Эффект прандтля-глоерта или когда вбежит вдогонку за самолетом.

Удивительное зрелище - конус пара, появляющийся вокруг самолета, который летит на околозвуковой скорости. Этот удивительный эффект, известный как эффект Прандтля — Глоерта. В чем его суть?

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. 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 миф. Некоторые считают, что эффект Прандтля — Глоерта возникает в результате сгорания топлива.

8. Наверное, это можно понять, если считать, 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.

13. Интересно, что пилот современного сверхзвукового самолета хорошо чувствует «преодоление» своим летательным аппаратом звукового барьера: при переходе на сверхзвуковое обтекание ощущается «аэродинамический удар» и характерные «скачки» в управляемости.

НОВОСТИ В ФОТОГРАФИЯХ

Людвиг Прандтль (нем.Ludwig Prandtl, 4 февраля 1875, Фрайзинг — 15 августа 1953, Гёттинген) — немецкий физик. Он внёс существенный вклад в основы гидродинамики и разработал теорию пограничного слоя. В честь его был назван один из критериев подобия (число Прандтля), а также гидроаэрометрическое устройство, ставшее классическим приёмником воздушного давления для многих самолётов и вертолётов (трубка Прандтля). Защитил докторскую диссертацию в Мюнхенском техническом университете в 1900 году. Был профессором в Ганновере и с 1 сентября 1904 в Гёттингене.

Людвиг Прандтль родился в Фрайзинге, недалеко от Мюнхена. Его мать часто болела, поэтому мальчик много времени проводил с отцом, профессором инженерии. Под его влиянием он научился наблюдать природу и размышлять о наблюдениях. В 1894 году Прандтль поступил в Мюнхенский технический университет, который окончил через шесть лет со степенью PhD по гидромеханике. После защиты диссертации молодой Прандтль работал над усовершенствованием фабричного оборудования. В 1901 году Прандтлю предложили место профессора гидромеханики в технической школе Ганновера, позднее Ганноверский Университет. Именно там он написал свои основные работы. В 1904 году он опубликовал фундаментальную работу — «Течение жидкости с малой вязкостью» (англ. Fluid Flow in Very Little Friction). В работе он впервые описал теорию пограничного слоя и его влияние на лобовое сопротивление и на срыв потока, дав таким образом объяснение явлению сваливания. Приближенная теория пограничного слоя, предложенная Прандтлем, широко используется в наше время. После опубликования этой работы Прандтлю предложили кафедру в университете Гёттингена. В последующее десятилетие Прандтль основал сильнейшую школу аэродинамики, на основе которой в 1925 году был организовано Общество кайзера Вильгельма по изучению течений жидкости и газа (теперь оно носит название Общество Макса Планка). Продолжая исследование, начатое Фредериком Ланчестером в 1902—1907 годах, Прандтль объединил свои усилия с физиком Альбертом Берцем и инженером Михаэлем Мунком для исследования подъемной силы реального аэродинамического крыла, используя математический аппарат. Результаты исследования опубликованы в 1918—1918 годах и теперь известны как «теория крыла Ланчестера-Прандтля». В 1908 году Прандтль и его студент Теодор Майер впервые предложили теорию сверхзвуковой ударной волны. На основе течения Прандтля — Майера в Гёттингене в 1909 году построена первая в мире сверхзвуковая аэродинамическая труба. В 1929 году вместе Адольфом Буземанном предложил метод проектирования сверхзвукового сопла. В настоящее время все сверхзвуковые сопла и аэродинамические трубы сконструированы на основе этой теории. Студент Прандтля Теодор фон Карман развил теорию сверхзвукового течения. В 1922 году Прандтль и математик Рихард Эдлер фон Мизес основали GAMM (the International Association of Applied Mathematics and Mechanics). Вплоть до 1945 года Прандтль сотрудничал с Рейхсминистерством авиации Германии. Среди его работ: сжимание жидкости при сверхскоростном режиме течения — Эффект Прандтля — Глоерта, труды по метеорологии и теории упругости. Прандтль проработал в университете Гёттингена до самой смерти 15 августа 1953 года. Его называют отцом современной аэродинамики.

Герман Глоерт (в отечественной научной и учебной газодинамической литературе практически исключительно применяется форма Глауэрт , 4 октября 1892, Олдершот — 6 августа 1934, Шеффилд) — британский учёный, специалист в области аэродинамики, до декабря 1934 года — научный директор Королевского авиационного центра в Фарнборо, член Лондонского королевского общества.

