Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




29.11.2022


29.11.2022


29.11.2022


29.11.2022


28.11.2022





Яндекс.Метрика

Эффект Прандтля — Глоерта

12.08.2022

Эффект Прандтля — Глоерта (Паровой конус) — научно-популярное название конусовидного облака конденсата, возникающего вокруг объекта, движущегося на околозвуковых скоростях. Чаще всего наблюдается у самолётов. Назван в честь немецкого физика Людвига Прандтля и английского физика Германна Глоерта.

Причины

При достижении определённой скорости потока, обтекающего тело (крыло), соответствующей числу Маха, называемому критическим, местная скорость начинает превышать скорость звука. При этом возникает скачок уплотнения — нормальная ударная волна. Однако течения в пограничном слое в силу вязкости имеют существенно скорость. Возникает градиент скоростей перпендикулярный поверхности, и как следствие, градиент давления. Этот градиент является неблагоприятным, приводящим к отрыву потока в основании ударной волны, и скачок уплотнения принимает лямбдовидную форму. Отрывное течение как бы оборачивается вокруг скачка, расширяясь в зону за ударной волной.

Этот процесс является местно адиабатическим, где занимаемый воздухом объём увеличивается, а его температура понижается. Если влажность воздуха достаточно велика, то температура воздуха может оказаться ниже точки росы. Тогда содержащийся в воздухе водяной пар конденсируется в виде мельчайших капелек, которые образуют небольшое облако. Поскольку отрывные течения за ударной волной направлены вдоль её фронта, передний край облака повторяет её форму, образуя конус.

Поскольку по мере удаления от фронта ударной волны температура снова становится равной температуре невозмущенного потока, конденсат испаряется. Поэтому складывается впечатление, что облако пара следует за летательным аппаратам.

При дальнейшем росте скорости фронт нормального скачка смещается по направлению потока, течения в пограничном слое становятся сверхзвуковыми и условия для конденсации исчезают. Поэтому паровой конус наблюдается лишь в узком диапазоне скоростей.

Заблуждения связанные с эффектом

Существует распространённое заблуждение называть эффектом Прандтля — Глоерта визуально похожую конденсацию, но возникающую при других условиях или по иным причинам:

  • Конденсация при срыве потока на больших углах атаки;
  • Вихревые течения с кромок и законцовок крыла;
  • Облако Вильсона;
  • Конденсация в ламинарном течении при высокой влажности.

Первые два случая имеют почти идентичную физическую природу — срыв потока при неблагоприятном градиенте скоростей и давления в пограничном слое из-за вязкости. Однако, причины возникновения градиента скоростей иные, нежели при трансзвуковом обтекании. Конденсат, образующийся при мощном взрыве, образуется в результате прохождения ударной волны, когда течения направленны поперёк её фронта, и никак не связан со срывом потока. И даже при ламинарном течении в условиях высокой влажности, перепад температур из-за перепада давлений так же может приводить к образованию паровых облаков вокруг летательных аппаратов.

Кроме того, само название эффекта происходит от одноименной сингулярности, с которой ошибочно связывали причины его повеления. Таким образом данный эффект можно считать примером закона Стиглера.

Галерея

  • Видео образования и исчезновения конденсационного облака у самолёта F-14A летящего во влажном воздухе над водной поверхностью

  • Вариант проявления эффекта Прандтля — Глоерта самолёт F/A-18

  • Эффект при старте шаттла «Атлантис»

  • Конденсация влаги при полёте Су-57 с большими углами атаки на авиасалоне «МАКС-2015» — данное явление наиболее часто принимается за эффект

  • Облака Вильсона при взрыве атомной бомбы «Baker» — часто ошибочно принимаются за эффект

  • Конденсация на концах винтов турбовинтовых двигателей самолёта C-27 — так же не является эффектом Прандтля—Глоерта