อากาศพลศาสตร์ Vortex คำไม่กี่คำเกี่ยวกับอากาศพลศาสตร์ของโมเดลของฉัน - เครื่องบินไอพ่น Alexandrov ลมกรดในเครื่องยนต์ของรถยนต์

พีพีวี\u003e มิทรีคุณกำลังคุยกับฉันหรือกับหนังสือของ G.S. บูคเกนส์?

กับสิ่งที่คุณนำมาจากหนังสือ นั่นคือกับคุณ ไม่ควรจะมี? เราไม่สามารถพูดตรงนี้ได้ว่า "เราไถนา"

ให้เราประเมินตามการกระทำของพวกเขา และไม่ใช่ที่ TsAGI เสมอไปแม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะเป็นสิ่งที่ล้าหลังก็ตาม

พีพีวี\u003e ฉันจะไม่เถียงเกี่ยวกับการไหลบ่าเข้ามาที่โง่เขลาของ MiG-29 แต่เกี่ยวกับปีกของ T10-1 - นี่เป็นหัวข้อสำหรับการสนทนาใหญ่แยกต่างหากเกี่ยวกับใครและสิ่งที่แนะนำสำนักออกแบบ Sukhoi ที่เกี่ยวข้องกับ Su -27 ในช่วงปี 1971-76 ปี ฉันไม่มีความปรารถนาที่จะมีส่วนร่วมอีกครั้งในการสนทนาในหัวข้อนี้ฉันจะสังเกตเพียงว่ารูปทรงและการทำโปรไฟล์ของปีก T10-1 ไม่ได้ปรับให้เหมาะกับความเร็วเหนือเสียง แต่เพื่อให้ได้ Kmax ที่เปรี้ยงปร้าง ...

พิจารณาว่าเครื่องบินมีความเร็วเหนือเสียง มันไร้สาระที่จะตัดมัน ไม่จำเป็นต้องโต้แย้งเกี่ยวกับการไหลเข้าของ MiG-29 มันได้รับการออกแบบใหม่

พีพีวี\u003e และฉันได้เขียนถึงคุณแล้วข้างต้นว่าสำหรับเครื่องบินรบรุ่นที่ 4 a / d เลย์เอาต์ได้รับการปรับให้เหมาะสมไม่ใช่สำหรับความเร็วเหนือเสียง แต่อย่างแม่นยำเพื่อให้แน่ใจว่ามีความคล่องแคล่วสูงในระดับเปรี้ยงปร้างซึ่งไม่สามารถทำได้ที่โหมด Kmax แต่อยู่ที่โหมดใกล้เคียงกับ Sudop

ฉันไม่เชื่อเลย ในรุ่นใหม่มีการเพิ่มประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์หลายประการ นั่นไม่ได้ลบล้างของเก่าที่ดีและสิ่งสำคัญ

T-10-1 ได้รับการปรับแต่งอย่างมากสำหรับช่วงเสียงเปรี้ยงปร้างและความเร็วเหนือเสียง จากนั้นพวกเขาก็ใช้ความคล่องแคล่วเมื่อบินไปแล้ว

และ F-15 ได้รับการปรับให้เหมาะสมกับความเร็วและเพดานการปีนที่ดีการหลบหลีกเหนือเสียงที่ M\u003e 1.5 และความเบาและความเรียบง่ายสัมพัทธ์ต้นทุน

พีพีวี\u003e ท้ายที่สุดแล้วมีเขียนไว้ชัดเจนว่า: "เกินวิกฤตสำหรับปีกโดยไม่ใช้ NAPLYVA" ซึ่งหมายความว่ามุมดังกล่าวซึ่งจะมีความสำคัญยิ่งยวดสำหรับปีกเดิม (โดยไม่ต้องประดับด้วยลูกปัด) สำหรับปีกที่ติดตั้งประดับด้วยลูกปัดรูทมุมเหล่านี้จะใช้งานได้ดีจะยังไม่มีการแยกย่อยออกไปและจะมีด้วยเหตุนี้ . ประสบความสำเร็จในการเพิ่มขึ้นของ Surasp

จะมีการสลาย ไม่มีเครื่องมือวิเศษใด ๆ และคุณสามารถเพิ่มการยกได้ด้วยวิธีอื่นโดยไม่หย่อนคล้อย ตอนนี้ปีกขนาดใหญ่ที่เรียบง่ายเป็นแฟชั่นหรือ PGO

ที่มุมปกติและความเร็วต่ำกว่าปกติการหย่อนคล้อยนั้นไม่จำเป็น ฉันเขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้ แต่คุณคัดค้านด้วยเหตุผลบางประการ

พีพีวี\u003e มิทรี "อันตราย" ของกระแสน้ำวนในกรณีนี้คืออะไร? มันสร้างสูญญากาศที่ผิวด้านบนของปีกหรือไม่? ในทางกลับกันควรสร้างแรงดันเกินหรือไม่?

กระแสน้ำวนดูดซับพลังงานของการเคลื่อนที่ของเครื่องบิน ในสถานที่ที่เหมาะสมเขาสามารถขันคอกได้ แต่ถึงอย่างนั้นเขาก็ไม่ใช่ผู้สร้างสุญญากาศ แต่เป็นปีกซึ่งจะทำงานต่อไป

"ในทางตรงกันข้าม" ไม่ควร

พีพีวี\u003e มีการทดแทนแนวคิด ฉันกำลังพูดถึงเครื่องบินรบรุ่นที่ 4 และตอนนี้คุณกำลังพูดถึงเครื่องบินสมัยใหม่บางรุ่น ระบุว่าอันไหน? และ“ มืออาชีพ” เหล่านี้คือใคร?

หากต้องการย้ายออกจากหัวข้อ? ฉันจะไม่ ไม่มีการทดแทนแนวคิด: นักสู้รุ่นใหม่ส่วนใหญ่ไม่มีการไหลบ่าเข้ามา T-50 เป็นข้อยกเว้นและ 1.42 ก็ไม่มีเช่นกันซึ่งน่าสนใจ

พีพีวี\u003e ฉันหมายถึงความคล่องตัวที่ดีที่สุด คุณจะไม่เถียงว่านักสู้รุ่นที่ 4 เมื่อเทียบกับรุ่นที่ 3 ควรจะให้คุณสมบัติที่คล่องแคล่วแม่นยำในระดับที่สูงกว่ามาก และเกี่ยวกับการไม่มีเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงที่มีประสิทธิภาพเหนือเสียงที่ดีที่สุด - ฉันแค่อยากจะพูดเกี่ยวกับแม่ม่ายของนายทหารชั้นประทวน ฉันหมายความว่านั่นคือคุณไม่ใช่ฉันที่พูดถึงเครื่องบินรบ "เหนือเสียง" และการปรับปรุงคุณลักษณะของเครื่องบินที่ความเร็วเหนือเสียง

ใช่คุณยอมจำนนคล่องแคล่ว ความเร็วและระยะการบรรทุกการบินขึ้นลงมีความสำคัญที่สุด นี่คือจุดเริ่มต้นทั้งหมด จากนั้นใช่คุณสามารถพิจารณาผลของความเล็กเป็นลำดับที่สองได้

ปีกถูกขยายเพื่อการลงจอดอย่างปลอดภัย แซกหรือสามเหลี่ยมเพื่อความเร็ว ฯลฯ

สิ่งนี้ชัดเจนมากจนมีการพูดคุยกันเล็กน้อยเนื่องจากบางครั้งจำนวนการเพิ่มประสิทธิภาพก็เพิ่มขึ้น Nodules, PGO, EDSU, ความเสถียรลดลงแม้กระทั่งหางแนวตั้ง - สำหรับความเร็วและระยะในตอนแรก

F / A-18A มีการกรีด มีไว้เพื่อความคล่องแคล่วเท่านั้น พวกเขาลดลงแล้วลบออก

พีพีวี\u003e เห็นด้วยมิทรีว่าเหตุผลของคุณเกี่ยวกับแนวคิดของเครื่องบินรบอเมริกันรุ่นที่ 4 นั้นมาจากเหตุผลทั่วไปที่รวบรวมมาจากวรรณกรรมทางเทคนิคยอดนิยมเนื่องจากคุณไม่เคยเห็นเอกสารจริงใด ๆ ที่จะถูกขอให้สร้างเครื่องบินเหล่านี้ และยิ่งไปกว่านั้นเราไม่ได้เห็นเอกสารภายในประเทศเช่น TTT สำหรับเครื่องบินดังนั้นในภายหลังเราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับสิ่งที่แน่นอนและทำไม Su-27 หรือ MiG-29 จึงแตกต่างจาก F-15/16/18 .. .

ฉันเห็นด้วยกับข้อยกเว้นที่ว่าฉันพยายามพึ่งพาข้อเท็จจริง - การกระทำ ความคิดเห็นของแม้แต่ Murziloks ไม่ได้ แต่เป็นของนักวิชาการที่เคารพนับถือ

แนะนำ TTT? คุณคาดเดาเกี่ยวกับกระแสน้ำวนที่มีมนต์ขลังจาก Murzilok หรือไม่?

การตรวจสอบกระแสน้ำวนหลังเครื่องบินหลายลำโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องบินขนส่งระยะไกลและเครื่องบินหนักเป็นเรื่องที่น่าสนใจในทางวิทยาศาสตร์และในทางปฏิบัติ กระแสน้ำวนที่ไหลลงมาจากขอบด้านท้ายของปีกมีอายุการใช้งานยาวนานและสลายตัวในระยะ 10-12 กม. จากเครื่องบิน เครื่องบินอื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องบินขนาดเบาในกระแสน้ำวนของเครื่องบินหนักจะเต็มไปด้วยผลกระทบจากภัยพิบัติ กระบวนการเติมเชื้อเพลิงในอากาศมีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษเนื่องจากเครื่องบินที่เติมน้ำมันจะตกอยู่ในกระแสน้ำวนใกล้ของเครื่องบินเติมน้ำมัน

เป็นสิ่งสำคัญมากในการศึกษากระแสน้ำวนของเครื่องบินในระหว่างการบินขึ้นและลงจอดเมื่อการตื่นขึ้นมาใกล้พื้นผิวของสนามบินและอาจเป็นอันตรายต่อเครื่องบินที่บินขึ้นหรือลงจอดและสามารถเข้าไปในกระแสน้ำวนของเครื่องบินที่ ได้บินขึ้นหรือลงจอดแล้ว การศึกษากระแสน้ำวนมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับสนามบินที่มีการขึ้น - ลงและลงจอดจำนวนมากและอันตรายที่ระบุคือสาเหตุของการ จำกัด ขีดความสามารถ

การศึกษาทางทฤษฎีเกี่ยวกับกระแสน้ำวนปลุกเครื่องบินกำลังพัฒนาอย่างเข้มข้นในอำนาจการบินชั้นนำ สำหรับสิ่งนี้จะใช้วิธีการต่างๆในการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระแสปั่นป่วน: การสร้างแบบจำลองตัวเลขโดยตรงตามสมการของ Navier-Stokes ตลอดจนการสร้างแบบจำลองขนาดใหญ่ตามสมการ Navier-Stokes ร่วมกับสเกลตารางย่อยการสร้างแบบจำลองตามสมการเรย์โนลด์ส ปิดด้วยความช่วยเหลือของรูปแบบความปั่นป่วนที่แตกต่างกัน แนวทางเหล่านี้ใช้ในผลงานของนักวิทยาศาสตร์ในประเทศและต่างประเทศ

นอกจากนี้ควรเน้นย้ำถึงความสำคัญของการศึกษาทดลองในอุโมงค์ลมและการศึกษาการบินเต็มรูปแบบของกระแสน้ำวนที่อยู่ด้านหลังเครื่องบินหนักและเบา

ศาสตราจารย์ SM Belotserkovsky เป็นผู้ก่อตั้งการศึกษาเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับกระแสน้ำวนบนเครื่องบินในประเทศของเรา เขาแสดงให้เห็นว่าปัญหานี้สามารถแก้ไขได้สำเร็จโดยอาศัยวิธีการของกระแสน้ำวนที่พัฒนาโดยเขา

เอกสารที่เสนอให้กับความสนใจของผู้อ่านนั้นอุทิศให้กับการพัฒนาความคิดเหล่านี้ซึ่งนำไปใช้กับการสร้างแบบจำลองของกระแสน้ำวนในผลงานของนักเรียนและผู้ติดตามของ Sergei Mikhailovich ในสององค์กร ได้แก่ Zhukovsky Air Force Engineering Academy และ Zhukovsky Central Aerohydrodynamic Institute วิธีการหมุนวนแบบไม่ต่อเนื่องกลายเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดและต้องใช้เวลาคอมพิวเตอร์น้อยกว่ามากในการใช้งานเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการที่ระบุไว้ข้างต้น ในกรณีนี้วิธีการน้ำวนแบบไม่ต่อเนื่องใช้ในการคำนวณลักษณะอากาศพลศาสตร์ของเครื่องบินและเพื่อศึกษากระบวนการสร้างกระแสน้ำวนการพัฒนาหลังเครื่องบินและวัตถุอื่น ๆ (เรือบรรทุกเครื่องบินภูมิประเทศอาคารในเมือง)

วิธีการไหลวนแบบไม่ต่อเนื่องกลายเป็นวิธีที่ได้ผลอย่างมากในการศึกษาการไหลของของเหลวในอุดมคติที่อยู่นิ่งและไม่คงที่เมื่อความหนืดไม่จำเป็นในคำอธิบายแบบปิดของการไหลปั่นป่วนอิสระด้วยไอพ่นการตื่นและชั้น

การผสม

เมื่อแก้ปัญหาหลายอย่างผู้เขียนใช้ข้อมูลเชิงประจักษ์เพิ่มเติมและเมื่อคำนวณกระแสน้ำวนที่ตื่นใกล้พื้นโลก - ปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำวนจะตื่นขึ้นพร้อมกับการไหลของผนังตามขวางที่เกิดขึ้นซึ่งทำให้เกิดชั้นขอบเขตที่ปั่นป่วน มันเป็นปฏิสัมพันธ์ของชั้นขอบเขตนี้กับกระแสน้ำวนปลุกระหว่างการแยกตัวซึ่งทำให้สามารถคำนวณการตอบสนองที่เรียกว่าการปลุกกระแสน้ำวนเมื่อส่วนหลังเพิ่มขึ้นถึงความสูง 20-50 เมตรจากพื้นผิวของรันเวย์

ฉันเชื่อว่าการจัดพิมพ์เอกสารจะมีส่วนช่วยอย่างจริงจังในการศึกษาปัญหาที่สำคัญและซับซ้อนนี้

นักวิชาการ O. M. Belotserkovsky

เอกสารที่นำเสนอต่อผู้อ่านมีไว้สำหรับการสร้างแบบจำลองตัวเลขของกระแสน้ำวนที่ตื่นอยู่ด้านหลังเครื่องบิน

