В детстве мы часто любили наблюдать, как летают самолеты, особенно интересно было видеть в голубом небе белую дорогу от лайнера. Тогда мы не задумывались, как называется след от самолета в небе, почему он оставляет за собой дорогу. В школе мы изучали физические явления, которые просто объясняли этот «феномен», но сейчас стоит о них вспомнить, чтобы четко можно было объяснить хотя бы своему ребенку, почему самолет оставляет след в небе.
След от самолета в небе
Маленькие дети вряд ли знают такой термин, как конденсация, хотя в самом раннем возрасте мы им объясняем, почему идет дождь. Конденсацию можно объяснить на примерах, показав зеркало в ванной или трубы, еще можно видеть как запотевают зимой окна в машине.
Происходит это потому, что горячий пар переходит в жидкое состояние и оседает в виде конденсата. Вообще, для того чтобы он образовался нужны три вещи:
- влажный воздух;
- разница температур;
- островки конденсации, например, пылинки в воздухе, они везде есть.
В ванной, после горячего душа, влажный горячий воздух соприкасается с холодным зеркалом, пар переходит в жидкость (воду) и оседает на нем, получается конденсат.
Утренняя роса на тюльпанах
Проведем эксперимент
Конденсат можно сделать самому и быстро увидеть, как происходит это явление. Налейте воду в любую емкость, например в пластмассовую бутылку, и поместите ее в морозилку, минут на 10-20. После этого достаньте ее и посмотрите, как емкость покроется каплями воды – это конденсат. Теплые пары воздуха, присутствующие в комнате, соприкасаются с емкостью и переходят в жидкость, которая стекает каплями по ней.
В природе мы часто наблюдаем капли росы на траве. Теперь мы можем объяснить ребенку откуда она там взялась. Воздух ночью охлаждается, вместе с ним и водяной пар, который контактируя с теплыми объектами, находящимися на Земле (например, с травой), переходит в воду.
Как образуется след от самолета
Теперь посмотрим, что происходит, когда самолет курсирует на большой высоте. Раньше когда говорили, что самолет оставляет белый след, называли его конденсационным по аналогии с физическим явлением. Температура воздуха в атмосфере понижается с высотой, на каждом километре высоты, она ниже на 6 градусов.
Там, где курсируют самолеты, температура воздуха может быть ниже -40 градусов по Цельсию. Из двигателя работающего аэролайнера вылетают горячие струи газов и пара, который конденсируется вокруг частичек дыма от не полностью сжигаемого топлива. Образуется что-то в виде длинного облака, которое впоследствии «рассосется». Иногда его называют не конденсационный, а инверсионный след от самолета. Но в Википедии стоит пометка, что это устаревшее название. Да и лучше пользоваться термином, который связан с физическим явлением и поэтому становится «говорящим».
Как следы самолета влияют на климат планеты
Воздух в атмосфере бывает слишком влажным, но влага не может конденсироваться из-за того, что нет ядер конденсации, например, частичек пыли. Самолет же, пролетая высоко, оставляет за собой такие ядра конденсации, частички неполного сгорания топлива. Чем ярче виден след от самолета, тем влажность воздуха больше и следует ждать дождей. Если же след слабый и быстро исчезает, то погода, скорее всего, будет ясной.
Конденсационные следы самолетов на небе, видимые со спутника
Ученые считают, что следы от самолетов могут влиять на климат планеты. Над теми территориями, где часто курсируют самолеты, все небо покрывается белыми следами. Так вот, мнения ученых о влиянии их на климат расходятся. Одни считают, что образующиеся облака препятствуют охлаждению атмосферы и этим вызывают потепление климата. Другие считают это явление положительным, так как следы от самолетов увеличивают отражательную способность атмосферы, защищая все живое на земле от слишком сильного воздействия ультрафиолетовых лучей.
Красивые пушистые полосы, заставляющие долго смотреть вслед пролетающему самолету, не только привлекают взгляды на земле, но и заметно влияют на климат. Поэтому ученые из Европы, где власти всерьез озабочены сокращением выбросов парниковых газов, предлагают все более экзотические решения, касающиеся в том числе авиации - одного из основных техногенных источников загрязнения атмосферы.
