Эффект прандтля глоерта что это
Закон Стиглера и «эффект Прандтля-Глоерта»
«Никакое научное открытие не было названо в честь первооткрывателя«, написал Стивен Стиглер в своей книге. Сегодня этот факт известен как «закон Стиглера». Стиглер знал, про что писал, т.к. по его словам первооткрывателем закона Стиглера был Роберт Мертон.
А сегодня мы посмотрим на применимость закона Стиглера к эффекту Прандтля-Глоерта. Кто не знает, что такое эффект Прандтля-Глоерта, погуглите, и вы найдете что-то такое:
Эффект Прандтля — Глоерта — явление, заключающееся в конденсации атмосферной влаги позади объекта, движущегося на околозвуковых скоростях. Чаще всего наблюдается у самолётов. Эффект назван в честь немецкого физика Людвига Прандтля и английского физика Германна Глоерта.
— говорит нам википедия.
Удивительный факт: т.н. «эффект Прандтля-Глоерта» не встречается ни в одной книжке по аэродинамике. Зато под каждым постом, под каждой фоткой и видео обязательно будет комментарий про эффект Прандтля-Глоерта. Короче, по странному стечению обстоятельств данные три слова существуют только в блогосфере.
Что произошло и откуда вообще это взялось? Можно лишь предполагать. Но сначала окунемся немного в историю и посмотрим, что натворили Прандтль и Глоерт.
Однажды, давным-давно, Людвигу Прандтлю стало интересно, как сжимаемость воздуха (которая проявляется на больших скоростях полета) влияет на обтекание потоком крыла. Написав примерно три страницы формул и выкинув из одного выражения маленькие члены нелинейные составляющие, Прандль заметил, что уравнение-то получилось как будто для несжимаемого случая, только коэффициенты были немного другие.
Прандтль очень обрадовался, т.к. это позволило просто взять данные (давление над крылом) для несжимаемого случая и легко преобразовать их в данные для сжимаемого случая, просто домножив их на определенное число. Одновременно с Прандтлем к примерно такому же результату пришел и Глауэрт (так он называется в русских учебниках, уж не знаю, как произносится его имя). Он же Глоерт. Поэтому этот метод получил название «правило Прандтля-Глауэрта» (Prandtl-Glauert rule).
Правда, были две проблемы. Судя по всему, именно из-за первой проблемы эффект Прандтля-Глоерта и стал эффектом Прандтля-Глоерта.
Чтобы понять проблему Прандтля-Глоерта, надо думать, как Прандтль-Глоерт. Поэтому давайте возьмем перо, красиво выведем вот эту формулу на бумажке и внимательно посмотрим, что с ней происходит при достижении скорости звука (M = 1):
В общем, Прандтль решил, что полет на/близко к скорости звука невозможен, а возникновение бесконечных сил на скорости звука получило название «сингулярности Прандтля-Глауерта» (Prandtl-Glauert singularity).
Но вернемся к пресловутому эффекту. Я могу лишь гадать, но видимо кто-то не очень умный однажды решил, что сингулярность Прандтля-Глоерта имеет что-то общее с конусом Маха. И понеслось. По форумам, бложикам и ютубам. Кстати, в англоязычной блогосфере говорят не «Prandtl-Glauert effect», а именно «Prandtl-Glauert singularity», что косвенно подтверждает эту версию.
Но самое смешное во всем этом заключается во второй проблеме: сегодня нам известно, что правило П-Г совершенно неприменимо при скоростях, близких к критическим (т.е. выше 0.7M-0.8M), т.к. на этих скоростях из формул уже нельзя выкидывать то, что выкинул Прандтль. Так что никакой «сингулярности П-Г» в природе не существует в принципе.
Ну и в заключение: когда вам станет грустно и одиноко, откройте любое видео с эффектом П-Г, возьмите немного чипсов, вот так:
и с упоением читайте, как люди на полном серьезе и брызжа слюной спорят:
— Когда над крылом пассажирского самолета конденсируется влага, это эффект П-Г или не эффект П-Г?