ปัจจุบันผู้เชี่ยวชาญด้านการบินในประเทศที่พัฒนาแล้วหลายแห่งกำลังเผชิญกับปัญหาเร่งด่วนนั่นคือจะทำอย่างไรเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสามารถของสนามบินที่จำเป็นในอนาคตด้วยปริมาณการจราจรทางอากาศที่เพิ่มขึ้นตามที่คาดการณ์ไว้โดยเครื่องบิน การบินพลเรือน ภายในปี 2558 เพิ่มขึ้น 2.5-3 เท่าและในขณะเดียวกันก็ลดอัตราการเกิดอุบัติเหตุของการขนส่งทางอากาศลงอย่างน้อย 3 เท่า ปัญหาหลักอย่างหนึ่งในการดำเนินการตามแผนดังกล่าวคือการรับรองความปลอดภัยในการบินของกระแสน้ำวน สาระสำคัญของปัญหาความปลอดภัยในการบินของกระแสน้ำวนอยู่ที่ความจริงที่ว่าเครื่องบินที่บินได้ปล่อยกระแสน้ำวนที่มีชีวิตมานานในชั้นบรรยากาศซึ่งก่อให้เกิดอันตรายต่อเครื่องบินลำอื่นที่ตกลงไปในนั้น ความยาวของเส้นทางอันตรายสำหรับเครื่องบินระยะไกลขึ้นอยู่กับสภาพของบรรยากาศถึง 10-12 กม. และบางครั้ง 15 กม. ในระยะทางไกลเส้นทางจะหายไป เนื่องจากการลดลงเนื่องจากการกระจายตัวของกระแสน้ำวนและปรากฏการณ์อื่น ๆ ตามธรรมชาติ เนื่องจากผลของการควบแน่นของไอน้ำทำให้บางครั้งผู้สังเกตการณ์ภาคพื้นดินสามารถมองเห็นการตื่นของกระแสน้ำวนได้

กระแสน้ำวนขึ้นอยู่กับโครงร่างของเครื่องบินมวลการบินการกำหนดค่าการบินสภาพบรรยากาศระดับความสูงและความเร็วในการบิน ภายใต้อิทธิพลของพลังธรรมชาติกระแสน้ำวนจะลดลงต่ำกว่าวิถีของเครื่องบิน 50-300 ม. และยังเปลี่ยนไปในทิศทางแนวนอนอันเป็นผลมาจากลมและอิทธิพลของโลก เมื่อบินในระดับความสูงกระแสน้ำวนไกลของเครื่องบินจะประกอบด้วยเชือกกระแสน้ำวนขนานลงมาสองเส้นที่หมุนตรงกันข้ามกัน การลดลงของการไหลเวียนของแต่ละคนตามเวลานั้นเกิดจากการเจาะร่วมกัน (การแพร่กระจาย) ของกระแสน้ำวนของสัญญาณที่แตกต่างกัน เมื่อเครื่องบินกำลังบินอยู่ในบรรยากาศที่ปั่นป่วนความปั่นป่วนที่เพิ่มขึ้นจะช่วยเพิ่มการแพร่กระจายของกระแสน้ำวนในพื้นที่ด้านนอกของการรวมกลุ่มของกระแสน้ำวนซึ่งนำไปสู่การสูญเสียการไหลเวียนของแต่ละกลุ่มเพิ่มเติม ปัจจุบันรู้จักสูตรเชิงประจักษ์ต่างๆในการคำนวณการสูญเสียการไหลเวียนที่ความปั่นป่วนของบรรยากาศในระดับต่ำและสูง

ปัญหายังเกิดจากการทำงานร่วมกันของกระแสน้ำวนของเครื่องบินกับพื้นผิวของสนามบินในโหมดบินขึ้น - ลงและลงจอด มีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากความแออัดของสนามบินที่เติบโตขึ้นอย่างต่อเนื่อง หลายประเทศในสหภาพยุโรปสหรัฐอเมริกาและรัสเซียรวมทั้งจีนและอินเดียมีความกังวลเกี่ยวกับเรื่องนี้ คำนึงถึงปฏิสัมพันธ์ของการปลุกกระแสน้ำวน

กับพื้นผิวโลกในการประมาณแบบไม่มองไม่เห็นนำไปสู่ผลลัพธ์ที่รู้จักกันดีตามที่ระบบกระแสน้ำวนของเครื่องบิน (กระแสน้ำวนสองแห่งของการหมุนตรงกันข้ามใกล้กับหน้าจอและการสะท้อนกระจกสองอันที่สัมพันธ์กับหน้าจอทำให้เกิดรูปสี่เหลี่ยม ) ไม่คงที่: กระแสน้ำทั้งสองไหลลงมาและเคลื่อนที่ไปในทั้งสองทิศทางในทิศทางตามขวาง จากการศึกษาทดลองครั้งแรกของระบบกระแสน้ำวนของปีกที่อยู่ใกล้หน้าจอในอุโมงค์ลมแสดงให้เห็นว่าไม่เพียง แต่กระแสน้ำวนท้ายลงมาและระยะห่างระหว่างพวกมันจะเพิ่มขึ้นดังต่อไปนี้จากทฤษฎีในการประมาณที่ไม่มีนัยสำคัญ แต่กระแสน้ำวนทั้งสองยังเพิ่มขึ้นเป็น ระดับหนึ่ง (สิ่งที่เรียกว่าการดีดกลับ) โดยมีการเคลื่อนที่ตามมาตามวิถีเหมือนวง บนพื้นฐานของการทดลองแสดงให้เห็นว่าการปรากฏตัวของวิถีการเคลื่อนที่แบบวนซ้ำของกระแสน้ำวนเกิดจากการแยกชั้นขอบเขตซึ่งเกิดขึ้นบนหน้าจอด้วยการไหลตามขวาง (ตามช่วง) ที่เกิดขึ้นบน พื้นผิวของหน้าจอโดยระบบกระแสน้ำวนของปีก กระแสน้ำรองที่ไหลลงมาในการไหลเมื่อชั้นขอบเขตถูกแยกออกไปมีปฏิสัมพันธ์กับกระแสหลักซึ่งส่งผลให้เกิดวิถีการเคลื่อนที่แบบวนรอบของกระแสน้ำหลักและการดีดกลับของกระแสน้ำวน

ในปัจจุบันในทางปฏิบัติกฎ ICAO มีผลบังคับใช้ซึ่งกำหนดระยะทางขั้นต่ำระหว่างเครื่องบินที่บินไปในทิศทางเดียวกัน (การแยกแนวนอน) ภายใต้เงื่อนไขของเครื่องบินที่ไม่ตกอยู่ในกระแสน้ำวน ตามกฎเหล่านี้ระยะทางขั้นต่ำจะถูกกำหนดโดยประเภทของเครื่องบิน เครื่องบินทั้งหมดแบ่งออกเป็นสามประเภทตามอัตภาพ: เบา (น้ำหนักไม่เกิน 7 ตัน), ขนาดกลาง (จาก 7 ตันถึง 136 ตัน) และหนัก (มากกว่า 136 ตัน) ดังนั้นระยะทางขั้นต่ำจึงถูกกำหนดไว้และตัวอย่างเช่น 4 ไมล์ทะเล (7.4 กม.) สำหรับเครื่องบินหนักที่บินตามหลังเครื่องบินหนักและ 6 ไมล์ทะเล (11 กม.) สำหรับเครื่องบินเบาที่บินตามหลังเครื่องบินหนัก (รูปที่ 1.1 ในการทำงาน [i]) ด้วยการถือกำเนิดของเครื่องบินหนักรุ่นใหม่ประเภท A-380 จึงจำเป็นต้องเพิ่มช่วงเวลาที่ปลอดภัยระหว่างเครื่องบิน ตามคำแนะนำของ ICAO (รายงาน ICAO "Wake Vortex ด้านของเครื่องบิน Airbus A-380" ll / 10/2005: T 13 / 3-05-0661.SLG) สำหรับเครื่องบินตาม A-380 ช่วงเวลาการแยกในแนวนอน จะเท่ากับช่วงเวลาสำหรับเครื่องบินที่เหมาะสมตามหลังเครื่องบินหนักเพิ่มขึ้น 2 ไมล์ทะเล (3.7 กม.) หากเครื่องบินลำต่อไปมีน้ำหนักมากและ 4 ไมล์ทะเล (7.4 กม.) หากเครื่องบินลำต่อไปมีขนาดกลางหรือเบา

มาตรฐาน ICAO ยังกำหนดการแยกแนวตั้งของเครื่องบินระหว่างทาง ความจำเป็นในการเพิ่มความจุของทางเดินหายใจได้นำไปสู่การแนะนำระดับการบินเพิ่มเติมอีก 6 ระดับ (โปรแกรม RVSM) และการแนะนำการแยกแนวตั้งขั้นต่ำ 1,000 ฟุต (300 ม.) แทนการใช้ 2,000 ฟุตแบบเดิม (610 ม.) ที่ระดับความสูงของเที่ยวบินบางแห่ง .

เมื่อขึ้นและลงจอดบนรันเวย์หนึ่ง (รันเวย์) หรือบนรันเวย์ที่ตั้งอยู่ใกล้เคียงคู่ขนานกันช่วงเวลาที่อนุญาตคือ 2-3 นาที อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติบ่อยครั้งในระหว่างการบินขึ้นหรือลงจอดกระแสน้ำวนจะปลุกด้านหลังเครื่องบินภายใต้อิทธิพลของสภาพภายนอกออกจากรันเวย์อย่างรวดเร็วและไม่รบกวนเครื่องบินลำอื่น ในกรณีนี้หลังจากผ่านไป 20-30 วินาทีคุณสามารถลงจอดเครื่องบินลำอื่นหรืออนุญาตให้ขึ้นเครื่องได้ ภายใต้เงื่อนไขอื่น ๆ กระแสน้ำวนอาจค้างอยู่เหนือรันเวย์เป็นเวลานานและก่อให้เกิดอันตรายต่อเครื่องบินลำอื่น ตัวอย่างเช่นเมื่อมีลมด้านข้าง 1-2 เมตร / วินาทีกระแสน้ำวนจะลอยอยู่เหนือรันเวย์เป็นเวลาหลายนาที

ผู้เชี่ยวชาญจากหลายประเทศพยายามประสานการดำเนินการเพื่อสร้างระบบความปลอดภัยกระแสน้ำวนพิเศษรวมตัวกันเพื่อความพิเศษ การประชุมทางวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติ... ในเดือนกุมภาพันธ์ 2550 การประชุมดังกล่าวจัดขึ้นอีกครั้งในกรุงบรัสเซลส์ ด้วยความตระหนักว่าการปรับปรุงประสิทธิภาพของการควบคุมการจราจรทางอากาศและความปลอดภัยในการบินให้ดียิ่งขึ้นจำเป็นต้องมีการแก้ไขปัญหากระแสน้ำวน ICAO จึงได้กำหนดข้อกำหนดสำหรับระบบเตือนอันตรายจากกระแสน้ำวนขั้นสูง ข้อกำหนดเหล่านี้กำหนดไว้ในคู่มือบริการจราจรทางอากาศ (ICAO Doc 9426 ตอนที่ II บทที่ 3 ภาคผนวก A) ระบบเตือนน้ำวนควรมีส่วนประกอบภาคพื้นดินและในอากาศ ในกรณีนี้ minima การแยกกระแสน้ำวนคงที่ควรถูกแทนที่ด้วย minima ที่สอดคล้องกับเงื่อนไขทางอุตุนิยมวิทยาที่เฉพาะเจาะจงและเครื่องบินเฉพาะคู่ นอกจากนี้ระบบจะต้องตรวจจับโซนกระแสน้ำวนที่เป็นอันตรายและไม่สร้างภาระเพิ่มเติมให้กับผู้ควบคุมการจราจรทางอากาศและลูกเรือบนเครื่องบิน

ระบบความปลอดภัยในการบินวนของรัสเซียที่ใช้เทคโนโลยี ICAO CNS / ATM เป็นไปตามข้อกำหนดเหล่านี้อย่างเต็มที่ที่สุด [і0, 12, 13] เทคโนโลยี ICAO CNS / ATM เป็นวิธีการที่มีแนวโน้มในการรับรองประสิทธิภาพของระบบการจัดการจราจรทางอากาศและตามแผนระดับโลกของ ICAO จะนำไปใช้ทั่วโลกภายในปี 2010-2020 ในฐานะองค์ประกอบทางเทคโนโลยีที่จำเป็นของบริการจราจรทางอากาศ

มีการใช้วิธีการวิจัยเชิงทฤษฎีที่หลากหลายเพื่อสร้างแบบจำลองและศึกษากระแสน้ำวนของเครื่องบิน: การจำลองตัวเลขโดยตรงของการเคลื่อนที่แบบปั่นป่วน (DNS) โดยอาศัยสมการ Navier-Stokes การสร้างแบบจำลองกระแสน้ำวนขนาดใหญ่ (LES) โดยใช้สมการ Navier-Stokes และพื้นผิวใต้พื้นผิว แบบจำลองความปั่นป่วนเช่นเดียวกับการแก้ปัญหาเชิงตัวเลขของสมการเรย์โนลด์ส (RANS) ปิดโดยใช้แบบจำลองความปั่นป่วนที่แตกต่างกัน ในผลงานของ S.M.Belotserkovsky ได้เสนอให้ใช้วิธีกระแสน้ำวนแบบไม่ต่อเนื่องในการสร้างแบบจำลองกระแสน้ำวนของเครื่องบิน

ข้อมูลที่ให้ข้อมูลมากที่สุดข้างต้นคือวิธี DNS และ LES ซึ่งทำให้สามารถศึกษากระแสน้ำวนใกล้และไกลของเครื่องบินได้ในระยะทางขนาดใหญ่และเล็กจากพื้นโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งทำให้สามารถศึกษาอิทธิพลของความปั่นป่วนในชั้นบรรยากาศการแบ่งชั้นบรรยากาศลมเฉือนตลอดจนการทำงานร่วมกันของกระแสน้ำวนของเครื่องบินและเครื่องบินไอพ่น วิธีการ RANS มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาแบบจำลองเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำวนสองกลุ่มของการหมุนตรงกันข้ามกับพื้นผิวหน้าจอ ทำให้สามารถจำลองผลกระทบของการทำงานร่วมกันของกระแสน้ำวนไกลของเครื่องบินกับพื้นผิวดินได้

การศึกษาทดลองเกี่ยวกับกระแสน้ำวนของเครื่องบินจะดำเนินการในแบบจำลองในอุโมงค์ลมหรือในการศึกษาการบินโดยใช้วิธีเลเซอร์ (การวัดแบบไลดาร์)