Инверсионный (конденсационный) след самолета - не что иное, как частички льда, которые конденсируются из водяного пара при движении самолета, летящего, как правило, на эшелоне, на высотах около 10 км. След образуется не всегда: для его формирования самолет
должен влететь в область с очень низкой температурой и повышенной влажностью, близкой к состоянию насыщения.
Как правило, непосредственной причиной возникновения следа являются отработанные газы реактивных двигателей. В их состав входит водяной пар, углекислый газ, оксиды азота, углеводороды, копоть и соединения серы. Из этого только водяной пар и сера ответственны за появление инверсионного следа. Сера служит образованию точек конденсации, при этом сам инверсионный след может формироваться как из водяного пара, входящего в состав отработанных газов, так и из пара, входящего в состав пересыщенной атмосферы.
Задумываться о воздействии искусственных облаков на климат ученые начали давно. Сегодня известно, что инверсионные облака могут способствовать как охлаждению, отражая солнечный свет обратно в космос, так и работать на глобальное потепление, удерживая инфракрасное излучение Земли в атмосфере и не давая ему покинуть планету.
Однако три года назад ученые доказали, что второй эффект, парниковый, гораздо сильнее.
В зависимости от условий атмосферы и скорости ветра инверсионный след может оставаться в небе до 24 часов и иметь длину до 150 км. Ученые из Университета Рединга (Великобритания) решили выяснить, как заставить самолеты летать бесследно, сохранив при этом рентабельность перевозок.
«Может показаться, что самолету нужно делать немалый крюк, чтобы избежать инверсионного следа. Но из-за кривизны Земли вам требуется лишь немного увеличить расстояние, чтобы избежать действительно длинных следов», — говорит Эмма Ирвин, автор исследования, опубликованного в журнале Environmental Research Letters .
Их расчеты показали, что для небольших ближнемагистральных самолетов отклонение от насыщенных влагой областей, даже в 10 раз превышающее длину самого инверсионного следа, способно уменьшить негативное влияние на климат.
«Для больших самолетов, которые выбрасывают больше углекислого газа на километр, имеет смысл отклонение в три раза большее (чем след. — «Газета.Ru»)», — говорит Ирвин. В своем исследовании ученые оценили воздействие на климат, оказываемое лайнерами, летящими на одной и той же высоте.
К примеру, самолету, летящему из Лондона в Нью-Йорк, чтобы избежать образования длинного следа, достаточно отклониться на два градуса,
что добавит к его пути 22 км, или 0,4% всего расстояния.
В настоящее время ученые вовлечены в работу над проектом, целью которого является оценка возможности перекройки существующих трансатлантических маршрутов с учетом воздействия авиации на климат. Реализовать предложения климатологов значит в будущем столкнуться с проблемами в области экономики и безопасности авиационных перевозок, признают эксперты. «Диспетчерские службы должны оценить, являются ли подобные перекройки маршрутов рейс от рейса осуществимыми и безопасными, а синоптики - понять, способны ли они надежно прогнозировать, где и когда могут образоваться инверсионные облака», — считает Ирвин.
Наблюдая с земли за полетом лайнера, иногда замечаешь, как самолет оставляет за собой две белые полоски. Такое необычное, казалось бы, явление физики объясняют довольно просто. Ведь следствием работы двигателей лайнера в атмосфере становится появление инверсионных или, как принято называть сейчас, конденсационных следов. Обсудим природу появления этой отметины на конкретных примерах.
Взрослые люди осознают причину возникновения этого процесса, но ребенок дошкольного возраста задает вопросы, почему появляется белый след от самолета, что это и как получается такая необычная картина. Припомнив школьный опыт уроков физики, удастся легко растолковать малышу суть появления полос в небе. Неплохой аналогией для такого пояснения становится природа появления осадков – дождя или снега.
Поскольку подобное явление относится к круговороту воды, здесь следует начать объяснение с нескольких агрегатных состояний жидкости. Ведь все мы знаем, что из твердого состояния (лед) вода переходит в жидкое под действием тепла .
Далее, при разнице температур нескольких объектов воздействия жидкость трансформируется в газообразное состояние – пар . Из этого вида вода способна вновь принять жидкую форму. Последнее превращение физики называют конденсацией, а доказать это явление получится на простом опыте в домашних условиях. Например, запотевание зеркал в ванной после принятия горячего душа.
