Турбулентність сліду
ПРОБУДИ ТУРБУЛЕНЦІЮ
Передмова
Окрім кількох модифікацій, на цій сторінці використана чудова стаття Жана-Клода Бекса (борт-інженера) у журналі * Aviation 2000 N ° 81 від січня 1982 р., До якої включено витяг із дисертації Лорана Найбелена від 10 червня 2008 р. . Креслення від автора цього сайту.
* На жаль, цей журнал зник у 1986 році
Вступ
Незважаючи на те, що явище турбулентності повітряного судна відоме з початку моторизованих польотів, лише з введенням в експлуатацію великокорпусних турбореактивних літаків воно набувало все більшого значення. Зростаюча кількість інцидентів та аварій звертала увагу на небезпеку проходження літака внаслідок важчого літака. Зараз це одне з головних питань, з яким стикаються пілоти, диспетчери повітряного руху та керівники аеродромів.
Визначення
Турбулентність хвилі в цілому зумовлена існуванням трьох факторів:
- вибухові ефекти від гвинтів або реакторів
- індукована фюзеляжем турбулентність і нерівності, що генерують опору
- відомі крайові вихори або зустрічно обертаються вихори, що виникають на кінцях крил.
Створення завихрень
Детальна структура турбійонів та механізми, що спричиняють їх дисипацію, відомі лише частково, проте можна зробити досить точний опис загального руху турбійонів.
Крайові вихори, які є неминучим побічним продуктом генерації підйому, мають особливість лише існувати між зльотом і посадкою (приземлення).
Дійсно, щоб утримати літак у польоті, його крила повинні постійно відхиляти певний об'єм повітря вниз, щоб створити підйом, необхідний для підйому. Як створюється ліфт
Це робиться з використанням двох основних факторів:
- прискорення літака
- кут атаки крила.
Поєднання цих двох параметрів створює різницю тиску між внутрішньодозованими та позадозовими дозами. Ці два тиски, як правило, врівноважують і породжують круговий струм навколо кінчика крила. Перетягування - граничні вихори
Рух повітря, що переходить із зони надлишкового тиску (інтрадос) у зону депресії (екстрадос), подає граничний вихор на кожному кінці крила, значення якого зростає із вагою літака та кутом атаки крила (падіння) ).
Результати лабораторних досліджень, що стосуються моделювання вихорів і перевірені льотними випробуваннями, дозволяють нам стверджувати, що:
- бічна відстань, що розділяє центр двох стрижнів, залежить від розподілу підйому вздовж крила, але в більшості випадків вона приблизно дорівнює розмаху крил.
- що тангенціальна швидкість граничних вихорів, тому їх інтенсивність пропорційна швидкості відхилення обсягу повітря під крилом.
- що літак, що наближається, тобто на низькій швидкості, але під великим кутом атаки, створює великі вихори.
- вихори дещо зростають у діаметрі, а їх тангенціальна швидкість може досягати 3600 футів/мн (18 м/с) за 1 хв 1/2 позаду генератора або через 30 секунд після його проходження, чисельне вивчення вихрових потоків у сліді літака
Взаємодія між реактивним двигуном і вихором, що прокидається
За певних атмосферних умов сліди конденсації утворюються позаду літака і відповідають граничним вихорам на частині сліду. Ці сліди виникають внаслідок конденсації водяної пари, що надходить від струменів двигуна, викликаної гарячими частинками сажі, що надходять при згорянні гасу в дуже холодній атмосфері. Навіть після виродження вихрів або через взаємодію з атмосферною турбулентністю ці стежки можуть зберігатися протягом декількох годин в атмосфері і сприяти утворенню хмар (циррових хмар).
Протягом перших секунд після викиду струмінь швидко змішується з навколишнім повітрям, тоді як лист завихрення обертається навколо крайових вихорів. Після цього динаміка регулюється звиванням струменя навколо вихру.
Відстань, на яку струмінь починає впливати вихровим полем, залежить від інтенсивності струменя щодо інтенсивності вихру та його температури. Але також і положення двигунів по відношенню до наконечника крила, наприклад, на чотиримоторному A380, струмінь зовнішнього двигуна буде ближче до кінчика крила, ніж реактивний двигун двомоторного A330, наприклад.
На малюнку вище показано взаємодію реактивного двигуна реактивного двигуна з граничним вихором у режимі круїзного польоту. Дипломна робота Лорана Найбелена від 10 червня 2008 р. - Чисельне дослідження вихрових потоків від польоту літаків.
Опис вихрового сліду
У цьому параграфі представлений загальний синтетичний опис сліду як функції відстані за течією від заднього краю крила.
Вік неспання - це певна відстань позаду літака. Розрізняють чотири регіони незалежно від конфігурації літака-генератора (високий підйом або крейсерський).