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการตีพิมพ์เอกสารพื้นฐานสามชิ้นเพื่อใช้ในการสร้างแบบจำลองกระแสน้ำวนของเครื่องบิน สองข้อแรกขึ้นอยู่กับการใช้วิธีการเชิงตัวเลขต่างๆเพื่อแก้ปัญหาที่หลากหลายสำหรับสิ่งนี้หนังสือเล่มนี้ใช้ข้อมูลจากการทดลองท่อและการบิน วิธีการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายไว้ในนั้นช่วยให้สามารถแก้ปัญหาที่ซับซ้อนทั้งหมดเกี่ยวกับการพัฒนากระแสน้ำวนของเครื่องบินระหว่างการบินที่ระดับความสูงและใกล้พื้นดินในโหมดบินขึ้นและลงจอด ผู้เขียนใช้วิธีการสร้างแบบจำลองเชิงตัวเลขเพื่อตอบคำถามพื้นฐานจำนวนหนึ่ง

เอกสารฉบับที่สามอุทิศให้กับการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระแสน้ำวนโดยอาศัยวิธีการของกระแสน้ำวนแบบไม่ต่อเนื่อง วิธีนี้เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดและมีประสิทธิภาพมากที่สุดในการศึกษากระแสน้ำวนของเครื่องบินและเมื่อรวมกับกฎหมายเชิงประจักษ์บางประการทำให้สามารถแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องได้ง่าย ๆ ทั้งในระหว่างการบินของเครื่องบินที่ระดับความสูงและใกล้พื้นดินใน โหมดบินขึ้นและลงจอด

วิธีการน้ำวนแบบไม่ต่อเนื่องในการคำนวณการไหลที่แยกออกจากกันรอบ ๆ ร่างกายนั้นประสบความสำเร็จร่วมกับวิธีการของทฤษฎีการเคลือบผิวแบบคงที่และชั้นขอบเขตที่ปั่นป่วน ในโหมดขึ้น - ลงและลงจอดของเครื่องบินระบบกระแสน้ำวนของเครื่องบินจะทำให้เกิดการไหลตามขวางใกล้พื้นผิวของสนามบินพร้อมกับการก่อตัวของชั้นขอบเขตที่ปั่นป่วน กระแสน้ำวนที่เกิดขึ้นเมื่อชั้นนี้แยกออกจากกันจะทำปฏิกิริยากับระบบน้ำวนของเครื่องบินอันเป็นผลมาจากการที่ส่วนหลังผิดรูปอย่างมีนัยสำคัญ

คุณลักษณะที่สำคัญของวิธีกระแสน้ำวนแบบไม่ต่อเนื่องที่นำไปใช้กับการสร้างแบบจำลองการปลุกของเครื่องบินคือความเหมาะสมอย่างเท่าเทียมกันสำหรับการคำนวณลักษณะทางอากาศพลศาสตร์ของเครื่องบินจนถึงการก่อตัวของกระแสน้ำวนของเครื่องบินและการเปลี่ยนรูปที่ตามมาของการปลุกครั้งนี้ เข้าสู่ระบบสองกระแสน้ำวน ด้วยวิธีการนี้ในการแก้ปัญหานี้ไม่จำเป็นต้องระบุเส้นผ่านศูนย์กลางพิกัดศูนย์กลางและรูปทรงเรขาคณิตของเครื่องบินเมื่อเปิดใช้กลไกการทำงานของปีก

นอกจากนี้ข้อได้เปรียบที่สำคัญของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ตามวิธีการของกระแสน้ำวนแบบไม่ต่อเนื่องคือประสิทธิภาพและความเร็วในการคำนวณ สถานการณ์นี้ยังดึงดูดให้นักวิจัยชาวต่างชาติใช้วิธีกระแสน้ำวนไม่ต่อเนื่องในการสร้างแบบจำลองและศึกษาลักษณะของการปลุกกระแสน้ำวนไกล

เอกสารนี้มีความโดดเด่นด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าเป็นครั้งแรกที่อธิบายถึงการศึกษาการเกิดกระแสน้ำวนของเครื่องบินด้วยใบพัดและด้วยแนวทางที่เสนอเวลาในการคำนวณสำหรับตัวแปรหนึ่งตัวจะมีขนาด 3-4 คำสั่งน้อยกว่าวิธีการตามตัวเลข การแก้สมการของ Navier-Stokes เอกสารนำเสนอการพัฒนาวิธีการที่อธิบายไว้ในหนังสือเล่มนี้และให้ข้อมูลทั่วไปสำหรับปัญหาใหม่ ๆ หลายประการ

เอกสารประกอบด้วยบทนำและ 8 บท

ช. 1 ประกอบด้วยข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับความปั่นป่วนในชั้นบรรยากาศกระแสน้ำวนของเครื่องบินและวิเคราะห์วิธีการเชิงตัวเลขที่ทันสมัยสำหรับการคำนวณลักษณะของกระแสน้ำวน

ใน ch. ส่วนที่ 2 อธิบายถึงวิธีการของกระแสน้ำวนแบบไม่ต่อเนื่องเช่นเดียวกับการสร้างแบบจำลองบนพื้นฐานของความปั่นป่วนอิสระในกระแสน้ำที่แยกจากกันและกระแสเจ็ท

ใน ch. 3 แสดงผลการสร้างแบบจำลองกระแสน้ำวนใกล้ตื่นด้านหลังเครื่องบินบางลำ

ใน ch. 4 อธิบายแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการปลุกกระแสน้ำวนไกลและแสดงลักษณะของกระแสน้ำวนที่อยู่ด้านหลังเครื่องบินด้วยเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท Il-76, An-124, V-747 และ A-380

ใน ch. 5 แสดงแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระแสน้ำวนที่อยู่ด้านหลังเครื่องบินที่มีใบพัดและแสดงลักษณะของกระแสน้ำวนที่อยู่ด้านหลังเครื่องบิน An-26, An-12 และ S-130

ใน ch. 6 อธิบายแบบจำลองทางคณิตศาสตร์สำหรับการคำนวณลักษณะของการไหลของลมใกล้ภูมิประเทศและนำเสนอผลการคำนวณลักษณะการไหลของอากาศใกล้ภูเขาและช่องเขา

ใน ch. 7 แสดงแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการปลุกกระแสน้ำวนของเครื่องบินในโหมดบินขึ้นและลงจอดผลการคำนวณลักษณะของกระแสน้ำวนที่ตื่นในโหมดเหล่านี้สำหรับเครื่องบิน V-727, Tu-204 และ Il-96

ใน ch. 8 นำเสนอแบบจำลองทางคณิตศาสตร์สำหรับการคำนวณลักษณะทางอากาศพลศาสตร์ของเครื่องบินในกระแสน้ำวน ลักษณะทางอากาศพลศาสตร์ของเครื่องบิน Yak-40 ในกระแสน้ำวนจากเครื่องบิน Il-76, An-124, V-747 และ A-380 ซึ่งเป็นเครื่องบิน Su-25 ในกระแสน้ำวนที่ตื่นจากภูมิประเทศเช่นเดียวกับ MiG- 31 เครื่องบินเมื่อเติมเชื้อเพลิงกลางอากาศจาก IL-78

ผู้เขียนรู้สึกขอบคุณเพื่อนร่วมงานและนักเรียนที่ทำให้สามารถใช้สื่อของพวกเขาได้: B. S. Kritskiy, S. I. Nekrakhe, S. M. Eremenko, S. A. Ushakov, A. V. Golovnev, A. S. Dzyuba, NN Kopylov รูปภาพหน้าปกที่นำมาจากเว็บไซต์:

การไหลของของเหลวและตัวกลางที่เป็นก๊าซมีสองประเภทคือ 1) สงบเรียบและ 2) ไม่สม่ำเสมอโดยมีการผสมกันอย่างมีนัยสำคัญของปริมาตรของตัวกลางและการเปลี่ยนแปลงความเร็วและพารามิเตอร์อื่น ๆ อย่างวุ่นวาย อดีตเรียกว่าลามินาร์และในช่วงหลังนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ W. Thomson ได้เสนอคำว่า "turbulent" (จากภาษาอังกฤษว่า turbulent - turbulent, disorderly) แนวโน้มทางธรรมชาติและเทคโนโลยีส่วนใหญ่เป็นของกลุ่มที่สองที่มีการศึกษาน้อยที่สุด ในกรณีนี้จะใช้วิธีการอธิบายเชิงสถิติ (ที่เกี่ยวข้องกับการหาค่าเฉลี่ยตามช่วงเวลาและพื้นที่) ประการแรกเนื่องจากแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะติดตามการเต้นของจังหวะในทุกจุดในการไหลและประการที่สองข้อมูลเหล่านี้ไม่มีประโยชน์: ไม่สามารถใช้ในแอปพลิเคชันเฉพาะได้

เนื่องจากความปั่นป่วนเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่ลึกล้ำที่สุดโดยมีแนวทางที่ครอบคลุมที่สุดในการศึกษาจึงผสานเข้ากับความเข้าใจเชิงปรัชญาในสาระสำคัญของสิ่งต่างๆ T. Karman นักวิทยาศาสตร์ชื่อดังกล่าวเปรียบเปรยถึงสิ่งนี้โดยกล่าวว่าเมื่อเขาปรากฏตัวต่อหน้าพระผู้สร้างการเปิดเผยครั้งแรกที่เขาจะขอคือการเปิดเผยความลับของความปั่นป่วน

สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือกระแสที่สอดคล้องกับตัวเลข Reynolds ที่มีขนาดใหญ่มาก Re \u003d u0b / n ปริมาณที่ไม่มีมิตินี้รวมถึงความเร็วหลัก u0 (ในเจ็ท - ความเร็วการไหลออกสำหรับเครื่องบิน - ความเร็วในการบิน) มิติเชิงเส้นลักษณะ b (เส้นผ่านศูนย์กลางของหัวฉีดหรือปีกคอร์ด) และความหนืดของตัวกลาง n หมายเลขเรย์โนลด์กำหนดอัตราส่วนของแรงเฉื่อยและแรงเสียดทาน (ความหนืด) ค่าโดยทั่วไปสำหรับหมายเลขนี้ในการบินคือ Re \u003d 105-107

Vortex Aerodynamics คืออะไร?

กระแสน้ำวนของน้ำและอากาศเป็นที่รู้จักสำหรับเรามาตั้งแต่เด็ก การวางเขื่อนในลำธารเราสามารถสังเกตได้ว่าไหลไปรอบ ๆ ขอบอย่างไรน้ำจะหมุนวนอย่างหนาแน่นจนกลายเป็นน้ำวน เมื่อน้ำไหลออกจากอ่างจะมีช่องของเหลวที่หมุนได้ปรากฏขึ้น ด้านหลังเครื่องบินบินคุณสามารถเห็นเส้นทางที่มั่นคงสองเส้นทางได้อย่างชัดเจนคือจากปลายปีกที่กระแสน้ำวนรวมตัวกันซึ่งทอดยาวไปหลายกิโลเมตร กระแสน้ำวนแสดงถึงปริมาณการหมุนของตัวกลาง - น้ำอากาศ ฯลฯ ถ้าคุณใส่ใบพัดขนาดเล็กที่นี่มันจะหมุนด้วย

ภาพทางคณิตศาสตร์ที่ง่ายที่สุดที่อธิบายการเคลื่อนที่แบบหมุนของของไหลอย่างหมดจดคือด้ายเส้นตรงบาง ๆ ที่มีความยาวไม่สิ้นสุด จากการพิจารณาความสมมาตรเป็นที่ชัดเจนว่าในระนาบทั้งหมดที่ตั้งฉากกับไส้หลอดรูปแบบของความเร็วจะเหมือนกัน (การไหลแบบขนานระนาบ) นอกจากนี้บนวงกลมใด ๆ ของรัศมี r ที่อยู่ตรงกลางด้ายความเร็ว v จะสัมผัสกับวงกลมและค่าคงที่เป็นขนาด

เป็นเรื่องปกติที่จะกำหนดลักษณะความรุนแรงของกระแสน้ำวนโดยการหมุนเวียนของความเร็วตามวงปิดที่ล้อมรอบกระแสน้ำวน ในกรณีนี้การหมุนเวียน G \u003d 2prv บนวงกลมรัศมี r อาศัยทฤษฎีบทเกี่ยวกับความคงที่ของการไหลเวียนซึ่งใช้ได้กับตัวกลางในอุดมคติ (ไม่มีแรงเสียดทาน) G ไม่ได้ขึ้นอยู่กับ r ด้วยเหตุนี้เราจึงได้รับสูตร Bio-Savart ในรูปแบบเฉพาะ

ดังที่เห็นได้จากสมการ (1) เมื่อแกนน้ำวนเข้าหา (เช่นที่ r ® 0) ความเร็วจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ (v ®¥) เป็น 1 / r คุณลักษณะนี้มักเรียกว่าเอกพจน์

17 มกราคม 1997 เป็นวันครบรอบ 150 ปีของการกำเนิดของ N. Ye. Zhukovsky "บิดาแห่งการบินของรัสเซีย" เขาวางพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับอากาศพลศาสตร์สมัยใหม่ทำให้เป็นพื้นฐานของการบิน: เขาสร้างกลไกสำหรับการก่อตัวของปีกยกในของเหลวในอุดมคตินำแนวคิดของกระแสน้ำวนที่แนบมา (คงที่เมื่อเทียบกับปีก) และกลายเป็นผู้ก่อตั้ง ของวิธีการที่เรียกว่า vortex ตามวิธีนี้ปีกหรือเครื่องบิน (AC) จะถูกแทนที่ด้วยระบบกระแสน้ำวนที่แนบมาซึ่งโดยอาศัยทฤษฎีบทการอนุรักษ์การหมุนเวียนทำให้เกิดกระแสน้ำวนอิสระ (ที่ไม่มีลูกปืน) เคลื่อนที่ไปพร้อมกับตัวกลางที่เป็นของเหลว ในกรณีนี้ปัญหาจะลดลงเป็นการกำหนดความรุนแรงของกระแสน้ำวนทั้งหมดและตำแหน่งของกระแสน้ำวนอิสระ วิธีกระแสน้ำวนได้ผลเป็นพิเศษกับการถือกำเนิดของคอมพิวเตอร์และการสร้างวิธีตัวเลขของกระแสน้ำวนแบบไม่ต่อเนื่อง (DSV)

แนวคิดคอมพิวเตอร์ Vortex ของการตื่นและเครื่องบินไอพ่นที่ปั่นป่วน

ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมามีความก้าวหน้าที่สำคัญในการศึกษาปัญหาพื้นฐานของความปั่นป่วนซึ่งเราเป็นหนี้ส่วนใหญ่ของ A.N. Kolmogorov และ A.M. Obukhov นักเรียนและผู้ติดตามของพวกเขาตลอดจน L. Richardson และ D. Taylor รุ่นก่อน ๆ