Именно мелкие твердые частицы концентрируют вокруг себя получившийся пар, придавая ему видимую нами форму.
Правда, это соединение не считается стойким, поэтому через непродолжительное время туман рассеивается, смешиваясь с атмосферой. Это происходит вследствие выравнивания температуры соединения с окружающей средой.
Но не стоит столь подробно и правильно описывать происходящее. Когда вы принимаете ванну, температура жидкости намного превышает такой же показатель воздуха. Вследствие этого туман при контакте с прохладным стеклом опускается в форме капель – это и есть конденсат. Таким же простым языком можно объяснить ребенку, почему самолет оставляет в небе след.
Выполним небольшое исследование
Такой эффект оседания пара вполне возможно организовать самому и проанализировать все действия и результат. Наберите жидкость – лучше всего простую воду – в пластиковую и поставьте ее в морозильную камеру на 15–25 минут.
После истечения этого времени достаньте контейнер и посмотрите, как вместилище постепенно покрывается влагой – это и есть конденсат. Подобное появление капель происходит из-за соприкосновения теплого воздуха с ледяной поверхностью бутылки. В результате взаимодействия разницы температур выделяется влага.
По такой же причине на растениях ранним утром появляется роса. Теперь получится понятными для ребенка словами растолковать, откуда она берется. Ведь в ночное время на улице становится холоднее, чем днем. Поэтому при соприкосновении прохладного воздуха с теплой поверхностью растений происходит превращение пара в капли росы. Еще одним наглядным примером становится появление пара изо рта на морозе.
Причины появления белых полос за лайнером
Обычно , которые пролетают на высоте до восьми километров, не оставляют подобных отметин. Это объясняет разница температур в нижних и высоких слоях атмосферы. Ведь с увеличением высоты на уровень, где курсирует большинство воздушных судов, термометр показывает около минус сорока градусов . След от самолета зовут конденсационным благодаря непосредственно этому физическому процессу. Рассмотрим детали его появления.
Из мотора самолета при сгорании основного топлива – керосина — выплескиваются горячие струи пара и газа . Углеводород – это сцепление жидкости и углекислого газа. Вода, которая имеется в выхлопе самолета очень горячая. На большой высоте воздух довольно холодный, поэтому выходящая из винтов жидкость мгновенно превращается в туман.
Кроме того, вместе с выхлопом из двигателей вырываются частички сажи – ведь авиационное горючее сжигается не до конца. Эти частицы берут на себя роль объектов, которые концентрируют вокруг остатков тумана смешение теплого и холодного потока.
Все крупицы пара равномерно распределяются по площади появления горячей воды из винтов и превращаются в маленькие капельки, похожие на туман. Именно поэтому мы и видим в небе белую полосу за самолетом.
В том случае, когда в воздухе очень маленькая сырость, полоса от авиалайнера быстро исчезает и нам она совсем незаметна. Но когда влажность высокая – след видно довольно четко, а отметина остается в небе продолжительное время.
Помимо этого, когда в воздухе высокое количество влаги, полоса не только насыщена, но становится больше и в итоге соединяется с облаками. Это самое простое и доступное пояснение малышу, почему от самолета остается белый след.
Как оставляемые полосы отражаются на окружающей среде
Мы разобрали, как называется след в небе от самолета и выяснили причины его возникновения. Но многих людей волнует, как же эти полосы отразятся на экологии окружающей среды. Когда человек исследует материалы и снимки Земли, полученные со спутника, всегда обнаруживается зона, где пролегают авиационные маршруты. Вся территория здесь покрыта белыми полосами.
Некоторые специалисты утверждают, что полосы от самолетов не дают вредному солнечному излучению проникать до поверхности нашей планеты. Благодаря этому снижается риск глобального потепления. Другие ученые допускают отрицательное влияние этого процесса. Полосы, которые отставляет авиалайнер, усиливают парниковый эффект и препятствуют естественному охлаждению слоев воздуха.
Группа исследователей, желающих предотвратить значительное влияние на климат, призывают летать ниже или постараться миновать мест с повышенной влажностью при планировании маршрута. Однако подобное решение сложно назвать обдуманным и верным. Ведь в этом случае время перелета непременно увеличится, остатки авиационного топлива достаточно негативно отразятся на экологии и чистоте атмосферы.
