Размышления - продолжение
Кроме того, анализ независимой экспертизы катастрофы Як-40 (9 марта 2000 г.), в которой погиб известный журналист Артём Боровик, показал, что причиной её тоже мог быть вихревой турбулентный след от взлетевшего тяжёлого самолёта В-777, который взлетел несколькими минутами раньше.
А возможен ли контроль вихревых следов с борта летящего самолёта? Российские учёные не оставили без внимания эту проблему.
Однако в России и за рубежом пошли различными путями. Зарубежные специалисты большие надежды возлагали на бортовые системы инструментального (приборного) обнаружения вихревых следов. Но многолетние работы в этой области показали бесперспективность этого направления.
Путь, который избрали российские учёные – не сканировать всё воздушное пространство для обнаружения опасного явления, а рассчитывать на основе математической модели поведение вихревого следа и информировать о нём на экране дисплея всех участников воздушного движения, включая диспетчера УВД.
А как возникает спутный след, который, как известно, состоит из вихревого следа и скоса потока за крылом. Кстати, спутный след с завихрениями и возмущенным потоком является результатом обтекания воздухом потоком любого препятствия. Его создаёт, например, обтекание ветром домов, судов (особенно парусных), горных вершин мостов и т.д. Но такой вихревой след имеет малую эффективность. Потому что максимальная скорость ветра – 20 м/с, порывами до 40 м/с при этом вихревой след, мало кому мешает. Не будем говорить здесь об ураганах, бурях, штормах и т.д.
Спутный след, тем более, создаёт любой движущийся на большой скорости транспорт: поезд, скоростные суда, автомобили, особенно трейлеры.
Спутный след с успехом используют спортсмены – велосипедисты при гонке за лидером. А в шоссейных велогонках каждый спортсмен старается не оторваться от лидирующего гонщика – «сидеть у него на колесе», сэкономить силы, вырваться вперед и оторваться от преследующих его гонщиков, чтобы не стать им безвозмездным буксировщиком – воздушным тараном за которым устремится вся группа.
Но ведь самолёт, вертолёт и все прочие летательные аппараты тоже обтекаются воздушным потоком, причем, скоростным. Поэтому они генерируют интенсивный спутный след, как результат создания ими подъемной силы при взаимодействии с воздушной средой. А она, кроме создания подъёмной силы, оказывает аэродинамическое сопротивление.
Как известно полное аэродинамическое сопротивление состоит из нескольких составляющих: профильного, сопротивления трения, индуктивного, волнового и данного. Понятно, что профильное сопротивление зависит от формы тела, от профиля крыла. Сопротивление трения – от состояния его поверхности. Волновое и данное – характерны только для самолётов летающих близко к скорости звука (при скорости от 0,8 скорости звука и выше). Оно учитывает сжимаемость воздуха и появление скачков уплотнения. А вот индуктивное (наведенное) сопротивление – это результат создания подъемной силы самолетным крылом (винтом вертолёта). Оно зависит от удлинения крыла, от величины подъемной силы, от угла атаки крыла. А проще, от интенсивности перетекания воздушного потока из-под крыла по его концам на его поверхность.
Если известны причины образования спутного следа и его составляющие (концевые вихри и скос потока) т.е. индуктивное сопротивление. Значит можно с ним бороться. Хотя бы снизить его интенсивность.
И действительно самый простой способ снижения индуктивного сопротивления это увеличение удлинения крыла, т.е. при необходимой площади крыла задавать ему максимально возможный размах.
Этим способом уже давно стали пользоваться, если не на заре авиации то, на ее рассвете в 20 – 30 гг.
В это время на всесоюзных планерных состязаниях в Крыму появились планеры парители с размахом крыла 20 – 22 мм и с аэродинамическим качеством до 25 (отношение подъёмной силы к аэродинамическому сопротивлению) что достигалось снижением индуктивного сопротивления.