ที่จำนวนมาก Re เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าเข้าใจความปั่นป่วนเป็นลำดับชั้นของกระแสน้ำที่มีขนาดต่างกันเมื่อมีการเต้นของความเร็วในการไหลจากค่ามากไปน้อย ความปั่นป่วนขนาดใหญ่ถูกกำหนดโดยรูปร่างของร่างกายที่คล่องตัวหรือการกำหนดค่าของหัวฉีดที่เจ็ทไหลออกระบบการไหลและสถานะของสภาพแวดล้อมภายนอก ที่นี่กองกำลังของความหนืดในระหว่างการก่อตัวของร่องรอยและไอพ่นสามารถมองข้ามไปได้ เมื่ออธิบายการไหลเชี่ยวขนาดเล็กในขั้นตอนหนึ่งควรนำกลไกของความหนืดของโมเลกุลมาพิจารณาด้วย

ตามทฤษฎี Kolmogorov-Obukhov โครงสร้างท้องถิ่นของความปั่นป่วนขนาดเล็กที่พัฒนาขึ้นส่วนใหญ่ได้รับการอธิบายโดยกฎหมายสากล ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าในภูมิภาคที่มีขนาดเล็กเพียงพอระบอบการปกครองสากลเชิงสถิติที่อยู่นิ่งและเป็นเนื้อเดียวกันควรมีอิทธิพลเหนือกว่า

การดำรงอยู่ของระบอบการปกครองความปั่นป่วนระดับกลางบางอย่างเฉื่อยที่เกิดขึ้นบนเกล็ดขนาดเล็กเมื่อเทียบกับขนาดลักษณะของการไหลโดยรวม แต่มีขนาดใหญ่กว่าระดับจุลภาคซึ่งปรากฏการณ์ความหนืดมีนัยสำคัญอยู่แล้วก็พิสูจน์ได้เช่นกัน ดังนั้นในช่วงเวลานี้เช่นเดียวกับในระยะเริ่มต้นของความปั่นป่วนความหนืดของตัวกลางจึงสามารถมองข้ามไปได้

อย่างไรก็ตามยังไม่ได้มีการสร้างทฤษฎีทั่วไปของความปั่นป่วนซึ่งจะมีเพียงคำอธิบายเชิงคุณภาพของกระบวนการหลักเท่านั้น แต่ยังไม่ได้สร้างความสัมพันธ์เชิงปริมาณที่ช่วยให้สามารถกำหนดลักษณะที่ปั่นป่วนได้ การสร้างทฤษฎีที่เข้มงวดในความหมายทางคณิตศาสตร์ก็มีความซับซ้อนเช่นกันโดยข้อเท็จจริงที่ว่าแทบจะเป็นไปไม่ได้ที่จะให้คำจำกัดความที่ละเอียดถี่ถ้วนของความปั่นป่วน

ในทางกลับกันคำถามที่เกิดขึ้นเกี่ยวกับการใช้งานทางเทคนิคต่าง ๆ จำเป็นต้องมีคำตอบที่รวดเร็วแม้ว่าจะเป็นเพียงโดยประมาณ แต่ก็พิสูจน์ได้ทางวิทยาศาสตร์ เป็นผลให้ทฤษฎีความปั่นป่วนกึ่งเชิงประจักษ์ที่เรียกว่าเริ่มพัฒนาขึ้นอย่างเข้มข้นโดยใช้ข้อมูลการทดลองควบคู่ไปกับกฎทางทฤษฎีและการคำนวณ นักวิทยาศาสตร์เช่น D. Taylor, L. Prandl และ T. Karman มีส่วนในการก่อตัวของทิศทางนี้ G.N. Abramovich, A.S. Ginevsky และคนอื่น ๆ มีส่วนในการพัฒนาและการนำแนวทางเหล่านี้ไปใช้

ในทฤษฎีกึ่งเชิงประจักษ์ของความปั่นป่วนปัญหาได้รับการพิจารณาในลักษณะที่เรียบง่ายเนื่องจากไม่ได้ศึกษาลักษณะทางสถิติทั้งหมด แต่มีเพียงสิ่งที่สำคัญที่สุดสำหรับการปฏิบัติเท่านั้นประการแรกความเร็วเฉลี่ยและค่าเฉลี่ยของกำลังสองและ ผลิตภัณฑ์ของความเร็วที่เร้าใจ (ช่วงเวลาที่เรียกว่าของคำสั่งที่ 1 และ 2) ข้อเสียของแนวทางนี้ประการแรกคือจำเป็นต้องได้รับชุดข้อมูลทั้งหมดสำหรับแต่ละกลุ่มของเงื่อนไขเฉพาะ: สำหรับร่างกายที่มีรูปร่างต่างกันเมื่อศึกษาร่องรอยสำหรับการกำหนดค่าหัวฉีดที่แตกต่างกันซึ่งไอพ่น การไหล ฯลฯ นอกจากนี้ทฤษฎีนี้ยังอิงตามแนวทางที่หยุดนิ่ง (ไม่พิจารณาการพัฒนากระบวนการตามเวลา) ซึ่งทำให้ความเป็นไปได้แคบลง

แนวคิดคอมพิวเตอร์กระแสน้ำวนของการตื่นและเครื่องบินไอพ่นที่พัฒนาโดยเราเป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่สร้างสรรค์แบบปิด (MM) มันขึ้นอยู่กับการใช้ความก้าวหน้าทั้งหมดในอากาศพลศาสตร์ของกระแสน้ำวนซึ่งได้รับจากการใช้ MPE สำหรับการใช้แนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับความปั่นป่วนซึ่งได้กล่าวไว้ข้างต้น MM ถูกสร้างขึ้นสำหรับจำนวน Re ขนาดใหญ่และขึ้นอยู่กับการตีความความปั่นป่วนอิสระเป็นลำดับชั้นของขอบของสเกลที่แตกต่างกัน ในกรณีนี้การเคลื่อนไหวแบบปั่นป่วนจะถือว่าในกรณีทั่วไปเป็นสามมิติและไม่คงที่

การใช้งานจริงของการจำลองการไหลของเจ็ทที่ไม่คงที่นั้นดำเนินการโดยวิธีการของกระแสน้ำวนแบบไม่ต่อเนื่อง ในกรณีนี้โมเดลที่ต่อเนื่องกันในอวกาศและเวลาจะถูกแทนที่ด้วยอะนาล็อกที่ไม่ต่อเนื่อง การแยกแยะเวลาประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่ากระบวนการนี้ถือว่าเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในบางครั้ง tn \u003d nDt (n \u003d 1,2, ... ) การแยกแยะในอวกาศประกอบด้วยการแทนที่ชั้นน้ำวนต่อเนื่องด้วยระบบปิดไฮโดรไดนามิกขององค์ประกอบกระแสน้ำวน (เส้นใยกระแสน้ำวนหรือเฟรม) สิ่งสำคัญที่ต้องคำนึงถึงใน MM คือความจริงที่ว่ากระแสน้ำวนอิสระเคลื่อนที่ไปพร้อมกับความเร็วของอนุภาคของเหลวและจำนวนของมันจะเพิ่มขึ้นตามเวลา

แนวทางที่ระบุในโฟลว์การสร้างแบบจำลองทำให้สามารถศึกษาลักษณะทั่วไปของการพัฒนากระบวนการได้ทันเวลาโดยไม่ต้องใช้ข้อมูลเชิงประจักษ์เพิ่มเติม MM ที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของ MDI อธิบายถึงคุณสมบัติหลักทั้งหมดของการพัฒนาของการตื่นปั่นป่วนไอพ่นและการไหลที่แยกจากกันรวมถึงการเปลี่ยนจากกระบวนการกำหนดไปสู่ความโกลาหล นอกจากนี้ยังอนุญาตให้คำนวณลักษณะทางสถิติของความปั่นป่วน (ช่วงเวลาของคำสั่งที่ 1 และ 2)

เราให้ความสำคัญกับการคำนวณการไหลของร่างกายด้วยคอมพิวเตอร์การสร้างส่วนที่อยู่ใกล้ของตื่นและไอพ่น วัสดุจำนวนมากที่เราสะสมในพื้นที่นี้ไม่เพียง แต่รวมถึงการเปรียบเทียบโดยตรงของการคำนวณกับการทดลองเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการตรวจสอบ MM สำหรับการปฏิบัติตามกฎสากล Kolmogorov-Obukhov ของความปั่นป่วนที่พัฒนาแล้วซึ่งจึงมีบทบาทเป็นอิสระ การทดสอบ การทดลองเชิงตัวเลขรวมกับการวิเคราะห์ผลลัพธ์ทางกายภาพและซับซ้อนทำให้เราได้ข้อสรุปดังต่อไปนี้

คุณสมบัติหลักและผลกระทบระดับมหภาคของการไหลที่แยกออกจากกันรอบ ๆ ร่างกายในจำนวน Re ขนาดใหญ่รวมถึงการตื่นใกล้และลักษณะของมัน ณ ตำแหน่งที่ทราบการแยกการไหล (บนขอบคมหักงอการตัดของร่างกาย ฯลฯ ) ไม่ขึ้นอยู่กับความหนืดวันพุธ พวกมันถูกกำหนดโดยปฏิสัมพันธ์เฉื่อยในของเหลวและก๊าซซึ่งอธิบายถึงสมการที่ไม่คงที่ของตัวกลางในอุดมคติ การวิเคราะห์เพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่าในปัญหาหลายประการจำเป็นต้องคำนึงถึงการแยกที่มีความหนืดโดยเฉพาะอย่างยิ่งบนพื้นผิวของตัวถังที่เรียบ (เช่นทรงกระบอกทรงกลมและทรงรี) ดังนั้นขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาแนวคิดนี้จึงประกอบด้วยความจริงที่ว่าแบบจำลองที่ไม่อยู่นิ่งของสื่อในอุดมคติได้รับการเสริมด้วยสมการที่ไม่อยู่นิ่งของชั้นขอบเขตเพื่อกำหนดตำแหน่งของการแยก

ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงลำดับความสำคัญจึงเป็นสิ่งที่ถูกต้องและนำไปใช้: ไม่ใช่ความหนืดของตัวกลางที่มาก่อน แต่เป็นปรากฏการณ์ที่ไม่อยู่นิ่ง

งานพื้นฐานของ Zhukovsky "On vortices" ได้รับการตีพิมพ์ในปี 1906 ความทันสมัยทำให้เกิดปัญหาใหม่และ เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ ขยายขอบเขตการบังคับใช้วิธีการทางทฤษฎี ความคิดคลาสสิกของ Zhukovsky กำลังประสบกับเยาวชนคนที่สองซึ่งเป็นการเปิดโอกาสใหม่ ๆ สำหรับทฤษฎีสภาพแวดล้อมในอุดมคติและวิธีการของกระแสน้ำวน

สิ่งสำคัญคือต้องเน้นว่าในธรรมชาติกระแสน้ำไหลวนและความวุ่นวายอยู่เคียงข้างกันกลายเป็นต้นกำเนิดของความปั่นป่วน การหมุนเวียนของปริมาตรของเหลวก่อให้เกิดความไม่เสถียรเช่นเดียวกับการปรากฏตัวและการสลายตัวของโครงสร้างปกติซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของกระแสน้ำวนใหม่และการพัฒนาของความโกลาหล

ในปีพ. ศ. 2496 เมื่อมีการเฉลิมฉลองครบรอบครึ่งศตวรรษของการบินของมนุษย์บนยานพาหนะทางอากาศที่มีน้ำหนักมากหนังสือของ Theodor von Karman (2424-2506) ชื่อ "อากาศพลศาสตร์ หัวข้อเฉพาะในพัฒนาการทางประวัติศาสตร์ของพวกเขา” บทความนี้เขียนขึ้นบนพื้นฐานของการบรรยายของ Messenger หกครั้งที่ผู้เขียนมอบให้โดยเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรของการอ่านเพื่อการศึกษาเรื่อง "On the Development of Civilization" ซึ่งจัดโดย Hiram J. Messenger ในปีพ. ศ. 2466

คาร์แมนเป็นนักทฤษฎีที่มีชื่อเสียงที่สุดในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 ในสาขาอากาศพลศาสตร์ เขาเกิดและเติบโตในครอบครัวชาวยิวที่อาศัยอยู่ในดินแดนฮังการีของจักรวรรดิออสเตรีย - ฮังการี ในปี 1902 เขาสำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัยบูดาเปสต์และไม่นานก็ย้ายไปอยู่ที่เยอรมนี ในปี 1908 ภายใต้การดูแลของ Ludwig Prandtl เขาได้ปกป้องวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของเขาในสาขาอากาศพลศาสตร์ การป้องกันเกิดขึ้นที่มหาวิทยาลัยเกิตทิงเกนซึ่งเขาพักเพื่อทำงาน ต่อมาเขาได้รับการเสนอให้เป็นหัวหน้าสถาบันการบินแห่งมหาวิทยาลัยอาเคิน เข้าร่วมในสงครามโลกครั้งที่หนึ่งในกองทัพออสเตรีย - ฮังการี

ในปีพ. ศ. 2473 เขาได้รับเชิญให้เข้าร่วมสถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย เมื่อไปถึงที่นั่นเขามุ่งหน้าไปที่ห้องปฏิบัติการการบิน ในปีพ. ศ. 2479 เขาเริ่มทำงานใน บริษัท Aerojet ซึ่งพัฒนาและผลิตเครื่องยนต์จรวด ในช่วงทศวรรษที่ 1940 เขาเปลี่ยนมาใช้ธีมอวกาศ ในปีพ. ศ. 2487 เขาประสบความสำเร็จในการผ่าตัดเนื้องอกในลำไส้ ในความคิดริเริ่มของเขาในปี 1960 International Academy of Astronautics ได้ก่อตั้งขึ้นโดยรวบรวมนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำที่ทำงานด้านการวิจัยอวกาศเข้าด้วยกัน คาร์แมนเสียชีวิตในปี 2506 ระหว่างการเดินทางไปอาเคิน (เยอรมนี); ฝังในพาซาดีนา (แคลิฟอร์เนีย)

หนังสือเล่มนี้น่าสนใจสองประการ เหตุผลประการแรกคือแสดงให้เห็นถึงความจำเป็นและความสำคัญของการปฏิบัติควบคู่ไปกับทฤษฎี ใครบางคนอาจมีความรู้สึกว่าแนวคิดทางทฤษฎีเกิดขึ้นในตอนแรกซึ่งจะพบการประยุกต์ใช้ในชีวิตจริงของเรา อย่างไรก็ตามประวัติศาสตร์ทั้งหมดของวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นถึงลำดับย้อนกลับขององค์ประกอบทางปัญญาทั้งสองนี้ เป็นความจริงที่ว่าแรงผลักดันสำหรับกิจกรรมเชิงปฏิบัติใด ๆ คือความคิด แต่โดยปกติแล้วมันจะชื้นเกินไป: ในกระบวนการสร้างเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ความมันวาวดั้งเดิมจะจางลงอย่างรวดเร็ว ทฤษฎีที่แท้จริงและเป็นทางการอย่างเคร่งครัดเกิดขึ้นหลังจากการคิดและการทำซ้ำหลายขั้นตอน วิทยาศาสตร์แม่เหล็กไฟฟ้าเป็นตัวอย่างคลาสสิก ในตอนแรกมันถูกนำหน้าด้วยชุดการทดลองง่ายๆที่ยาวนานซึ่งได้รับการสวมมงกุฎโดยชุดการทดลองที่ซับซ้อนซึ่งดำเนินการโดยฟาราเดย์ จากการทดลองของเขา Maxwell ได้พัฒนาทฤษฎีที่มีลักษณะเป็นนามธรรมมากเกินไป เอดิสันเทสลาและนักฟิสิกส์ฝึกหัดคนอื่น ๆ ได้แก้ไขและปรับปรุงศาสตร์แขนงนี้มาหลายทศวรรษแล้ว

ฟิสิกส์เชิงสัมพัทธภาพแสดงให้เราเห็นถึงพัฒนาการที่ผิดเพี้ยนอย่างมากของความรู้บางด้านซึ่งซึมผ่านการคาดเดาทางปรัชญาและคณิตศาสตร์อย่างละเอียดถี่ถ้วน คาร์แมนพยักหน้าไปทางผู้สนับสนุนทฤษฎีสัมพัทธภาพและกลศาสตร์ควอนตัมอย่างชัดเจนและไม่พูดประชดว่า“ พวกเราผู้เชี่ยวชาญด้านอากาศพลศาสตร์มักจะเจียมเนื้อเจียมตัวมากกว่าและไม่พยายามเปลี่ยนความคิดพื้นฐานของจิตใจมนุษย์หรือเข้าไปยุ่งเกี่ยวกับกิจการต่างๆ ของพระเจ้าผู้ทรงเมตตาและความรอบคอบของพระเจ้า! " ...