Предсказания прогноза
К слову, наблюдая за полетом авиации, некоторые люди определяют погоду. Эта возможность вытекает из физической составляющей процесса. На большой высоте воздух бывает довольно сырым, но не может превратиться в пар из-за отсутствия частичек , которые становятся составляющей прохождения конденсации, например, пыли.
Авиалайнер, перемещаясь на приличной высоте, оставляет белый след. Как было сказано выше, это остатки топлива и сажа. Если полосу видно четко, значит, влажность воздуха повышена. Соответственно, вероятны дожди и туманы. Но когда след быстро растворяется и практически незаметен, предстоит сухая и солнечная погода.
Как видите, след за летящим лайнером – достаточно простой физический процесс по изменению агрегатного состояния тел. Приведенная информация позволит вам разъяснить природу возникновения этого явления детям в доступной для них форме. А демонстрация аналогичных опытов поможет малышу увидеть результат такого превращения.
Часто за пролетающим в небе самолетом остается белый след 
Это явление имеет физическую природу — аналог подобного процесса конденсат на стекле или зеркале 
Простейшее исследование появления капель 
Попадая в холодный воздух, горячие продукты горения топлива образуют устойчивый белый туман 
Сегодня ученые не пришли к единому мнению — наносят ли вред окружающей среде подобные отметины или нет
Большое количество разнообразных журналов, которые занимаются подборкой и анализом информации, касающейся достижений и проблем авиации, часто акцентируют внимание читателей на материальные аспекты работы и строения модернизированных устройств, таких как самолеты, ракеты, вертолеты и остальные летательные аппараты. Часто также подвергаются анализу все явления, которые происходят с внутренней и внешней структурой транспортного средства во время совершения полета. Обычно инверсионный след это отражает. Многие люди наблюдают за красивыми самолетами, которые в полете оставляют за собой ровную полосу.
Концепция данного явления
Инверсионный след формируется в тропопаузе. На его появление влияют пары воды, которые подвергаются усиленной конденсации. Они присутствуют в продуктах сгорания, так как во время сгорания равномерно расходуется углеводородное топливо. После выхода наружу и достаточного охлаждения яркий инверсионный след от самолета или другого летального аппарата в воздухе становится заметным.
Есть специальные авиашоу, которые целесообразно проводить только в солнечную погоду. Данные мероприятия организуются на аэродромах, имеющих статус наиболее крупных в мире. В это время большое количество зрителей восторженно наблюдают за движением множества самолетов, совершающих интересные маневры в воздухе. Главной отличительной чертой таких мероприятий является оставление яркого шлейфа от каждого транспортного средства. Часто делают так, чтобы каждый самолет отличался собственным цветом шлейфа, что помогает получить наиболее яркий и запоминающийся эффект.
В отличие от самолетов, ракеты постоянно оставляют за собой массивные, даже часто грозные следы, которые выглядят не только масштабно, но и имеют насыщенный цвет. Они выпускаются из самолетов, имеющих боевое назначение. Данную процедуру можно наблюдать не только при походе на специальные мероприятия, но и находясь на улице или включив телевизор на интересующем канале. Так можно увидеть инверсионный след.
Концевой вихрь крыла
Следует помнить, что самолет в полете оставляет за собой ограниченную и достаточно широкую область атмосферы, которая становится возмущенной, ее состав на долгое время переменяется. Данное явление часто именуют спутанным следом. Обычно он появляется под действием так как при работе они постоянно осуществляют взаимодействие с окружающей средой. Также в этом процессе принимают участие концевые вихри крыльев самолета.
Если сравнивать значительно негативное воздействие на окружающую среду, то первенство всегда отдается именно концевым вихрям крыльев. Есть множество условных обозначений спутанных следов, однако чаще всего они рисуются на специальных схемах в подобии листа с необычными краями, концы которых полностью скручены, то есть можно сравнить их с вихрями.
Процесс скручивания: научная аргументация
Процесс скручивания можно легко объяснить научным образом. Проявляется яркая разница давления между обеими сторонами крыльев самолета, то есть на их верхней и нижней поверхности. Воздух постепенно перераспределяется с нижней поверхности, так как на ней наблюдается наиболее повышенное давление, на верхнюю, чтобы оставаться в области с наименьшим давлением.
