Эффект Прандтля — Глоерта

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эффект вокруг самолёта F/A-18
Эффект проявляющийся вокруг обтекателя в головной части космической ракеты Ares 1-X

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[править | править код]

Схема трансзвукового обтекания крыла после достижения критического числа Маха

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 меньшую 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, расширяется в зону за ударной волной[1][2].

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 аппаратом.

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[править | править код]

Поскольку конденсация в отрывных течениях возникает не только при трансзвуковом обтекании, например, при полёте с большими углами атаки или в вихревых жгутах с кромок и законцовок крыла, очень часто эти явления также называют эффектом Прандтля — Глоерта, не смотря на то, что градиент скоростей (давлений) вызван несколько иными причинами.

Кроме того, срыв потока не является необходимым условием для конденсации. Так очень часто за данный эффект ошибочно принимают облако Вильсона - конденсат, который образуется в результате прохождения ударной волны, когда течения направленны поперёк её фронта, и никак не связан со срывом потока. И даже при ламинарном потоке без отрывных течений в условиях высокой влажности, перепад температур из-за перепада давлений может приводить к образованию паровых облаков вокруг летательных аппаратов.

Происхождение названия[править | править код]

Название эффекта происходит из заблуждения, что появление эффекта связанно с одноименной теоретической сингулярностью. Таким образом данный эффект можно считать примером закона Стиглера.

Галерея[править | править код]

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Shock Wave-Boundary-Layer Interactions / Holger Babinsky, John K. Harvey. — Cambridge Aerospace Series, 2011. — ISBN 9781139118422.
  2. Houghton E.L.Carpenter, P.W. Aerodynamics for engineering students. — 5th ed. — Oxford: Butterworth-Heinemann, 2003. — 629 с. — ISBN 0 7506 5111 3.

Ссылки[править | править код]