อากาศพลศาสตร์และอุทกพลศาสตร์ตลอดจนกลศาสตร์โดยทั่วไปเตือนเราอยู่ตลอดเวลาถึงอิทธิพลที่ยิ่งใหญ่ของแนวคิดเชิงประจักษ์ที่มีต่อการก่อตัวของทฤษฎี ไม่ว่าเราจะใช้วิทยาศาสตร์สาขาใด - ไม่ว่าจะเป็นกลศาสตร์หรือแม่เหล็กไฟฟ้า - แบ่งออกเป็น นำไปใช้ และ พื้นฐาน เปิดเผยตัวเองได้อย่างง่ายดาย แต่จักรวาลวิทยาซึ่งเกิดขึ้นบนพื้นฐานของกลศาสตร์เชิงสัมพัทธภาพและควอนตัมประกอบด้วยส่วนพื้นฐานเป็นส่วนใหญ่ เนื่องจากไม่มีส่วนที่ใช้ที่สำคัญใด ๆ ในนั้นจึงดูเหมือนจะไม่เป็นวิทยาศาสตร์ แต่เป็นประเภทหนึ่ง ปรัชญาซึ่งโดยหลักการแล้วโดยหลักการที่ไร้เหตุผลทำให้มนุษย์ต่างดาวไปสู่นักฟิสิกส์ตัวจริงได้แทรกซึมเข้าไปในร่างกายของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติและมีตำแหน่งที่โดดเด่นเกือบทั้งหมดในนั้น สำหรับผู้ที่ไม่ได้ฝึกหัดในปัญหาของเธอแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนซึ่งคำนวณบนคอมพิวเตอร์ความเร็วสูงอาจสร้างความสับสนได้ แต่ผู้เชี่ยวชาญทราบดีว่าการคำนวณทางคอมพิวเตอร์ดังกล่าวมักเป็นแหล่งที่มาของการศึกษาทางวิชาการที่เลวร้ายยิ่งกว่าเดิม

จักรวาลวิทยาพิจารณากระบวนการและปรากฏการณ์ที่ส่งผลกระทบต่อจักรวาลโดยรวม นักจักรวาลวิทยามักจะเพ้อฝันเกี่ยวกับบิ๊กแบงของขวัญและหลุมดำซึ่งเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับฟิสิกส์เชิงสัมพัทธภาพและกลศาสตร์ควอนตัม มันเป็นสองส่วนที่ทำให้จักรวาลวิทยาเป็นตัวละครที่น่ากลัว เมื่อเร็ว ๆ นี้ในการเชื่อมต่อกับการพัฒนาเครื่องมือส่องกล้องส่องทางไกลที่ทำงานในช่วงรังสีต่างๆนักจักรวาลวิทยาได้เริ่มให้ความสนใจอย่างมากกับการสังเกตวัตถุอวกาศ อย่างไรก็ตามเรื่องนี้นักจักรวาลวิทยาส่วนใหญ่ในปัจจุบันยังคงห่างไกลจากปัญหาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขในช่วงศตวรรษที่ผ่านมาซึ่งเป็นรากฐานของวิทยาศาสตร์ที่ยอดเยี่ยมของพวกเขา ตัวอย่างเช่นพวกเขาให้เหตุผลว่าในใจกลางดาราจักรชนิดก้นหอยส่วนใหญ่มีหลุมดำที่เกี่ยวข้องกับ "ความโค้งของความต่อเนื่องของห้วงอวกาศ - เวลา" (รูปที่ 1 คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับหลุมดำได้)

รูปที่. หนึ่ง... แนวตั้ง สตีเฟนฮอว์คิง ,
ด้านบนซึ่งมีหัวเป็นภาพระบบประเภท SS 433
ประกอบด้วยดาวฤกษ์และหลุมดำที่อยู่รอบ ๆ
มองเห็นดิสก์เพิ่มปริมาณและไอพ่นสองตัว

นักดาราศาสตร์ที่มีความคิดร้อยแก้วมองเห็นหลุมดำด้วยวิธีที่เป็นเหตุเป็นผลและเป็นธรรมชาติมากขึ้น สำหรับพวกเขาแล้ววัตถุแปลกใหม่เหล่านี้เคยสูญเสียสาระสำคัญเชิงสัมพัทธภาพไปแล้ว สำหรับนักดาราศาสตร์ที่มีสติในศตวรรษที่ 21 หลุมดำไม่ได้เป็นจุดเอกพจน์อีกต่อไปซึ่งเป็นทางเข้าสู่จักรวาลอื่นซึ่งแสงและสสารของจักรวาลของเราหายไป ในทางตรงกันข้ามการเป็นกลุ่มก้อนของสสารที่มีความหนาแน่นสูงซึ่งเป็น "หลุม" ที่ล้อมรอบไปด้วย ดิสก์สะสมดูเหมือนว่าเขาจะเป็นแหล่งรังสีคอสมิกที่ทรงพลังรังสี ( ไอพ่น) ซึ่งตามกฎแล้วจะตั้งฉากกับระนาบของดาราจักรชนิดก้นหอยหรือแบน ไม่มีอะไรแปลกในความเข้าใจแบบคลาสสิกอย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับปรากฏการณ์จักรวาลนี้ เป็นที่ชัดเจนว่าในสภาพแวดล้อมที่ไม่แข็งการเคลื่อนที่แบบแปล (ไดเวอร์เจนซ์, div) อาจทำให้เกิดการหมุน (การหมุน, การเน่า) และในทางกลับกัน

รูปที่. 2... ความแตกต่างในของเหลวหรือก๊าซ
อาจทำให้หมุนได้และในทางกลับกัน

นักวิจัยที่อายุน้อยกว่าเขาไม่ขี้เกียจเกินไปที่จะเข้าใจการคาดเดาของนักสัมพัทธภาพและตระหนักถึงพฤติกรรมที่ผิดจรรยาบรรณ ไอน์สไตน์ ในทางวิทยาศาสตร์เขามีแนวโน้มที่จะใช้แบบจำลองทางอากาศพลศาสตร์และอุทกพลศาสตร์กับ "หลุมดำ" ดังกล่าว ควรเข้าใจเป็นอย่างดีว่าไม่มีใครบันทึกอิทธิพลของสนามโน้มถ่วงต่อการแผ่รังสีของแสงได้ ผลการสังเกตท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยดวงดาวใกล้กับแผ่นดิสก์แสงอาทิตย์ที่มืดลงของดวงจันทร์ถูกปลอมแปลง (ดูหัวข้อ: การเบี่ยงเบนของรังสีของแสงใกล้กับร่างกายขนาดใหญ่). แต่ด้วยความจริงที่ผิดนี้นักสัมพัทธภาพจึงปฏิบัติต่อนักฟิสิกส์คลาสสิก (ในประเทศของเราพวกเขาเป็นเช่นนั้น แคสเทอริน , Timiryazev , มิตรเควิช , ผู้นำ) และขัดจังหวะการพัฒนาพลวัตของก๊าซตามปกติที่นำไปใช้กับไมโครและแมคโครเวิลด์ ในเรื่องนี้จะไม่ฟุ่มเฟือยที่จะดื่มด่ำกับประวัติศาสตร์ของการพัฒนาอากาศพลศาสตร์ตามที่อธิบายไว้ในหนังสือของ Karman แต่ยังรวมถึงเนื้อหาหลักของฟิสิกส์ส่วนนี้ด้วย

ก่อนวิทยาศาสตร์พลศาสตร์มีวิทยาศาสตร์การบิน เบนจามินแฟรงคลิน (ค.ศ. 1706 - 1790) อาจเป็นคนกลุ่มแรก ๆ ที่คิดจะสร้างบอลลูน หลักการดูแลบอลลูนหรือเรือเหาะในอากาศเป็นไปตามที่รู้จักกันดี กฎหมายคงที่ของอาร์คิมิดีส... เกี่ยวกับของเหลวกฎหมายกล่าวว่า: ร่างกายแต่ละส่วนที่จมอยู่ในของเหลวจะสูญเสียน้ำหนักไปมากพอ ๆ กับที่ของเหลวที่ถูกแทนที่ด้วยน้ำหนัก... ซึ่งหมายความว่าร่างกายซึ่งมีความถ่วงจำเพาะน้อยกว่าความถ่วงจำเพาะของของเหลวจะลอยอยู่บนพื้นผิวของของเหลว ตัวอย่างเช่นไม้ก๊อกและจารบีลอยอยู่บนผิวน้ำ กฎหมายนี้ใช้กับก๊าซด้วย แม้แต่ Democritus ก็เข้าใจว่าไฟมีแนวโน้มที่จะลุกขึ้นด้านบนเนื่องจากความถ่วงจำเพาะของมันน้อยกว่าความถ่วงจำเพาะของอากาศ

แนวคิดพื้นฐานของอากาศพลศาสตร์ซึ่งประกอบด้วยการทำให้เครื่องบินอยู่ในอากาศด้วยความช่วยเหลือของใบพัดและปีกที่กระพือปีกเหมือนในนกก็มีมาตั้งแต่ไหน แต่ไร พอจะจำภาพวาดของ "เฮลิคอปเตอร์" ที่ทำด้วยมือของเลโอนาร์โดดาวินชีซึ่งใช้สกรูของอาร์คิมิดีสที่เรียกว่า (รูปที่ 3) เราไม่จำเป็นต้องพูดถึงปีกด้วยซ้ำ: คนบ้าระห่ำจำนวนมากถูกมัดปีกไว้ที่มือและโยนตัวเองก่อนจากหอระฆังทำให้คอและแขนขาหัก Pocket ตั้งชื่อให้ว่า Sir George Cayley ชาวอังกฤษ (1773 - 1857) ซึ่งอยู่ในบทความของเขาตั้งแต่ช่วงปี 1809 - 1810 เป็นคนแรกที่พูดคุยอย่างจริงจังเกี่ยวกับการสนับสนุนเครื่องบิน "ด้วยความช่วยเหลือของการเคลื่อนพื้นผิวที่เอียงไปในทิศทางของการบินโดยที่เรามีพลังงานกลในการปรับสมดุลของแรงต้านอากาศที่ขัดขวางการเคลื่อนไหวนี้"

รูปที่. 3... "เฮลิคอปเตอร์" โดย Leonardo da Vinci

Cayleigh เขียนว่า: "ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ารูปร่างของด้านหลังของแกนหมุนมีความสำคัญพอ ๆ กับรูปร่างของด้านหน้าของแกนหมุนเพื่อลดความต้านทาน" “ อย่างไรก็ตามฉันกลัว” เขากล่าวต่อ“ ว่าหัวข้อทั้งหมดนี้คลุมเครือในสาระสำคัญมากจนการตรวจสอบโดยการทดลองมีประโยชน์มากกว่าการใช้เหตุผล [โดยที่เขาเข้าใจเหตุผลทางทฤษฎีอย่างไม่ต้องสงสัย] และในกรณีที่ไม่มี หลักฐานที่น่าเชื่อว่าอีกวิธีเดียวที่เหลืออยู่คือการคัดลอกธรรมชาติ ดังนั้นฉันจะยกตัวอย่างร่างของปลาเทราท์และค็อกวู้ดเป็นตัวอย่าง” (รูปที่ 4)

รูปที่. สี่
มีรูปร่างเหมือนปลาเทราท์

อันที่จริงจนกระทั่งการบินครั้งแรกของพี่น้องตระกูลไรท์ในปี 1903 คณิตศาสตร์และฟิสิกส์เชิงทฤษฎีไม่มีพลังในการออกแบบเครื่องบินหนัก Wilber (1867-1912) และ Orville (1871-1948) Wright ไม่ใช่นักวิทยาศาสตร์มืออาชีพ อย่างไรก็ตามพวกเขาคุ้นเคยกับแนวคิดเชิงปฏิบัติในด้านอากาศพลศาสตร์ที่พัฒนาโดยนักวิจัยหลายคนก่อนหน้านี้และนอกเหนือจากความสามารถอันโดดเด่นของนักออกแบบแล้วพวกเขายังมีโอกาสใช้การทดลองกับแบบจำลองสำหรับการออกแบบเต็มรูปแบบ ในความเป็นจริงพวกเขาใช้อุโมงค์ลมขนาดเล็กและเรียบง่ายเพื่อจุดประสงค์นี้ ยิ่งไปกว่านั้นพวกเขาบินร่อนไปแล้วเกือบพันเที่ยวบิน”

คาร์แมนแนะนำให้เรารู้จักกับประวัติความเป็นมาของการพัฒนาอากาศพลศาสตร์เชิงทฤษฎีร่องรอยของต้นกำเนิดซึ่งสามารถพบได้ในหลักการของนิวตัน [เล่มที่ 2 ตอนที่ 7 ประโยคที่ 33]:“ ... กองกำลังที่กระทำต่อร่างกายที่คล้ายกันทางเรขาคณิตสองชิ้นที่เคลื่อนที่เข้ามา ของเหลวที่มีความหนาแน่นต่างกันเป็นสัดส่วนก) กำลังสองของความเร็ว b) กำลังสองของขนาดเชิงเส้นของร่างกายและ c) ความหนาแน่นของของเหลว " เนื่องจาก“ อัตราการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัม (โมเมนตัม \u003d มวล×ความเร็ว) ที่สร้างขึ้นในของไหลเป็นสัดส่วนกับความหนาแน่นของของไหลและกำลังสองของความเร็วของอนุภาคแต่ละอนุภาคที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ดังนั้นการไหลจึงมีค่าใกล้เคียงกัน มันเป็นสัดส่วนกับ ความเร็วกำลังสอง การไหลของของเหลวที่ไม่ถูกรบกวน” สิ่งนี้ก่อให้เกิดสูตร:

ฉ = ρ ( SU) ²sin²α, (1)

โดยที่ρคือความหนาแน่นของของเหลว ส - พื้นที่จาน ยู คือความเร็วของเพลต [หรือแนวอากาศที่สัมพันธ์กับเพลตที่อยู่นิ่ง], αคือมุมเอียง [มุมโจมตี] บังคับ ฉ พุ่งไปในแนวตั้งฉากกับพื้นผิว ปริมาณρ SUsin αเป็นฟลักซ์มวลต่อหน่วยเวลาผ่านหน้าตัดอย่างไม่ต้องสงสัย ส sin αเท่ากับการฉายของแผ่นที่ตั้งฉากกับทิศทางการไหลเดิม (รูปที่ 5) สันนิษฐานว่าหลังจากการชนกันอนุภาคจะเป็นไปตามทิศทางของแผ่นเปลือกโลก จากนั้นเราจะได้รับการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของมวลของของเหลวที่ตกลงบนแผ่นต่อหนึ่งหน่วยเวลาคูณมวลนี้ด้วยส่วนประกอบความเร็ว ยูบาปαที่เกิดจากการชน”.

