Практически все журналы, публикующие материалы по истории авиации и ее современным достижениям и проблемам, делают главным образом акцент на освящении материальной части – самолетов, вертолетов, ракет и других летательных аппаратов. Однако не менее интересными на наш взгляд представляются те явления, которые сопровождают их в полете. Кто зачарованно не наблюдал за высоко летящим в небесной синеве лайнером, оставляющим за собой белоснежный сверкающий инверсионный след?

Инверсионный след, образующийся в тропопаузе в результате конденсации паров воды, содержащихся в продуктах сгорания углеводородного топлива по мере их охлаждения делает видимым путь самолета в небе. В солнечные дни проведения международных авиашоу на крупнейших аэродромах мира, зрители восторженно наблюдают за групповым пилотажем истребителей, оставляющих за собой яркую расцветку шлейфов трассеров, напоминающую застывший в небе фейерверк.

Грозные следы в небе оставляет за собой ракетное оружие, выпущенное с боевых самолетов, что, к сожалению, нередко наблюдают люди в реальности и на экранах телевизоров.

В настоящей статье в популярной форме рассказывается о сложных физических явлениях, происходящих в атмосфере при взаимодействии летательного аппарата с внешней средой, о которых свидетельствуют следы в небе.

КОНЦЕВОЙ ВИХРЬ КРЫЛА

Летящий самолет оставляет за собой возмущенную область атмосферы, называемую спутным следом. Этот след образуется в основном реактивными струями двигателей и концевыми вихрями от крыла.

Наиболее заметное воздействие на окружающую среду оказывают концевые вихри, образованные крылом. Модель спутного следа (РисЛ) может быть изображена в виде листа, концы которого подвергаются скручиванию, создавая вихри. Скручивание объясняется разницей давлений на нижней и верхней поверхностях крыла. В результате перетекания воздуха из области повышенного давления на нижней поверхности крыла в область пониженного

Рис.3

давления на верхней поверхности, через его конец, образуются мощные вихри. Чем больше перепад давления и, следовательно, подъемная сила, с которой поток действует на крыло, тем больше интенсивность концевых вихрей. Окружные скорости в вихревом следе диаметром 8-15 м могут достигать 150 км/ч. На рис. 2 и 3 показан процесс образования концевого вихря (скручивание потока) на крыле истребителей Мираж 2000 и F-16C, летящих с большим углом атаки. Визуализация концевого вихря осуществлялась с помощью трассера-генератора дымного следа. Возмущения атмосферы, вызванные воздействием вихревого следа, существуют длительное время, постепенно затухая, снижая окружную скорость движения. На рис. 4 показан характер изменения окружной скорости воздуха в вихре в зависимости от времени его существования. Вихри ощутимой интенсивности могут существовать в течение более 2,0 мин после пролета самолета. Этот вихрь может оказать сильное воздействие на режим полета самолета, попавшего в эту возмущенную область атмосферы. В результате взаимодействия между собой вихри постепенно опускаются и расходятся.

Рис.5

Рис.6

Рис.7

Рис.8

Наблюдая за инверсионным следом пролетевшего самолета, мы обнаруживаем, что примерно через 30-40 секунд после пролета самолета инверсионный след начинает изменять свой вид под действием развивающегося вихревого следа. При пересечении инверсионного и вихревого следов возникают весьма замысловатые формы, имеющие вполне определенные закономерности.

В зависимости от количества двигателей и их расположения на самолете инверсионный след может быть одно-или двухполосный. (Рис. 5). На рис. 6, 7 и 8 показаны наиболее часто повторяющиеся видоизменения инверсионного следа. На рис. 6 показано скручивание инверсионного следа под'действием концевого вихря. Рис. 7 и 8 иллюстрируют более причудливые случаи взаимодействия инверсионного следа с концевым вихрем. Таким образом, инверсионный след и его трансформация фиксируют аэродинамические процессы, сопровождающие полет самолета.