Родился в семье промышленника — эмигранта из Германии Луиса Глауерта. С отличием окончил школу Короля Эдуарда VII, учился в Тринити-колледже в Кембридже. Глауэрт известен работами в области аэродинамики, в частности, в 1928 году первым опубликовал работу, содержащую формулу, названную впоследствии «формулой Прандтля — Глоерта». Трагически погиб в 1934 году, попав под дерево, вырванное ветром.

Эффект Прандтля — Глоерта

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?

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.

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.

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.

Эффект почти всегда возникает у самолетов, летящих летом над океаном - комбинация воды и жары дает нужный уровень влажности.

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.

О впечатляющих фотографиях реактивных истребителей в плотном конусе водяного пара часто говорят, что это, мол, самолет преодолевает звуковой барьер. Но это ошибка. Мы расскажем об истинной причине феномена.

Это эффектное явление неоднократно запечатлевали фотографы и видеооператоры. Военный реактивный самолет проходит над землей на большой скорости, несколько сотен километров в час.

По мере того как истребитель ускоряется, вокруг него начинает формироваться плотный конус конденсата; создается впечатление, что самолет - внутри компактного облака.

Будоражащие фантазию подписи под такими фотографиями зачастую утверждают, что перед нами - визуальное свидетельство звукового удара при выходе самолета на сверхзвуковую скорость.

На самом деле, это не совсем так. Мы наблюдаем так называемый эффект Прандтля-Глоерта - физическое явление, возникающее при приближении самолета к скорости звука. С преодолением звукового барьера оно не связано.

По мере развития авиастроения аэродинамические формы становились все более обтекаемыми, а скорость летательных аппаратов неуклонно росла – самолеты начали делать с окружающим их воздухом такие вещи, на которые не были способны их более тихоходные и громоздкие предшественники.

Загадочные ударные волны, формирующиеся вокруг низколетящих самолетов по мере приближения к скорости звука, а затем и преодоления звукового барьера, свидетельствуют о том, что воздух на таких скоростях ведет себя весьма странным образом.

Так что же это за таинственные облака конденсата?

Эффект Прандтля-Глоерта наиболее ярко выражен при полетах в теплой, влажной атмосфере

По словам Рода Ирвина, председателя аэродинамической группы Королевского общества воздухоплавания, условия, при которых возникает конус пара, непосредственно предшествуют преодолению самолетом звукового барьера. Однако фотографируют это явление обычно на скоростях чуть меньше скорости звука.

Приземные слои воздуха плотнее, чем атмосфера на больших высотах. При полетах на малых высотах возникает повышенные трение и лобовое сопротивление.

Кстати, летчикам запрещено преодолевать звуковой барьер над сушей. "Выходить на сверхзвук можно над океаном, но не над твердой поверхностью, - объясняет Ирвин. - Между прочим, это обстоятельство было проблемой для сверхзвукового пассажирского лайнера Concorde - запрет ввели уже после ввода его в эксплуатацию, и экипажу разрешалось развивать сверхзвуковую скорость только над водной поверхностью".

Более того, визуально зарегистрировать звуковой удар при выходе самолета на сверхзвук чрезвычайно трудно. Невооруженным глазом его не увидеть - только при помощи специального оборудования.

Для фотографирования моделей, продуваемых на сверхзвуковых скоростях в аэродинамических трубах, обычно используют специальные зеркала, чтобы засечь разницу в отражении света, вызванную формированием ударной волны.

При перепаде воздушного давления температура воздуха понижается, и содержащаяся в нем влага превращается в конденсат

Фотографии, полученные так называемым шлирен-методом (или методом Теплера), используют для визуализации ударных волн (или, как их еще называют, скачков уплотнения), образующихся вокруг модели.

В ходе продувок вокруг моделей не создаются конусы конденсата, поскольку используемый в аэродинамических трубах воздух предварительно осушается.

Конусы водяного пара связаны со скачками уплотнения (а их несколько), формирующимися вокруг самолета по мере набора им скорости.

Когда скорость летательного аппарата приближается к скорости звука (около 1234 км/ч на уровне моря), в обтекающем его воздухе возникает перепад местного давления и температуры.

Как следствие, воздух теряет способность удерживать влагу, и формируется конденсат в форме конуса, как на этом видео:

"Видимый конус пара вызван скачком уплотнения, при котором возникает перепад давления и температуры окружающего самолет воздуха", - говорит Ирвин.