รูปที่. ห้า... การวาดอธิบายนิพจน์ (1).

จากนั้นคาร์แมนพูดถึงการทดลองมากมายซึ่งจบลงด้วยข้อสรุปดังต่อไปนี้:“ ข้อมูลจากการทดลองแสดงให้เห็นว่าข้อความสามข้อของนิวตันถูกต้อง: สัดส่วนของความหนาแน่นสัดส่วนกับกำลังสองของขนาดเชิงเส้นและสัดส่วนของกำลังสองของความเร็ว ... การคาดคะเนของนิวตันเกี่ยวกับสัดส่วนระหว่างแรงที่กระทำต่อองค์ประกอบพื้นผิวและ สี่เหลี่ยมไซน์ มุมเอียงของมันผิดไปหมด การทดลองแสดงให้เห็นว่าความแข็งแกร่งค่อนข้างเกือบ เส้นตรงกับไซน์ มุมหรือมุมตัวเองในกรณีที่มีมุมเล็ก ๆ "

ผลที่ไม่พึงประสงค์ดังกล่าวทำให้เราคิดว่างาน SU คือการไหลที่ไม่สามารถย่อยสลายเป็นสองปริมาณอิสระ - ส และ ยู... ดังนั้นในการฉายแนวตั้งของการไหลไซน์จะปรากฏในระดับแรกเท่านั้น:

ฉ = ρ ( SU) ²บาปα, (2)

แต่การให้เหตุผลและสูตร (2) นี้ผิดพลาดเนื่องจากการทดลองแสดงให้เห็นว่ากระบวนการไหลของอากาศหรือของเหลวรอบ ๆ จานนั้นไม่ง่ายอย่างที่เห็นในตอนแรก กระแสน้ำวนเกิดขึ้นที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยนิพจน์เช่น (1) และ (2) แต่เราจะพูดถึงด้านนี้ในภายหลัง ตอนนี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับเราที่จะดึงดูดความสนใจของผู้อ่าน ปัญหาด้านความรู้ความเข้าใจ ความสำคัญทางปรัชญา

เนื่องจาก“ ทฤษฎีขัดแย้งกับข้อเท็จจริง” และในทางที่ท้าทายที่สุด Karman เขียนว่า“ ผู้เขียนหลายคนแสดงความเห็นว่ากฎของนิวตันมีส่วนในการคาดการณ์ในแง่ร้ายเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการบินด้วยเครื่องยนต์ที่กำลังทำงานอยู่ซึ่งสามารถพบได้ใน วรรณกรรมทางวิทยาศาสตร์ โดยส่วนตัวแล้วฉันไม่คิดว่าอิทธิพลของนิวตันเป็นภัยพิบัติขนาดนั้นจริงๆ ฉันเชื่อว่าคนส่วนใหญ่ที่เรากำลังพูดถึงในช่วงแรก ๆ นั้นมีความสนใจในการบินจริงๆไม่ได้เชื่อในทฤษฎีใด ๆ ...

ตลอดศตวรรษที่สิบเก้าเราสังเกตเห็นกระบวนการสองอย่างที่ไม่เกี่ยวข้องกันในทางปฏิบัติ ในแง่หนึ่งผู้ที่ชื่นชอบการบินซึ่งส่วนใหญ่เป็นคนที่ใช้งานได้จริงได้พัฒนาทฤษฎีการบินของนกแบบดั้งเดิมของตัวเองและพยายามที่จะนำสิ่งที่ค้นพบไปใช้กับความต้องการของการบินของมนุษย์ ในทางกลับกันตัวแทนของวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ของพลศาสตร์ของไหล การพัฒนานี้ไม่เกี่ยวข้องกับปัญหาการบินและไม่ได้ให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์มากนักสำหรับผู้ที่ต้องการบิน "

ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาการสร้างเครื่องบินพิสูจน์ได้อย่างน่าเชื่อว่าช่องว่างขนาดใหญ่สามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างโครงสร้างทางทฤษฎีและกระบวนการจริงซึ่งดูเหมือนว่าควรจะอธิบายได้อย่างถูกต้องด้วยนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ที่ค่อนข้างชัดเจน ในการเชื่อมโยงกับความแตกต่างระหว่างทฤษฎีและการปฏิบัติอย่างมหันต์นี้เราไม่เคยหยุดที่จะประหลาดใจกับความมั่นใจในตนเองของนักสัมพัทธภาพ

อันที่จริงไม่มีใครสามารถอธิบายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นทุก ๆ วินาทีภายในและบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์ได้ในเชิงทฤษฎี - แม้แต่โดยประมาณ แต่พวกเขาประกาศอย่างหยิ่งผยองว่า: "เราไม่รู้และไม่ต้องการเข้าไปดูรายละเอียดมากมายของกระบวนการทางกายภาพที่ซับซ้อน แต่เรารู้แน่ชัดว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับดาวโดยรวม" ตัวอย่างเช่นนักสัมพัทธภาพให้การรับประกันหนึ่งร้อยเปอร์เซ็นต์ว่าดวงอาทิตย์จะกลายเป็นหลุมดำหากรัศมีของมันลดลงเหลือ 3 กม. หลุมดำที่มีมวล 10 ดวงอาทิตย์จะมีรัศมี 30 กม., 100 ดวง - 300 กม. และ 1,000 ดวง - 3000 กม. ทุกอย่างง่ายมาก!

บุคคลที่ปราศจากความคิดเชิงวิพากษ์สามารถเชื่อในตัวเลขเหล่านี้ได้ จะดีกว่าที่เขาจะไม่ทำวิทยาศาสตร์ สูตรสำหรับรัศมีของหลุมดำได้มาจาก Karl Schwarzschild ไม่กี่เดือนหลังจากที่ Einstein เผยแพร่สมการความโน้มถ่วงของเขา ยังไม่มีใครพิสูจน์เรื่องนั้น ไร้น้ำหนัก โฟตอนจะถูกเบี่ยงเบนไปในสนาม ความโน้มถ่วง - ตำแหน่งนั้นไร้สาระ - และนักสัมพัทธภาพได้หาสูตรมาแล้วสำหรับรัศมีของหลุมดำถ้ามันหมุนมีสนามแม่เหล็กและประจุไฟฟ้าจะ "ละเลง" บนพื้นผิวของมันอย่างสม่ำเสมอ

และแม้ว่าจะไม่มีใครรู้ว่าทำไมความเร็วเชิงมุมของการหมุนของดวงอาทิตย์ใกล้เส้นศูนย์สูตรและใกล้ขั้วต่างกันมาก แต่มีการกระจายอย่างไร ประจุไฟฟ้า และสนามแม่เหล็กบนพื้นผิวของดาวสมุทรซึ่งส่งผลต่อลักษณะของจุดด่างดำและความโดดเด่น แต่นักสัมพัทธภาพที่เป็นที่นิยมก็ไม่เสียเวลาไปเปล่า ๆ พวกเขาได้ตีพิมพ์หนังสือภาพที่บ้าคลั่งของพวกเขาไปแล้วหลายล้านเล่มซึ่งพวกเขาบอกกับชายหนุ่มที่ไร้เดียงสาโดยละเอียดว่านักบินอวกาศวาสยาจะเห็นอะไรเมื่อเขาเริ่มตกลงไปในหลุมดำ

อ่านหนังสือของ William J. Kaufman "The Cosmic Frontiers of the Theory of Relativity" แล้วคุณจะแปลกใจว่าคุณคิดเรื่องไร้สาระได้มากแค่ไหนโดยเริ่มจากข้อเท็จจริงเล็กน้อยเรื่องความเท่าเทียมกันของมวลเฉื่อยและแรงโน้มถ่วง ในข้อความน้ำคุณสามารถอ่านลักษณะวลีของจักรวาลวิทยาเชิงสัมพัทธภาพ: "หนังสือเล่มนี้เขียนขึ้นเมื่อ 25 ปีที่แล้วซึ่งในเวลานั้นทฤษฎีหลุมดำก้าวหน้าในการพัฒนาไปยังระยะทางดังกล่าวซึ่งการทดลองจะไม่สามารถ" เข้าถึง "เร็ว ๆ นี้" ผู้เขียนบรรทัดเหล่านี้ไม่ทราบว่าไม่มีวิทยาศาสตร์ใดอยู่นอกการทดลองได้

หลุมดำเป็นภาพหลอนที่ แต่เดิมเกิดขึ้นจากตำแหน่งที่เข้าใจได้อย่างสมบูรณ์: ถ้ามวลความโน้มถ่วงโค้งงอรังสีของแสงจะมีสนามโน้มถ่วงของแรงดังกล่าวที่รังสีปิดอยู่บนพื้นผิวของร่างกายที่สร้างสนามนี้ . ดังที่ได้กล่าวไปแล้วในปีพ. ศ. 2462 ผลของสุริยุปราคาถูกปลอมแปลงซึ่งนักสัมพัทธภาพเชื่อ จากนั้นเราไป ...

ในตอนแรกมีการมองหาหลุมดำในส่วนต่างๆของท้องฟ้ายามค่ำคืนซึ่งมองไม่เห็นดวงดาว แต่ในระหว่างการปรับปรุงเทคนิคการสังเกตดวงดาวนั้นแทบจะไม่มีสถานที่แบบนี้บนท้องฟ้าเลย จากนั้นนักสัมพัทธภาพจึงตัดสินใจว่าหลุมดำแฝงตัวอยู่ในใจกลางกาแลคซี เนื่องจากรังสีคอสมิกที่ทรงพลังแผ่ออกมาจากจุดศูนย์กลางเหล่านี้พวกเขาตรงกันข้ามกับคำจำกัดความดั้งเดิมจึงเริ่มยืนยันว่ารังสีนี้เป็นพยานอย่างแม่นยำถึงการปรากฏตัวของหลุมดำในสถานที่เหล่านั้น นอกจากนี้วิวัฒนาการของดาวธรรมดาจะจบลงด้วยหลุมดำเมื่อผ่านระยะของดาวแคระขาวและดาวนิวตรอน (รายละเอียด)

แต่ขอให้เราปล่อยให้นักสัมพัทธภาพที่รุ่งโรจน์อยู่ตามลำพังกับหลุมดำของพวกเขาและกลับไปที่ประวัติศาสตร์ของศาสตร์แห่งกระแสน้ำ ในความเป็นจริงหนังสือทั้งเล่มของ Karman อุทิศให้กับการวิเคราะห์โครงสร้างทางวิศวกรรมที่มีอิทธิพลต่อการก่อตัวของทฤษฎีอากาศพลศาสตร์ ด้านล่างนี้เป็นข้อความหลายตอนจากหัวข้อนี้

“ ในรายชื่อนักทดลองวิศวกรและนักฟิสิกส์จำนวนมาก” คาร์แมนเขียน“ เราจะพบชื่อของนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงหลายคน Edm Marriott (1620 - 1684) วัดแรงที่กระทำบนแผ่นเรียบที่แช่อยู่ในกระแสน้ำ การทดลองของ Jean Charles de Borda (1773-1799) รวมร่างของรูปทรงต่างๆ เขาตั้งศพในน้ำโดยใช้แขนหมุนซึ่งเรียกว่าการติดตั้งแบบหมุน วิธีนี้เคยใช้โดย Benjamin Robins (1707 - 1751) ซึ่งทำการทดลองในอากาศ ...

เมื่อวัดความต้านทานของร่างกายซึ่งใช้การดึงเส้นตรงในของเหลวใช้วิธีการทดลองหลายวิธี Jean Leron D'Alembert (1717 - 1783), Antoine Condorcet (1743 - 1794) และ Charles Bossu (1730 - 1814) ลากเรือจำลองในน้ำนิ่ง นี่อาจเป็นแอปพลิเคชั่นแรกของวิธีการลากพูล ตู้รถไฟถูกนำมาใช้ในการเคลื่อนย้ายแบบจำลองเป็นเส้นตรงผ่านอากาศและรถยนต์รุ่นต่อมา อย่างไรก็ตามวิธีนี้ไม่ถูกต้องมากนัก ประการแรกสามารถใช้ได้เฉพาะในกรณีที่ไม่มีลมและประการที่สองการคำนวณผลกระทบของด้านล่างเป็นเรื่องยากมาก

อีกวิธีหนึ่งในการสร้างการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงคือการตกลงไปในอากาศอย่างอิสระ นิวตันเองสังเกตเห็นทรงกลมที่ตกลงมาจากโดมของมหาวิหารเซนต์พอล วิธีนี้ถูกนำมาใช้โดยนักวิจัยหลายคน การทดลองที่น่าทึ่งได้ดำเนินการในช่วงปลายศตวรรษที่สิบเก้าและต้นศตวรรษที่ยี่สิบโดย Alexander Gustave Eiffel (พ.ศ. 2375 - 2466)

วิธีที่ดีที่สุดในการวัดความต้านทานอากาศคือการวางแบบจำลองในกระแสอากาศเทียมเช่นวิธีอุโมงค์ลม บุคคลแรกที่สร้างการติดตั้งดังกล่าวคือฟรานซิสเฮอร์เบิร์ตเวนแฮม (พ.ศ. 2367 - 2451) ซึ่งเป็นสมาชิกผู้ก่อตั้งของสมาคมการบินแห่งบริเตนใหญ่ซึ่งเป็นผู้พัฒนาอุโมงค์ลมสำหรับสมาคมนี้ในปี พ.ศ. 2414 ในปีพ. ศ. 2427 Horatio Phillips ชาวอังกฤษอีกคนหนึ่งได้สร้างอุโมงค์ลมที่ปรับปรุงใหม่ อุโมงค์ลมเล็ก ๆ อีกหลายแห่งถูกสร้างขึ้นหลังจากนั้น ตัวอย่างเช่นในปีพ. ศ. 2434 Nikolai Yegorovich Zhukovsky (1847-1921) ที่มหาวิทยาลัยมอสโกได้สร้างท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสองฟุต

