного следа.
Практические опыты
Процесс перехода жидкостей из одного агрегатного состояния в другое может быть интересен не только детям, но и взрослым. В домашних условиях можно провести небольшой опыт, для того чтобы создать условия идентичные процессу образования инверсионного следа. Для этого потребуется набрать жидкость в пластиковую бутылку и поместить ее в морозильную камеру на тридцать минут. По истечении данного временного отрезка необходимо достать емкость и поставить ее на стол. На поверхности бутылки будет постепенно появляться влага, которая является конденсатом.
Появление влаги объясняется разницей между температурой воздуха и поверхности используемой емкости. Разница этих температур приводит к образованию жидкости. Схожий пример мы наблюдаем при появлении росы на траве и листьев. Соприкосновение холодного воздуха с поверхностью растений приводит к образованию росы.
Подобный эффект объясняется элементарными законами физики: виной всему конденсация
Почему появляется инверсионный след за самолетом
Для того чтобы лучше понимать взаимосвязь вышеописанного физического процесса и образование инверсионного следа, необходимо уделить внимание физике полетов. Как правило, самолеты, перемещающиеся на высоте менее восьми километров над землей, не оставляют подобные следы. Данный факт объясняется разницей температуры в разных атмосферных слоях. Температура на стандартной высоте для полетов на дальние расстояния достигает минус сорока градусов по Цельсию. Инверсионный след от самолета появляется из-за выделения конденсата, процесс образования которого был рассмотрен выше. Сам процесс образования конденсата можно разделить на несколько основных этапов:
Процесс сгорания авиационного топлива в моторе летного средства приводит к выделению горячих струй, содержащих газ и пар. Для образования углеводорода необходимо, чтобы углекислый газ смешался с жидкостью. Выхлопы двигателей летного средства сопровождаются выделением горячей жидкости. Так как температура за бортом лайнера ниже нуля, образовавшаяся жидкость трансформируется в туман.
Авиационное топливо сжигается двигателем частично. Выхлопы двигателя содержат в себе небольшие твердые частицы в виде сажи. Данные частицы выполняют роль концентрирующего вещества, смешивающего холодный и теплый воздушный поток с остатками тумана.
Площадь, по которой распространяется горячая вода, выделяющаяся из двигателя, равномерно усыпана небольшими частичками пара. Через определенный отрезок времени эти частицы преобразуются в осадки, похожие на туман. В результате данного процесса за авиалайнером образуется белый хвост.
Довольно интересен тот факт, что продолжительность отрезка времени, на протяжении которого виден инверсионный след, зависит от нескольких разных факторов. Среди них необходимо выделить уровень влажности воздуха:
Довольно интересен тот факт, что высокая влажность воздуха приводит к образованию объемного следа, который со временем становится частью облаков.
Почему след виден не всегда?
Скорость кристаллизации воды, что входит в состав выхлопов двигателей, зависит от температуры за бортом. Низкая температура способствует росту скорости данного процесса. Как правило, инверсионный след практически незаметен, если самолет летит на большой высоте. Этот факт объясняется небольшой разницей температур. Самолет, поднимающийся на высоту в несколько километров, преодолевает несколько атмосферных слоев, где температура опускается ниже нуля. В случае с дальними рейсами этот показатель может достигать минус сорока градусов, что приводит к мгновенному замерзанию влаги. Этот фактор способствует образованию густого и насыщенного следа. Довольно интересен тот факт, что на первых этапах развития авиации, пилоты носили теплую одежду в любое время года. В противном случае, они бы просто замерзли в кабине транспортного средства.
Одним из важных факторов в процессе образования инверсионного следа является сила встречного воздушного потока.
Отсутствие ветра приводит к образованию плотного следа, который остается виден на протяжении нескольких часов. Наличие сильного ветра в слое атмосферы, где находится самолет, приводит к быстрому исчезновению следа. В некоторых случаях, «белый хвост» имеет несколько разрывов. Наличие пустых участков свидетельствует о сильных воздушных потоках, циркулирующих в конкретном атмосферном слое.
Самолет оставляет белый след только по достижению определенной высоты. Как правило, этот след отсутствует во время взлета и посадки. Данное обстоятельно объясняется тем, что во время процесса набора высоты или снижения, воздушное судно находится в теплых слоях атмосферы. След появляется после того, как самолет поднимается на несколько тысяч метров над уровнем земной поверхности. Важно обратить внимание на тот факт, что в разных слоях атмосферы ветер может иметь разное направление. Сила ветра на земной поверхности значительно отличается от этого показателя в более высоких воздушных слоях. Это факт объясняется то, что ветер может дуть в одну сторону, а облака или тучи передвигаться в другом направлении.
Влияние инверсионных полос на окружающую среду
Рассмотрев причины возникновения инверсионных следов, необходимо обратить внимание на их влияние на экологию. Этот вопрос интересует не только обычных граждан, но и многих исследователей. Снимки, сделанные с земной орбиты, демонстрируют наличие белых полос в тех зонах, где расположены воздушные коридоры. Эти коридоры используются авиакомпаниями для перемещения воздушного транспорта.
Исследователи часто отмечают тот факт, что следы в небе препятствуют полноценному проникновению солнечного излучения на земную поверхность. Этот факт способствует снижению риска возникновения глобального потепления. Некоторые специалисты утверждают, что рассматриваемый процесс имеет негативное воздействие на окружающую среду. Инверсионные полосы, остающиеся в виде следа за самолетом, способствуют усилению парникового эффекта, что препятствует естественному процессу охлаждения воздуха.
Существует отдельная исследовательская группа, которая озабочена влиянием данных следов на климат. Эти же ученые просят авиакомпании разработать новые маршруты, пролегающие в отдалении от мест с повышенной влажностью воздуха. Следует понимать, что в данном случае увеличится продолжительность самих маршрутов. Помимо этого, неиспаряющиеся остатки авиационного топлива могут негативно воздействовать на чистоту атмосферы.
Создание метеопрогнозов на основе инверсионных полос
Существует ряд исследователей, которые способны определить изменения погодных условий наблюдая за полетом воздушного судна. Для того чтобы составить подобный прогноз, необходимо применить базовые основы физики. В верхних слоях атмосферы низкая влажность воздуха. Однако жидкость не может трансформироваться в пар без микрочастиц. Запустить этот процесс может банальная пыль или выхлопы реактивного двигателя, содержащие сажу.
Наличие четко видимой белой полосы по маршруту движения воздушного судна свидетельствует о высокой влажности воздуха. Появление такого следа свидетельствует о возможном появлении осадков. Исчезновение следа в течение нескольких минут свидетельствует о солнечной погоде, которая не изменится в ближайший отрезок времени.
Конденсационный след образуется, когда в сухом воздухе на большой высоте влажный выхлоп реактивного двигателя превращается в кристаллы льда
Заключение
В данной статье мы рассмотрели вопрос о том, как называется след от самолета в небе. Это явление представляет собой физический процесс во время которого выхлопы двигателей изменяют свое агрегатное состояние. Тщательное изучение данного процесса позволяет узнать о том, насколько вредны полосы конденсата для атмосферы и окружающей среды.