— может ли эффект П-Г возникнуть у гоночного автомобиля?
И пусть вас не смущают взаимоисключающие параграфы в википедии:
Эффект Прандтля — Глоерта — явление, заключающееся в конденсации атмосферной влаги позади объекта, движущегося на околозвуковых скоростях
В условиях очень высокой влажности эффект можно наблюдать и на намного более низких (дозвуковых) скоростях, например на аэродинамических элементах автомобилей во время гонок Формула-1 в дождливую погоду
просто научного термина «эффект П-Г» не существует в природе.
Так что каждый понимает его, как хочет.
А в следующий раз мы поговорим, как закон Стиглера применим к «эффекту Джанибекова».
Эффект Прандтля — Глоерта
Эффект Прандтля — Глоерта
Эффект Прандтля — Глоерта — явление, заключающееся в возникновении облака 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
Полезное
Смотреть что такое «Эффект Прандтля — Глоерта» в других словарях:
Эффект Прандтля — Одно из проявлений эффекта Пранд … Википедия
Эффект Прандтля—Глоерта — 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
Эффект Прандтля-Глоерта — 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
Эффект Прандтла-Глоерта — 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
Эффект Прандтла — Глоерта — 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
Прандтль, Людвиг — Людвиг Прандтль нем. Ludwig Prandtl … Википедия
Конденсат — FA 18 с обл … Википедия
Звуковой барьер — Звуковой барьер в аэродинамике название ряда явлений, сопровождающих движение летательного аппарата (например, сверхзвукового самолёта, ракеты) на скоростях, близких к скорости звука или превышающих её. Содержание 1 Ударная волна,… … Википедия
Глоерт — Глоерт, Германн Германн Глоерт (англ. Hermann Glauert, 4 октября 1892 6 августа 1934) британский учёный аэродинамик, до декабря 1934 года научный директор Королевского авиационного центра в городе Фарнборо, член Лондонского… … Википедия
Число Маха — У этого термина существуют и другие значения, см. Мах … Википедия
Сингулярность Прандтля-Глоерта: удивительный воротничок на реактивном самолете (24 фото)
Это удивительное явление представляет собой облачный конус, образующийся вокруг самолета, летящего на околозвуковой скорости. Известное как сингулярность Прандтля-Глоерта (Prandtl–Glauert), это удивительное явление заставляет поднять брови от удивления. Но как это происходит?
Фото: Flickr / Marcos Vasconcelos Photography
Фото: Credit Wikimedia
Фото: Flickr / Phoenix
Конус из пара создается не в тот момент, когда нарушается барьер скорости звука. Его появление также часто ассоциируется со звуковым хлопком, что неверно. Реактивные двигатели могут создавать сингулярность на скорости взлета. Это связано с тем, что во входном отверстии двигателя низкое давление, а лопасти винтов работают на околозвуковой скорости, чего нельзя сказать о самом транспортном средстве.
Фото: Flickr / MrBigDog2K
Фото: Flickr / MrBigDog2K
Фото: Flickr / MrBigDog2k
У сингулярности Прандтля–Глоерта есть несколько названий – мы уже называли ее облачным конусом. В числе других названий: ударный воротник, ударное яйцо. Ее даже в шутку называют реактивным самолетом в пачке. Математическая сингулярность в аэродинамике может показаться не самым интересным предметом, но наука, стоящая за сингулярностью, увлекательна.
Фото: Flickr / kbaird
Для начала представьте себе объект, который движется с околозвуковой скоростью. Околозвуковая скорость отличается от скорости звука. Звуковой барьер преодолевается на скорости 1235 км/час. Околозвуковая скорость может быть ниже, равной, или выше скорости звука и варьируется от 965-1448 км/час. Таким образом, сингулярность может возникнуть, когда самолет движется со скоростью, меньшей скорости звука, или даже равной или выше звукового барьера.