Данное перераспределение происходит через конец каждого крыла, из-за чего образуются мощные и очень заметные вихри. Имеет значение сила перепада давления, так как от него зависит Именно это значение оказывает сильное влияние на крыло. Чем данное воздействие сильнее, тем более мощными и рельефными образуются вихри.
Различные марки самолетов, предусматривающие концевой вихрь крыла
Скорость потоков воздуха иногда меняется, однако можно примерно определить, что если диаметр вихревого следа составляет около 8-15 м, следует говорить о значении 150 км/ч. Концевой вихрь может образовываться различным образом. Данный процесс зависит от марки, конфигурации самолета. Заслуживают внимание мощные истребители «Мираж 2000» и F-16C, если переходят в положение при полете с высоким углом атаки.
Процесс появления концевого вихря
Концевой вихрь визуализируется благодаря специальному трассер-генератору, отвечающему за должное представление дымного следа. Действие данного элемента обусловлено изменением в состоянии атмосферы, что продолжается довольно длительное время. Затем окружная скорость движения постепенно затихает, то есть визуальный объект теряется и исчезает.
Под действием времени окружная скорость вихря затухает, из-за чего визуальная картинка меняет очертания до тех пор, пока полностью не растворится. Ощутимая интенсивность вихря может продолжаться примерно до двух минут после того, как самолет пролетел конкретное место. Такой вихрь имеет возможность значительно воздействовать на режим полета самолета, который попал в область атмосферы, возмущенной от действия двигателя предыдущего транспортного средства.
Длительное наблюдение за концевым вихрем
Когда вихри подвергаются взаимодействию между собой, они медленно опускаются и расходятся, то есть ощутимое изменение в атмосфере исчезает. Инверсионный след самолета представляет собой отличный объект для того, чтобы наблюдать за его превращениями. Примерно через 30 - 40 секунд он начинает изменять очертания, так как на него усиленно влияет вихрь, который постепенно развивается. Когда пересекаются и инверсионный, и вихревой слои, создаются причудливые формы, которые можно заранее просчитать, так как на процесс их образования действуют различные закономерности.
Количество полос и высота инверсионного следа регулируется количеством и расположением двигателей в системе. При этом инверсионный след не только парит в воздухе, но и постоянно видоизменяется, создавая интересные контуры. Чаще всего наблюдается скручивание данного слоя под воздействием концевого вихря. Все трансформации слоя отражают разнообразные аэродинамические процессы, которые всегда образуются при осуществлении полета.
Отрывно-вихревые течения
Иногда пилоты вынуждены выполнять различные атаки, которые осуществляются с большим углом наклона, составляющим более 20 градусов. В этом случае характер обтекания контуров самолета на время значительно меняется. Начинают появляться отрывные области, которые преимущественно фиксируются около верхней поверхности крыла и фюзеляжа. В них сильно понижается давление, поэтому сразу начинается концентрация и приумножение атмосферной влаги. Благодаря данному аспекту наблюдать за совершением полета самолета можно без использования трассеров.
Условия для появления отрывно-вихревого эффекта
Если угол атаки слишком большой, вокруг самолета образуется значительный по величине ореол из облака. Когда самолет пролетает, данное облако автоматически переходит в вихревой инверсионный след от самолета. Обычно у бомбардировщиков возле крыльев образовываются области отрыва, из-за чего отчетливо наблюдается появление вихревого жгута. Так выглядит инверсионный след, фото которого всегда завораживают.
Горячие следы ракет
Иногда при приходится сталкиваться с такими случаями, когда наблюдается срывное течение в области газо-воздушного тракта, находящегося в силовой установке ракеты. Газовая струя, отходящая от отличается высокой температурой, поэтому иногда попадает в воздухозаборник самолета-носителя, что случается при постановке устройства на некоторые режимы.
Становится слишком неравномерным по температуре, так как подвергается воздействию газов повышенной температуры, из-за чего воздух, поступающий в двигатель, становится измененным. Образуется помпаж двигателя, то есть возникает срывное течение в системе. Чтобы выявить этот процесс, наблюдают за основными камерами сгорания, так как воздушный поток подвергается продольным колебаниям, проходя по тракту двигателя, а затем отмечается выбросом пламени из данных элементов. Так появляется инверсионный след от ракеты.