ในช่วงทศวรรษแรกของศตวรรษนี้มีการสร้างอุโมงค์ลมในเกือบทุกประเทศ ในบรรดาผู้สร้าง ได้แก่ Stanton และ Maxim ในอังกฤษ Rato และ Eiffel ในฝรั่งเศส Prandtl ในเยอรมนี Crocco ในอิตาลี Zhukovsky และ Ryabushinsky ในรัสเซีย เมื่อเทียบกับปล่องไฟขนาดใหญ่ในปัจจุบันการติดตั้งเหล่านี้ค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัว ตัวอย่างเช่นไม่มีอุโมงค์ลมใดที่สร้างขึ้นก่อนปีพ. ศ. 2453 ที่มีกำลังมากกว่า 100 แรงม้า ปัจจุบันอุโมงค์ลมแห่งหนึ่งในเทือกเขาแอลป์ฝรั่งเศสใช้พลังไฮดรอลิกสูงถึง 120,000 แรงม้า "

คาร์แมนยังกล่าวถึงข้อดีของ Charles Renard (1847 - 1905), Etienne Jules Mare (1830 - 1904), พี่น้อง Otto (1848 - 1896) และ Gustav (1849-1933) Liliental, Alphonse Penot (1850 - 1880), Samuel P . แลงลีย์ (พ.ศ. 2377 - 2449), ชาร์ลส์เอ็ม. แมนลีย์ (พ.ศ. 2419 - 2470) และเซบาสเตียนฟินสเตอร์วอลเดอร์ (พ.ศ. 2405 - 2494) ในแง่ทฤษฎีได้มีการสร้างพื้นฐานที่สำคัญด้วยเช่นกัน ในเรื่องนี้มีความจำเป็นที่จะต้องสังเกตก่อนอื่นงานของ Daniel Bernoulli ในปี 1738 "Hydrodynamics หรือความคิดเห็นเกี่ยวกับกองกำลังและการเคลื่อนที่ของของเหลว" ตามกฎการอนุรักษ์พลังชีวิต (พลังงานจลน์) เขาสร้างความสัมพันธ์ระหว่างความดันระดับและความเร็วของการเคลื่อนที่ของของเหลว ใน "ตำราว่าด้วยสมดุลและการเคลื่อนที่ของของเหลว" (1744) และโดยเฉพาะอย่างยิ่งใน "โครงร่างทฤษฎีใหม่ของการต่อต้านของไหล" (1752) D'Alembert ได้ข้อสรุปที่ขัดแย้งกัน คาร์แมนในหัวข้อ "กลศาสตร์ทางคณิตศาสตร์ของของเหลว" ได้อธิบายความขัดแย้งนี้ไว้ดังนี้

“ หลังจากการตีพิมพ์ทฤษฎีของนิวตันนักคณิตศาสตร์ตระหนักถึงข้อบกพร่องของวิธีการของเขา พวกเขาตระหนักว่าปัญหาไม่ง่ายอย่างที่นิวตันคิด เราไม่สามารถแทนที่ปัจจุบันได้ ขนาน การเคลื่อนไหวตามที่นิวตันพยายามทำโดยประมาณ (รูปที่ 5) บุคคลแรกที่พัฒนาสิ่งที่เราอาจเรียกว่าทฤษฎีแรงต้านอากาศที่ถูกต้องคือ D'Alembert นักคณิตศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่และเป็นหนึ่งในสารานุกรมของฝรั่งเศส เขาตีพิมพ์การค้นพบของเขาในหนังสือชื่อ บทความเกี่ยวกับทฤษฎีใหม่ของการต้านทานของไหล... แม้ว่าเขาจะมีส่วนร่วมอย่างมีนัยสำคัญต่อทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ของของเหลว แต่เขาก็ได้รับผลลบ เขาจบลงด้วยผลลัพธ์ต่อไปนี้:

ฉันยอมรับว่าในกรณีนี้ฉันไม่เห็นว่าความต้านทานของของเหลวจะอธิบายได้อย่างน่าพอใจด้วยความช่วยเหลือของทฤษฎีอย่างไร ในทางตรงกันข้ามสำหรับฉันแล้วดูเหมือนว่าทฤษฎีนี้ซึ่งพิจารณาและศึกษาด้วยความสนใจอย่างลึกซึ้งอย่างน้อยก็ในกรณีส่วนใหญ่ความต้านทานเป็นศูนย์อย่างแน่นอน ความขัดแย้งที่ไม่ธรรมดาซึ่งฉันทิ้งไว้เพื่ออธิบายกับรูปทรงเรขาคณิต

คำสั่งนี้ - ยังคง Karman - ตอนนี้เราเรียก d'Alembert paradox... หมายความว่าทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ล้วนนำไปสู่ข้อสรุป: ถ้าเราเคลื่อนร่างกายไปในอากาศและละเลยแรงเสียดทานร่างกายก็จะไม่พบกับความต้านทาน เห็นได้ชัดว่าผลลัพธ์นี้ไม่สามารถให้ความช่วยเหลืออย่างมีนัยสำคัญแก่ผู้สร้างผู้ประกอบวิชาชีพได้

ภาพนักฟิสิกส์ (จากซ้ายไปขวา):
John William Strett (Lord Rayleigh), Hermann von Helmholtz และ Gustav Kirchhoff

ในศตวรรษต่อมา Helmholtz, Gustav Kirchhoff (1824-1887) และ John William Strett, Lord Rayleigh (1842-1919) ได้พัฒนาทฤษฎีที่พวกเขาเชื่อว่าจะช่วยให้เราสามารถหลีกเลี่ยงการสืบทอดของ d'Alembert ได้ ทฤษฎีนี้อธิบายการเคลื่อนที่ของแผ่นเอียงด้วยวิธีพิเศษโดยสมมติว่าพื้นผิวแตกหักเกิดขึ้นที่ขอบแต่ละด้านของจานเพื่อให้แผ่นตามด้วย ปลุกประกอบด้วย "อากาศนิ่ง" และขยายไปจนไม่มีที่สิ้นสุดหลังแผ่น (รูปที่ 6) สมมติฐานนี้ช่วยให้สามารถคำนวณแรงที่ไม่เป็นศูนย์ที่กระทำบนแผ่นเปลือกโลกได้แม้ในกรณีของของไหลที่ไม่ได้ล่องหน " ในรูป 6 แสดงระนาบเอียงของปีกและไอพ่นอากาศที่เป่าใต้ปีกและไหลไปรอบ ๆ ปีกจากด้านบนและด้านล่างเพื่อให้เกิด "เขตอากาศนิ่ง" เหนือระนาบปีก

รูปที่. 6... เครื่องบินไอพ่นใกล้เครื่องบินปีก
ตามทฤษฎีของ Rayleigh ซึ่งบางอย่าง
ผลงานของ Helmholtz และ Kirchhoff

เพิ่มข้อความต่อไปนี้ด้านบน:

ในตำรา "Hydrodynamics" (1738) D. Bernoulli ตามกฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์กำลังคนได้สร้างความเชื่อมโยงระหว่าง ความดัน, ระดับ และ ความเร็วในการเคลื่อนที่ ของเหลว ห้าปีต่อมา J. D'Alembert ใน "Treatise on Dynamics" เป็นคนแรกที่กำหนดกฎทั่วไปสำหรับการรวบรวมสมการเชิงอนุพันธ์ของการเคลื่อนที่ของระบบวัสดุใด ๆ เขาใช้หลักการเดียวกันนี้เพื่อพิสูจน์อุทกพลศาสตร์ในบทความของเขา "วาทกรรมเรื่องสาเหตุทั่วไปของลม"

L. ออยเลอร์ในตำราของเขา "หลักการทั่วไปของการเคลื่อนที่ของของไหล" (1755) เป็นคนแรกที่ได้รับระบบสมการสำหรับการเคลื่อนที่ของของไหลในอุดมคติ ตำรานี้วางรากฐานสำหรับกลศาสตร์การวิเคราะห์ของสื่อต่อเนื่อง เขายังนำแนวคิด ศักยภาพความเร็ว... วิธีการของ Euler และ d'Alembert ได้รับการปรับปรุงโดย Lagrange Lagrange (1781) พบเงื่อนไขแบบไดนามิกการเติมเต็มซึ่งนำไปสู่การดำรงอยู่ของการเคลื่อนที่ที่ไม่มีกระแสน้ำวนที่มีศักยภาพความเร็ว Lagrange ยอมรับว่ากระแสน้ำวนไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในของเหลวที่ปราศจากความหนืดหากไม่ได้อยู่ในนั้นตั้งแต่แรก หากมีกระแสน้ำวนก็ไม่สามารถทำลายได้

ในปีพ. ศ. 2358 Cauchy ได้พิสูจน์ทฤษฎีบทของ Lagrange อย่างเข้มงวด การพัฒนาวิธีการแก้สมการการเคลื่อนที่ของออยเลอร์ของของไหลในอุดมคติเป็นลักษณะของอุทกศาสตร์ของสิ่งแรก ครึ่งหนึ่งของ XIX ศตวรรษ. การปรากฏตัวของอุทกพลศาสตร์ของของเหลวหนืดย้อนกลับไปในเวลาเดียวกัน ในปีพ. ศ. 2401 งานของเฮล์มโฮลทซ์ "ในปริพันธ์ของสมการของอุทกพลศาสตร์ที่สอดคล้องกับการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำวน" ได้รับการตีพิมพ์ซึ่ง รากฐานของทฤษฎีกระแสน้ำวน... การศึกษานี้เป็นความสำเร็จที่ใหญ่ที่สุดในพลศาสตร์ของไหลนับตั้งแต่สมัยของออยเลอร์และลากรองจ์

นวัตกรรมที่แนะนำโดย Helmholtz มีอธิบายไว้ในส่วนต่างๆ เฮล์มโฮลทซ์ ส่วนที่ 1 , ส่วนที่ 2 , ส่วนที่ 3 .

กราฟ (รูปที่ 7) แสดงเส้นโค้งสามเส้นที่สอดคล้องกับทฤษฎีอากาศพลศาสตร์ 3 ทฤษฎี: 1 - นิวตัน 2 - เรย์ลีห์และ 3 - คาร์แมน ผู้เขียนหนังสือเรียกโค้งสุดท้ายว่า "ทฤษฎีการยกสมัยใหม่" หรือทฤษฎีที่สอดคล้องกัน การไหลเวียน... abscissa คือมุมของการโจมตีเช่น มุมเอียงของระนาบปีก การกำหนดคือแรงเพื่อความสะดวกแสดงในหน่วยของρ ยู ² ลโดยที่ρคือความหนาแน่นของของเหลว ยู - ความเร็วของการไหลสัมพัทธ์และ ล คือความกว้างของระนาบปีก

รูปที่. 7... สามโค้งสำหรับลิฟท์
สอดคล้องกับทฤษฎีของ Newton, Rayleigh และ Karman

จากมุมมองเชิงปริมาณทฤษฎีของ Rayleigh และสองรุ่นก่อนที่น่าทึ่งของเขา - Helmholtz และ Kirchhoff - ตอบ สถานการณ์จริง น้อยกว่าทฤษฎีของนิวตันด้วยซ้ำ อย่างไรก็ตามมันคำนึงถึงผลการทดลองที่บันทึกไว้ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเกิดขึ้นของโซนพิเศษเหนือปีก นอกจากนี้เธอเอาชนะความขัดแย้งของ d'Alembert ขอให้เราจำไว้ว่าตามความขัดแย้งนี้ปรากฎว่าร่างกายที่เคลื่อนไหวอย่างสม่ำเสมอในกระแสอุดมคติไม่ได้รับการต่อต้านใด ๆ สื่อในอุดมคติถูกเข้าใจว่าเป็นสื่อ "ทางคณิตศาสตร์" ที่มีความสอดคล้องของก๊าซหรือของเหลวโดยไม่มีความหนืด ปัญหาในศตวรรษที่ 18 นี้ทำให้นักทฤษฎีในศตวรรษที่ 19 งงงันซึ่งยังไม่สามารถแก้ปัญหาได้

ดังนั้นเราจึงทำซ้ำตามทฤษฎีของนิวตันระนาบปีก "ตัด" ไอพ่นที่เคลื่อนที่ด้วยขอบของมันซึ่งทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนอย่างมีนัยสำคัญกับการทดลอง ตามทฤษฎีของ d'Alembert ผู้ซึ่งถือว่าร่างกายมีความคล่องตัวอย่างแท้จริงเช่น "ปลาเทราท์" ของ Cayleigh (รูปที่ 4) การไหลไม่เคยถูกขัดจังหวะทุกที่ซึ่งไม่ได้ทำเพื่อปีกแบน ตามทฤษฎีของ Rayleigh การ "แยก" ของการไหลจากปีกที่เคลื่อนที่นั้นถูกจินตนาการไว้ แต่ผลลัพธ์ของมันก็ผิดพลาดเช่นกัน: การลากและยกที่คำนวณโดยมันไม่สอดคล้องกับข้อมูลการทดลอง อากาศพลศาสตร์ที่เพียงพอเกิดขึ้นเฉพาะในศตวรรษที่ 20 เมื่อนักทฤษฎีและผู้ปฏิบัติงานเริ่มทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิด Theodor von Karman เป็นนักวิจัยที่น่าทึ่งซึ่งรวมความสามารถของนักทฤษฎีที่มีความคิดและผู้ปฏิบัติงานที่ช่างสังเกต

จนถึงขณะนี้เราได้พูดถึงความแตกต่างระหว่างทฤษฎีและการทดลองในกรอบการแก้ปัญหาการเคลื่อนที่ของเครื่องบิน แต่ Rayleigh คนเดียวกันในปีพ. ศ. 2421 ได้ตีพิมพ์บทความที่มีการพิจารณาว่าในแวบแรกไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการสร้างเครื่องบิน กรณีที่พิจารณาในคดีนี้ได้หักล้างข้อสรุปที่ขัดแย้งกันอีกครั้งซึ่งวาดโดย D'Alembert เมื่อกว่าร้อยปีก่อน Rayleigh ยอมรับว่าถ้ากระบอกสูบถูกล้างโดยการไหลในแนวนอน (รูปที่ 8a) ตามหลักการแล้วบรรพบุรุษชาวฝรั่งเศสของเขาก็ถูกต้อง หากในกรณีนี้กระบอกสูบถูกบังคับให้หมุนแล้วจะมีแรงเพิ่มเติมเกิดขึ้นตั้งฉากกับการไหลซึ่งบังคับให้กระบอกสูบเบี่ยงเบนขึ้น (รูปที่ 8b)