На многих из самых удачных фотографий этого явления запечатлены самолеты ВМС США - и это неудивительно, учитывая, что теплый, влажный воздух у поверхности моря, как правило, способствует более яркому проявлению эффекта Прандтля-Глоерта.

Такие трюки часто проделывают истребители-бомбардировщики F/A-18 Hornet – это основной тип самолетов палубного базирования американской морской авиации.

Скачок уплотнения при выходе самолета на сверхзвук трудно обнаружить невооруженным глазом

На таких же боевых машинах летают члены пилотажной группы ВМС США Blue Angels, мастерски выполняющие маневры, при которых вокруг самолета образуется конденсационное облако.

Из-за зрелищности явления его нередко используют в целях популяризации морской авиации. Летчики намеренно маневрируют над морем, где условия для возникновения эффекта Прандтля-Глоерта наиболее оптимальны, а поблизости наготове дежурят профессиональные флотские фотографы - ведь сделать четкий снимок реактивного самолета, летящего со скоростью 960 км/ч, на обычный смартфон невозможно.

Наиболее эффектно конденсационные облака выглядят на так называемом трансзвуковом-режиме полета, когда воздух частично обтекает самолет на сверхзвуковой скорости, а частично - на дозвуковой.

"Самолет при этом необязательно летит на сверхзвуковой скорости, но воздух обтекает верхнюю поверхность его крыла с большей скоростью, чем нижнюю, что приводит к местному скачку уплотнения", - говорит Ирвин.

По его словам, для возникновения эффекта Прандтля-Глоерта необходимы определенные климатические условия (а именно - теплый и влажный воздух), с которыми истребители палубной авиации сталкиваются чаще других самолетов.

Все, что вам остается сделать, - попросить об услуге профессионального фотографа, и - вуаля! - ваш самолет запечатлели в окружении эффектного облака водяного пара, которое многие из нас ошибочно принимают за признак выхода на сверхзвук.

Стивен Даулинг

Позади объекта, летящего на околозвуковой скорости в условиях повышенной влажности воздуха . Чаще всего наблюдается у самолётов . При очень высокой влажности этот эффект возникает также при полётах на меньших скоростях.

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 высокой инерции воздушных масс сначала вся область низкого давления заполняется воздухом из близлежащих областей, прилегающих к области низкого давления. Этот процесс локально является адиабатическим процессом , где занимаемый воздухом объём увеличивается, а его температура понижается. Если влажность воздуха достаточно велика, то температура может понизиться до такого значения, что окажется ниже точки росы . Тогда содержащийся в воздухе водяной пар конденсируется в виде мельчайших капелек, которые образуют небольшое облако.

По мере того, как давление воздуха нормализуется, температура в нём выравнивается и вновь становится выше точки росы, и облако быстро растворяется в воздухе. Обычно время его жизни не превышает долей секунды. Поэтому при полёте самолёта кажется, что облако следует за ним - вследствие того, что оно постоянно образуется сразу позади самолета, а затем исчезает.

Существует распространённое заблуждение, что возникновение облака из-за эффекта Прандтля - Глоерта означает, что именно в этот момент самолёт преодолевает «звуковой барьер ». Проявление этого эффекта зависит от соотношения между скоростью самолёта, влажностью воздуха и температурой последнего. В условиях нормальной или слегка повышенной влажности облако образуется только при больших скоростях, близких к скорости звука или превосходящих её. В то же время при полётах на малой высоте и в условиях очень высокой влажности (например, над океаном) этот эффект можно наблюдать и при скоростях, значительно меньших скорости звука. Иногда это явление наблюдается у быстрых автомобилей.

Эффект назван в честь немецкого физика Людвига Прандтля и английского физика Германна Глоерта.

Ссылки

«Конденсация вследствие эффекта Прандтля - Глоерта », статья М. Крамера в Галерее механики текучих сред .
Галерея фотографий эффекта Прандтля - Глоерта со ссылками и другой информацией.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Эффект Прандтля - Глоерта" в других словарях:

Одно из проявлений эффекта Пранд … Википедия

Одно из проявлений эффекта Прандтля Глоерта, самолёт F/A 18 Эффект Прандтля Глоерта явление, заключающееся в возникновении облака позади самолёта, летящего на околозвуковой скорости в условиях повышенной влажности воздуха. При очень высокой… … Википедия

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.

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.

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.