Особенности инверсионного следа при проведении испытаний
Часто пуски ракетного вооружения проводят в концепции осуществления испытаний. Исключением является бортовая аппаратура, которая служит для целей записывания и хранения информации. Часто самолет-фотограф выпускается вместе с носителем, при этом осуществляется процесс киносъемки, что позволяет зафиксировать все явление на камеру. Часто можно встретить такой инверсионный след от ракеты «Бук».
Часто осуществляется на относительно небольших скоростях, чтобы лучше зафиксировать весь процесс. При этом нередко образуется помпаж двигателя, так как горячие газы струями попадают в ракетный двигатель, что выводит из строя его воздухозаборник. Сразу отмечается выброс пламени, что характерно при возникновении помпажа. Так выражается инверсионный след FSX.
Из-за этого происшествия двигатель останавливается. Данные особенности после исследования помогли создать целый ряд различных систем, в задачи которых входит своевременная диагностика помпажа, предпринятие мер по его ликвидации, а также перевод двигателя на оптимальный режим работы с постоянным поддержанием его оптимального состояния. Ракетное вооружение в этом случае расширяет сферу применения, при этом на каждом режиме работы двигателя данные летательные аппараты способны показывать наиболее стабильное состояние.
в воздухе
Проводились испытания самолета «МиГ-29», которые заключались в дозаправке топлива. При одном из полетов был зафиксирован выброс топливной жидкости в атмосферу, чему предшествовала разгерметизация топливного трубопровода. С помощью самолета-фотографа была зафиксированная данная необычная ситуация. При этом определенная часть топлива попала в двигатель, что практически моментально привело к его остановке из-за помпажа.
Кроме выброса пламени, что всегда случается при помпаже двигателя, произошло воспламенение топлива, которое шло по воздушному каналу. После этого пламя охватило все топливо и вышло за пределы внутренней конструкции, однако практически мгновенно было снесено встречным потоком воздуха. Из-за данной ситуации проявилось необычное явление, которое назвали огненным шаром. Данный инверсионный след «Бук» также способен передать.
Яркий след форсажа
Современные истребительные самолеты обладают двигателем, который оснащен регулируемыми соплами, классифицирующимися как сверхзвуковые. Когда подключается форсажный режим работы, давление на срезе сопла значительно выше, чем этот показатель у окружающих воздушных масс. Если анализировать пространство на значительном расстоянии от сопла, давление постепенно уравнивается. Данный аспект при движении самолета приводит к повышенной продукции газа, что и приводит к тому, что образуется яркий инверсионный след от самолета, появляющийся при движении летательного аппарата.
189 . Почему за самолетом часто возникает видимый инверсионный след? Почему это происходит не всегда? Если пристально вглядеться в след, то можно заметить, что в действительности он состоит из двух или более тонких полосок, которые затем расплываются и становятся неразличимыми. Почему вначале образуется несколько следов? Как объяснить существование просвета между самолетом и началом следа? Отчего след «вспучивается» и «взрывается» так, что становится похожим на нанизанную на нитку «воздушную кукурузу» (рис.)? Возможно, вам посчастливится увидеть не только сам след, но и его темную тень на облаках. Но еще более интересен темный след, который оставляет самолет, летящий в облаке. Как образуется этот след?
Ответ
:
Каждое крыло оставляет за собой вихревой поток, который в центре (за фюзеляжем) направлен вниз, а за концами крыльев − вверх. Конденсироваться может или непосредственно водяной пар, содержащийся в выхлопных газах двигателей, или охлаждающийся при вихревом движении атмосферный воздух. Поскольку у большинства самолетов два основных крыла, за ними будут тянуться два хвоста. Направленный вниз центральный поток воздуха постепенно ослабевает, а вихри сближаются. В конце концов они становятся неразличимыми. Скорость же центрального потока увеличивается, вследствие чего неоднородности в инверсионных следах усиливаются: нисходящие участки следов опускаются с еще большей скоростью − создается впечатление, будто следы раздуваются книзу. Однако затем вихри сходятся вплотную, и нисходящее движение прекращается. Тогда след самолета, если смотреть снизу, становится похож на «воздушную кукурузу», связанную тонкими участками, в которых можно различить два следа.
Фото взято с сайта altfast.ru