Но это можно сказать известный из теории и практики явный или очевидный способ снижения вихревого следа. А вот неочевидный способ снижения вихревого следа. В ж. «Техника – молодёжи» № 5, 2009 г. изображён самолёт XF5U-1 Ч.Циммермана. Самолёт имеет крыло малого удлинения, у которого громадное индуктивное сопротивление, концевые вихри у такого крыла распространяются почти на половину его размаха.
А что придумал Ч.Циммерман. Он применил воздушные винты большого диаметра, которые вращаются в разных направлениях. (На всех многомоторных самолётах всегда все винты имеют одинаковое вращение). Причем воздушные винты при работе создают мощный воздушный поток закрученный в противоположную сторону движению вихревого потока и практически разрушают его. Следовательно, снижают индуктивное сопротивление, увеличивая эффективное удлинение крыла. Прототип этого самолёта V-173 выполнил первый полёт в 1942 г. Он имел отличные лётно-технические данные благодаря аэродинамической компоновке. С двумя двигателями по 80 л.с. его максимальная скорость составляла 240 км/ч, а посадочная 56 км/ч при очень большом угле атаки – 36о. А диапазон скоростей V-173 более 4.
В семидесятые годы на гражданских самолётах начинают применять концевые шайбы крыла. Тогда по инициативе Уиткомба были проведены обширные аэродинамические исследования по изучению различных законцовок крыла (концевых шайб) на снижения индуктивного сопротивления.
В патентной и технической литературе появились сотни устройств различных концевых шайб.
На фото (…) показаны характерные варианты концевых шайб, применяемые в настоящее время на гражданских самолётах.
Такие концевые шайбы установлены под отрицательным углом атаки к потоку воздуха, поэтому они как бы раскручивают вихревой след, снижая индуктивное сопротивление крыла.
Понятно, что большое индуктивное сопротивление нежелательно для сельскохозяйственных самолётов. Хотя гон с/х самолёта и происходит на малой высоте (до 2 м), все-таки вихревой след закручивает и уносит часть распыляемых химикатов вверх и снижает ширину захвата обрабатываемого участка. Поэтому на этих самолётах применяются различные концевые шайбы, фото (..) с одной и более аэродинамическими поверхностями.
Как известно для экранолётов и экранопланов применяют крыло малого удлинения. И, тем не менее, в полете над экраном аэродинамическое качество их достигает 24 – 27. Хотя в свободном полёте аэродинамическое качество у них не превышает 7 – 9. Повышение аэродинамического качества в полёте над экраном (фото и рис. …) почти в три раза у этих летательных аппаратов достигается благодаря снижению интенсивности концевых вихрей и повышению давления воздуха под крылом (уменьшение скоса потока).
В природе многие аэродинамические эффекты известны уже давно, а многие из них неизвестны нам до сих пор. Например, на концах крыльев многих птиц (аисты, журавли, гуси, вороны и т.д.) расположены большие маховые перья, которые уменьшают концевые вихри и создают подъёмную силу даже при махе вверх.
Перелётные птицы чаще всего свои дальние путешествия совершают строем: клином (журавли) или треугольником (лебеди, гуси). Летящая уступом сзади птица пользуется энергией спутного следа летящей впереди птицы, подставляя его действию свои крылья.
Птицы в резонансном полёте строго соблюдают своё построение. Вожак, совершая работу для облегчения полёта всей стаи, через определенное время уступает своё место другой птице. А иногда отбившаяся от стаи птица быстро отстаёт.
Все вышеизложенное имеет непосредственное отношение к заметке и иллюстрации в ж. «Популярная механика».
Однако вот вторая сторона медали этой публикации и истинная информация к размышлению «чтобы постичь природу этого неопознанного летающего явления»:
Ну, ни причем здесь танк Abrams, турбины реактивных двигателей и самолёт С-17 тоже!!! И даже две ангелоподобные девочки, стоящие лицом друг к другу и «Летающий спагетти-монстр» (придуманный противниками КРЕАЦИОНИЗМА (противниками творчества, изобретательства, способности создавать новое). Весь текст ж. «П.М.», «мудрые» слова и «наличие живой фантазии» имеют непосредственное отношение только к диагнозу, или … внимательно читаем начало статьи еще раз.