Фото: Flickr / Soesbeek
Фото: Flickr / dbking
Фото: Flickr / Chockage
Фото: Flickr / Don Solo
Опять же, подумайте о самолете как об источнике волн, а звук – это гребень волны, много волн. Гребни звуковой волны похожи на серию или оболочку, состоящую из перекрывающихся кругов. Когда волны перекрывают друг друга, оболочка образует форму конуса – а его вершина является источником звука. Пока что невидимого. Это ударная волна, но не такая, какой мы ее знаем.
Фото: Flickr / Just Bryan
Фото: Flickr / Just_Bryan
Фото: Flickr / Just_Bryan
Фото: Flickr/ Genthar
Фото: Flickr / Genthar
Здесь можно разрушить еще один миф. Некоторые предполагают, что сингулярность Прандтля-Глоерта вызвана сжиганием реактивного топлива. Вас можно понять, если вы полагали, что этот след – странные облака, которые похожи на следы конденсированного водяного пара, производится двигателями самолета. Однако это не так. Водяной пар уже есть – он в воздухе, еще до того, как самолет пройдет сквозь него.
Следует также упомянуть о давлении воздуха. Когда самолет движется с околозвуковой скоростью, образующееся вокруг него давление воздуха называется N-волной. Если бы вы могли замедлить ударную волну, вы могли бы увидеть главную составляющую сжатия. Это только начало. Горизонтальная косая черта возникает, когда давление снижается, и нормальное давление окружающей среды формирует последнюю линию N.
Фото: Flickr / seanmcne
Фото: Flickr / Don Solo
Эффект сингулярности не ограничивается реактивными самолетами. Ее часто можно видеть при запуске космических челноков, когда корабль начинает двигаться на околозвуковой скорости. Обычно это происходит примерно через 25 секунд после взлета. Ученые, наблюдавшие ядерные испытания в 1940–х годах, также стали свидетелями сингулярности Прандтля-Глоэрта, хотя и назвали ее облаком Вильсона.
Хотите верьте, хотите нет, но вы сами можете создать сингулярность Прандтля–Глоерта. Вам потребуются две вещи: кнут и влажный день. Если вы можете представить себя Индианой Джонсом и лихо щелкнуть кнутом, то увидите эффект. Когда кнут с треском рассекает воздух, то в том месте, где кончик кнута достигает околозвуковой скорости, образуется заметное облако.
Кто бы мог подумать, что математическая сингулярность в аэродинамике может быть настолько интересной?
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Необычную картину можно иногда наблюдать во время полета реактивных самолетов, которые словно выныривают из облака тумана. Это явление называется эффектом Прандтля-Глоерта и заключается в возникновении облака позади объекта, движущегося на околозвуковой скорости в условиях повышенной влажности воздуха.
Причина возникновения этого необычного явления заключается в том, что летящий на высокой скорости самолёт создаёт 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.
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 самолёта, а затем исчезает.
Существует распространённое заблуждение, что возникновение облака из-за эффекта Прандтля-Глоерта означает, что именно в этот момент самолёт преодолевает звуковой барьер. В условиях нормальной или слегка повышенной влажности облако образуется только при больших скоростях, близких к скорости звука. 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.
Кликабельно 2100 рх
С “хлопком” происходит недоразумение, вызванное неверным пониманием термина “звуковой барьер”. Этот “хлопок” правильно называть “звуковым ударом”. Самолет, движущийся со сверхзвуковой скоростью, создает в окружающем воздухе ударные волны, скачки воздушного давления. Упрощенно эти волны можно представить себе в виде сопровождающего полет самолета конуса, с вершиной, как бы привязанной к носовой части фюзеляжа, а образующими, направленными против движения самолета и распространяющимися довольно далеко, например до поверхности земли.
Клкиабельно 2500 рх
Другими словами, если бы сверхзвуковой самолет с постоянной, но сверхзвуковой скоростью принялся летать над слушателем туда-сюда, то хлопок слышался бы каждый раз, спустя некоторое время после пролета самолета над слушателем на достаточно близком расстоянии.
Эффект прандтля глоерта что это
Войти
Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal
Что такое эффект Прандтля-Глоерта
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 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.
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:
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.