Ближнє поле
Він охоплює формування листа завихрення, що утворюється із задніх країв аеродинамічного профілю, а також дуже концентрованих вихорів, що утворюються на розривах поверхонь аеродинамічного профілю в цій частині сліду, силові струмені турбулентні лише в невеликому масштабі, на відстані нижче за течією що відповідає лише кільком діаметрам струменя.
Фотографія нижче, слід літака, ілюстрований водяною парою в дуже конкретних атмосферних умовах. Ми чітко бачимо западину над крилом, крайові вихори, вихори кінців клаптів, а також вихори кінців горизонтального хвоста.
Розширене ближнє поле
Ця область характеризується звивистістю вихрового шару навколо концентрованих вихорів (кінець стулки, кінець крила). Деякі вихори, що обертаються, можуть зливатися разом і, таким чином, зменшувати кількість вихорів за кожним крилом. Струменеві потоки від двигунів, як правило, стали турбулентними у великих масштабах і взаємодіють з основними вихорами.
Два кінчики крила і заслінка, що торцять завихрення, обертаються навколо один одного і зливаються, утворюючи єдиний вихор. Вихи реакторної гондоли (не видно на фото) довше зберігають свою індивідуальність, потім сильно розтягуються наявністю головного вихору і остаточно поглинаються останніми.
Середнє поле
На цій відстані за течією залишається лише один вихор, головний вихор, що є результатом злиття всіх вихорів. Потім слід складається з єдиної пари вихорів, що обертаються, які можуть жити кілька хвилин в атмосфері.
Прокидання літака в півзахисті, ілюструється викидом диму під час тестів у натуральну величину.
Далеке поле
Яку б вихрову систему не було отримано, вона вироджується під сукупним впливом нестабільності, властивої системі та зовнішньої турбулентності. Цей регіон відповідає режиму знищення. Вихрові системи, незалежно від того, складаються вони з однієї або кількох пар вихорів, нестійкі щодо тривимірних збурень. Ці порушення зазвичай походять від зовнішньої турбулентності і дозволяють розвинути нестабільність, відповідальну за дегенерацію. Нелінійний режим нестабільності відповідає сильній взаємодії між різними вихорами, що супроводжується більш-менш швидкою деструктуризацією сліду. Залежно від рівня турбулентності в атмосфері, час насичення нестабільності також може суттєво змінюватися. У глобальному масштабі швидкість дегенерації пов’язана з рівнем атмосферної турбулентності.
Теза Лорана Найбелена - доктор університету в Тулузі
Прогин і стабілізація вихорів
Одушевлені своєю власною швидкістю обертання, створюючи гіроскопічний ефект, і загальним відхиляючим рухом повітряного обсягу крила, вихори зазнають низхідної тяги і приймають швидкість спуску порядку 400/500 футів/хв, для стабілізації на висоті, меншій приблизно приблизно 1000 футів, ніж траєкторія генератора, із суттєво паралельною траєкторією. Це під час круїзних рейсів (рівень).
Під час зльоту вихори дуже швидко досягають близькості землі. Це, виступаючи площиною відбиття, ядра розділяються горизонтально на висоті, що дорівнює половині діапазону витяжки генератора (внизу), з поперечною швидкістю, еквівалентною швидкості їх вертикального спуску, тобто 500 футів/мн або 5 Kts у тихому повітрі.
Насправді, в спокійній атмосфері бокове розсіювання вихорів відбувається регулярно, стурбованість приймаючого пілота з одного боку обмежена дотриманням мінімального простору, який ми побачимо пізніше, а з іншого боку прийняття градієнта підйому, що перевищує або дорівнює градієнту генеруючого літака, враховуючи рівень стабілізації вихру.
Вражаюча фотографія вихорів цього двомоторного зльоту.
З іншого боку, у випадку бокового вітру, який по суті дорівнює 5 Кт:
Vw 5 kts + бічна швидкість вихру = нульова результуюча швидкість переміщення
Це означає, що цей легкий побічний вітер може утримувати вихр "на вітрі" у фіксованому положенні на осі злітно-посадкової смуги та піддавати приймальному літаку індуковану швидкість нахилу, яка надзвичайно шкодить його безпеці, враховуючи близькість землі.
Або прискоривши відстань завихрень близько до землі, і це може забруднити паралельну колію, якщо вона існує. Звідси випливає необхідність поваги, в даному випадку відокремлення, що гарантує розподіл явища.
Зверніть увагу, що якщо використовуються паралельні злітно-посадкові смуги і відстань між ними менше або дорівнює 760 метрів, їх слід вважати єдиною злітно-посадковою смугою для турбулентності хвиль.
Розсіювання вихорів
Вплив на літаки
Дивлячись на креслення нижче, неважко зрозуміти, що залежно від положення рецептора по відношенню до ядер та певних великомасштабних сполук, відчутні ефекти будуть різними і мають три види:
- індукований рулон
- втрата висоти або швидкості підйому
- більш-менш помітні коефіцієнти навантаження.
A - Паралельне проникнення у вісь ядра
У цьому випадку літак, що приймає, зазнає значного руху. Якщо цей крутний момент перевищує можливості керування поверхнями управління або через низьку швидкість повітря, або через можливий малий розмір ствольної коробки, він, як правило, перевернеться і буде вигнаний в нижню частину сигналу.
B - Паралельне проникнення між ядрами
Цей тип ситуації спричиняє швидку втрату висоти або зменшення швидкості підйому. Через сильне відхилення ця втрата швидкості підйому може бути дуже небезпечною на малій висоті і може посилитися під дією пілота, який намагається протистояти їй. Крім того, якщо швидкість повітря приймача низька, наприклад, під час зльоту або на кінцевому заході, ймовірність зриву представляється надзвичайно ймовірною.
С - поперечне проникнення
Приймач швидко зазнає ряду випусків та нащадків, що призводить до високих коефіцієнтів навантаження порядку від -2 до + 4 (авіалайнер, як правило, сертифікований від -2 до + 2,5), пов'язаних з поєднанням крутного моменту, кроку та втрати висота або швидкість підйому залежно від кута проникнення.
З іншого боку, ця інтенсивність тим більше важлива, що швидкість приймача висока і за певних умов може призвести до структурних руйнувань.
Наслідки для повітряного руху
| Легкий літак | Середні тоннажі | Великі перевізники | Супер A380 | |
| Легкий літак | 3 Нм | 3 Нм | 3 Нм | 3 Нм |
| Середні тоннажі | 5 Нм | 3 Нм | 3 Нм | 3 Нм |
| Великі перевізники | 6 Нм | 5 Нм | 4 Нм | 4 Нм |
| Чудово | / | 8 Нм | 6 Нм | 4 Нм |
Для інформації період стійкості вихру в 80 секунд поблизу порогу ЗПС приблизно відповідає поділу 3 Нм. Ймовірність стійкості більше 80 секунд при побічному вітрі чи противітному вітрі менше 10 Kts становить менше 4%. При вітрі більше 10 кт це практично нуль.
STNA (DGAC) досягла успіху в середині 1990-х років на основі теоретичних результатів та емпіричних даних для кількісної оцінки дисперсії та руйнування турбулентності хвилі вітром. Таким чином, потенційна тривалість життя небезпечної турбулентності для літака класу легкої турбулентності в коридорі шириною 100 м з центром на центральній лінії злітно-посадкової смуги становить:
| Інтенсивність вітру | 10 кт | 13 Kts | 20 кт |
| Тривалість життя явища | 80 сек | 60 сек | 40 сек |
Так само було встановлено, що наявність побічного вітру дозволяє витіснити вихори з центральної лінії злітно-посадкової смуги. Таким чином, час, необхідний для виключення турбулентності збудження з того ж коридору, що і раніше, щоб легкий літак міг працювати там без небезпеки, залежить від інтенсивності поперечної складової вітру:
| Інтенсивність поперечного вітру | 5 кт | 6 унцій | 8 кт | 15 кт |
| Час розсіювання | 60 сек | 40 Розділ | 20 сек | 10 сек |
Деякі основні правила поведінки
Зніміть
- Необхідно дотримуватися мінімальне відділення 5 Нм або 2 хв
- Поперечний вітер слід розглядати з увагою: якщо Vw 5 kts все-таки можлива наявність непоглинаних або складених вихорів на осі ЗПС.
- Якщо ви використовуєте одну злітно-посадкову смугу, уникайте негайного зльоту, якщо літак при посадці виконує обхід перед зльотом
- Протишумові траєкторії з процедурою повороту
- Схил підйому приймача, більший або принаймні рівний нахилу підйому генератора при вимірюванні. Інакше почекай
Круїз
Окрім проблеми уникнення маргінальних вихорів на цій фазі, існує проблема "роз'їздів", які завдяки своїй важливості в принципі гарантують нешкідливість вихорів.
Однак через характеристики поглинання, властиві хвилі, певні ситуації, що проходять або проходять, можуть змусити пілота приймаючого літака уникати польоту безпосередньо під генератором або паралельно з ним. Так само краще перетинати шлях генератора на вищому рівні, а не трохи нижче.
Підхід і посадка
Ходити
Обхід генератора: як і у випадку зльоту, його вихори можуть виявитись дуже небезпечними для приймача, на цьому етапі пильність, що стосується дотримання безпечних відстаней, видається важливою.