แรงที่ตั้งฉากกับการไหลมาจากไหน? ที่จุดบน A ความเร็วของการไหลเวียนของกระบอกสูบจะถูกเพิ่มเข้ากับความเร็วของการไหลในแนวนอนดังนั้นพื้นผิวของกระบอกสูบจึงออกแรงน้อยกว่า ความต้านทาน ไหลหรือเร่งมากยิ่งขึ้น ที่จุดต่ำสุด B การลบของความเร็วจะเกิดขึ้นซึ่งเทียบเท่ากับการเพิ่มขึ้นของ ความต้านทาน... กระบอกสูบจะเป็นไปตามเส้นทางที่มีความต้านทานต่อการไหลน้อยที่สุดซึ่งจะอยู่ด้านบนของกระบอกสูบ Daniel Bernoulli (1700 - 1782) ได้พิสูจน์ทฤษฎีบทสำหรับของเหลวที่ไม่สามารถบีบอัดได้ในอุดมคติ: ยิ่งอัตราการไหลสูงความดันในนั้นก็จะยิ่งลดลงและในทางกลับกัน

ดังนั้นการทดลองของ Rayleigh จึงเกี่ยวข้องกับมูลค่าอย่างชัดเจน คลัตช์ ไหลด้วยพื้นผิวทรงกระบอกที่แข็งซึ่งอาจมีลักษณะตามคำศัพท์ แรงเสียดทาน... เมื่อถึงจุด A แรงเสียดทานจะน้อยที่สุดที่จุด B จะมีค่าสูงสุด ปริมาณของแรงเสียดทานการยึดติดหรือความต้านทานกระทำต่อกระบอกสูบเพื่อให้ใกล้จุด A ความดัน การไหลบนพื้นผิวทรงกระบอกมีค่าน้อยกว่าในบริเวณใกล้เคียงกับจุด B โซนอากาศนิ่งแสดงในรูปที่ 6 และแนวคิด ยกสัดส่วนกับความแตกต่างของความดันด้านบนและด้านล่างของระนาบปีก ในขั้นต้นดังที่เราทราบแนวคิดเหล่านี้ไม่เกี่ยวข้องกับ การไหลเวียนแนะนำโดย Rayleigh

รูปที่. 9... โครงปีกโค้ง
วิเคราะห์โดย Horatio Phillips

ในตอนท้ายของศตวรรษฮอเรซฟิลลิปส์ได้รับการยอมรับในเชิงประจักษ์ด้วยความช่วยเหลือของอุโมงค์ลมที่ลิฟต์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดได้รับการพัฒนาโดยปีกที่มีพื้นผิวนูนดังแสดงในรูปที่ 9 และจุดหน้าและหลังของปีกควรอยู่ในระดับเดียวกันถ้าเป็นไปได้คือ ที่มุมของการโจมตีเป็นศูนย์

รูปที่. สิบ... แบบจำลองเครื่องบินที่เสนอโดย Alphonse Penot

ข้อสรุปของฟิลลิปส์ยังได้รับการยืนยันโดยเฮอร์มันน์ฟอนเฮล์มโฮลทซ์ผู้ศึกษาโครงสร้างของปีกนกและอ็อตโตลิเลียนทาลผู้ทดลองปีกเครื่องร่อน เพื่อให้เครื่องบินมีเสถียรภาพมากขึ้น Alphonse Penot พร้อมกับปีกที่มีรูปร่างที่เหมาะสมที่สุดจึงติดชุดหางเข้ากับลำตัวของแบบจำลองของเขาและวางใบพัดไว้ที่หาง (รูปที่ 10)

คนแรกที่รับรู้อย่างชัดเจนถึงความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดระหว่างการไหลเวียนและการยกคือวิศวกรชาวอังกฤษ Frederick W. Lanchester (1878-1946) ผู้ออกแบบและสร้างเครื่องยนต์รถยนต์ ในปีพ. ศ. 2442 เขากลายเป็นผู้จัดการของ บริษัท รถยนต์นั่งส่วนบุคคล แต่ด้วยความเป็นคนที่มีความสามารถหลากหลายในปีพ. ศ. 2437 เขาเริ่มพัฒนาทฤษฎีการหมุนเวียนและในปีพ. ศ. 2450 และ พ.ศ. 2451 ตีพิมพ์หนังสือสองเล่มของเขาในหัวข้อนี้

เขามีความคิด - เขียนคาร์แมน - ว่าถ้าปีกผ่านการเคลื่อนไหวของมันทำให้เกิดการไหลเวียนรอบตัวเองซึ่งเขาเรียกว่า "การเคลื่อนที่รอบนอก" ในกรณีนี้มันควรจะทำตัวเหมือนกระแสน้ำวนนั่นคือกระตุ้น สนามการไหลเช่นเดียวกับองค์ประกอบกระแสน้ำวนซึ่งกำหนดโดยความยาวของการแกว่งจะทำ ดังนั้นเขาจึงเปลี่ยนปีก กระแสน้ำวนที่แนบมา; "แนบ" หมายความว่ามันไม่สามารถลอยในอากาศได้อย่างอิสระเหมือนควันไฟ แต่เคลื่อนที่ด้วยปีก แกนกลางของมันคือปีกนั่นเอง อย่างไรก็ตามตามทฤษฎีบทของเฮล์มโฮลทซ์กระแสน้ำวนไม่สามารถเริ่มต้นหรือสิ้นสุดในอากาศได้ต้องสิ้นสุดที่ผนังหรือเป็นวงปิด ดังนั้น Lanchester จึงได้ข้อสรุปว่าหากกระแสน้ำวนที่แนบมาสิ้นสุดที่ปลายปีกจะต้องมีความต่อเนื่องและความต่อเนื่องนี้จะต้องเป็น กระแสน้ำวนฟรี, "ฟรี" เพราะมันไม่ได้ถูก จำกัด ไว้ที่ปีกอีกต่อไป ดังนั้นปีกสามารถถูกแทนที่ด้วยระบบน้ำวนซึ่งประกอบด้วยกระแสน้ำวนที่แนบมาซึ่งเคลื่อนที่ไปกับปีกและกระแสน้ำวนอิสระที่เกิดขึ้นที่ปลายปีกและขยายไปตามกระแส Lanchester ตระหนักถึงข้อเท็จจริงพื้นฐานนี้ในรูปแบบดังที่แสดงในภาพร่างของระบบกระแสน้ำวนซึ่งทำซ้ำในรูปที่ สิบเอ็ด.

รูปที่. สิบเอ็ด... Lanchester เป็นตัวแทนของระบบน้ำวนรอบปีก

อย่างไรก็ตามการแข่งขันชิงแชมป์ของ Lanchester อาจถูกท้าทายโดยวิศวกรชาวรัสเซีย Nikolai Yegorovich Zhukovsky ระหว่างปี 1902 ถึง 1909 โดยเป็นอิสระจาก Lanchester เขาได้พัฒนาทฤษฎีการยก

Zhukovsky พิสูจน์แล้วว่าถ้าร่างกายทรงกระบอกที่มีส่วนตัดขวางโดยพลการเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว ยู ในของเหลวซึ่งมีความหนาแน่นρและรอบ ๆ มีการหมุนเวียนของปริมาณ งจากนั้นแรงจะถูกสร้างขึ้นเท่ากับผลคูณρ UГ ต่อหน่วยความยาวกระบอกสูบ ทิศทางของแรงตั้งฉากเป็นความเร็ว ยูและแกนของกระบอกสูบ

ดังนั้นเราสามารถอธิบายปรากฏการณ์ของการยกได้หากมีการไหลเวียนรอบร่างกายจริงๆ สำหรับผู้อ่านที่ชอบคิดในแง่คณิตศาสตร์หรือเรขาคณิตฉันสังเกตว่าเขาสามารถสรุปความหมายของการหมุนเวียนโดยการหาค่าเฉลี่ยขององค์ประกอบความเร็วสัมผัสตามเส้นโค้งปิดโดยพลการรอบ ๆ ร่างกายแล้วคูณด้วยความยาวส่วนโค้งของเส้นโค้งนั้น . หากการไหลเป็นแบบหมุนวนแสดงว่าผลิตภัณฑ์นี้มีค่าเท่ากันไม่ว่าจะเลือกเส้นโค้งใดก็ตาม ดังนั้นเราจึงมีคำจำกัดความทั่วไปของการไหลเวียนโดยทั่วไปบนพื้นฐานของการไหลเวียนที่มีความคล่องตัวแบบวงกลม ถ้าเราใช้เส้นโค้งปิดที่ไม่ครอบคลุมร่างกาย แต่ล้อมรอบของเหลวเท่านั้นการไหลเวียนรอบเส้นโค้งจะเป็นศูนย์

ฉันยังไม่จบบทความ ดูบทความที่เกี่ยวข้อง:

• Z. Zeitlin... ทฤษฎีกระแสน้ำวนการพัฒนาและความสำคัญ
• Z. Zeitlin... ทฤษฎีกระแสน้ำวนของการเคลื่อนที่ด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า - 235
• กระแสน้ำวนจักรวาล (อีเธอร์ตอนที่ 5)

1. กระเป๋าต. ฟอน. อากาศพลศาสตร์. หัวข้อที่เลือกในพัฒนาการทางประวัติศาสตร์ - อิเชฟสค์, 2544
2. Lebedinsky A.V. , Frankfurt U.I. , Frank A.M. เฮล์มโฮลทซ์ (พ.ศ. 2364 - พ.ศ. 2437) - ม.: Nauka, 2509

กระแสน้ำวนหลายด้าน

Swirls เป็นหนึ่งในรูปแบบหลักของการเคลื่อนที่ของไหล โครงสร้างและขนาดของพวกมันแตกต่างกันอย่างน่าประหลาดใจ กระแสน้ำวนเกิดขึ้นในโครงสร้างทางเทคนิคอุปกรณ์กลไกเช่นเดียวกับในแม่น้ำกระแสน้ำในมหาสมุทรกระแสบรรยากาศ ... พวกเขาสามารถเป็นตัวช่วยของเราได้เช่นเมื่อสร้างแรงผลักดันของเครื่องบิน แต่ก็สามารถเป็นศัตรูได้เช่นกัน สร้างปรากฏการณ์การทำลายล้างที่มีอานุภาพมหาศาลเช่นพายุเฮอริเคนและพายุทอร์นาโด กระแสน้ำวนมีคุณสมบัติเฉพาะตัวมากมาย ...

พจนานุกรมอธิบายภาษารัสเซียอันยิ่งใหญ่ของดาห์ลให้คำพ้องความหมายมากมายของคำว่า "ลมบ้าหมู" ที่พูดสำหรับตัวเอง: วงกลมเกลียวกังหันลมเสาลมแม้กระทั่งงานแต่งงาน ... แต่สำหรับผู้อยู่อาศัยในเมืองสมัยใหม่ การเคลื่อนไหวของกระแสน้ำวนที่คุ้นเคยส่วนใหญ่น่าจะเป็นอ่างน้ำวนที่เกิดขึ้นเมื่อน้ำไหลออกจากอ่าง

บางครั้งสามารถสังเกตเห็นเส้นทางกระแสน้ำวนบนท้องฟ้า - ตามเครื่องบินเจ็ทที่บินได้ กระแสน้ำวนเกิดขึ้นเมื่อกระแสอากาศไหลรอบปีกเครื่องบิน นอกจากนี้เครื่องบินไอพ่นจากเครื่องยนต์เจ็ทของเครื่องบินกระแสน้ำลำตัว (เกิดขึ้นที่จุดเชื่อมต่อของปีกกับลำตัว) พร้อมกับชั้นอากาศเฉือนที่ไม่เสถียรที่เรียกว่าด้านหลังปีกหมุนวนเป็นกระแสน้ำวนที่ค่อนข้างทรงพลัง ตัวอย่างเช่นหลังเครื่องบินเกษตรที่บินในระดับความสูงต่ำและพ่นยาฆ่าแมลงผ่านอุปกรณ์ใต้ปีกซึ่งทำหน้าที่เป็น "เครื่องหมาย" ของการเคลื่อนไหวของกระแสน้ำวน

รอยเท้าบนท้องฟ้า

ในการปลุกกระแสน้ำวนเกิดขึ้นเมื่อการไหลของอากาศรอบ ๆ ปีกเครื่องบินมักจะมีโครงสร้างของกระแสน้ำวนที่มีรูปร่างผิดปกติโดยมีกระแสน้ำวนขนาดเล็กจำนวนมากที่มีแกนในทิศทางของการบิน ความก้าวหน้าดังกล่าวสามารถเห็นได้ในภาพที่ถ่ายด้วยเลเซอร์ของปีกเครื่องบิน

กระแสน้ำวนท้ายเครื่องบินจะมองเห็นได้เนื่องจากก๊าซไอเสียของเครื่องยนต์เจ็ทเมื่อบินด้วยความเร็วสูง เมื่อเชื้อเพลิงการบิน (น้ำมันก๊าด) เผาไหม้ในเครื่องยนต์จะเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไอน้ำไนโตรเจนออกไซด์และเขม่า ที่ระดับความสูงเหล่านั้นที่เครื่องบินบินอุณหภูมิจะต่ำดังนั้นไอน้ำจึงควบแน่นกับอนุภาคกลายเป็น microdroplets หรือ microcrystals อันเป็นผลมาจากกระบวนการทางกายภาพต่างๆ (การแช่แข็งการระเหยการระเหิด) ส่วนหลังถูกดึงเข้าไปในกระแสน้ำวนปลายอันเป็นผลมาจากการที่ "ขนนก" สีขาวเกาะเป็นแนวยาวปรากฏอยู่ด้านหลังเครื่องบินซึ่งมักจะมองเห็นได้ในท้องฟ้าที่ปลอดโปร่ง

รอยเท้าดังกล่าวจะอยู่ได้นานเพียงใดขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ได้แก่ อุณหภูมิทิศทางลมและความชื้นในอากาศเป็นหลัก บางครั้งขนนกก็สลายไปหลังจากนั้นไม่กี่นาทีในบางกรณี "ชีวิต" ของมันจะถึงหลายชั่วโมง นอกจากนี้ยังสังเกตเห็นว่าภายใต้เงื่อนไขบางประการเส้นทางการควบแน่นจะสลายตัวเป็นโครงสร้างเช่นวงแหวนกระแสน้ำ

ปรากฏการณ์นี้มักเรียกว่า ความไม่แน่นอนของอีกา ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน S.K.Crow ซึ่งในปี 1970 เป็นครั้งแรกให้คำอธิบายเชิงวิเคราะห์เกี่ยวกับขั้นตอนเริ่มต้นของกระบวนการนี้ โครว์แสดงให้เห็นว่าปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำวนปลายทั้งสองสามารถนำไปสู่การทวีความรุนแรงขึ้นของการรบกวนการกระจัดที่เรียกว่าความยาวคลื่นซึ่งในแนวแกนมักจะมากกว่าระยะเริ่มต้นระหว่างกระแสน้ำวนหลายเท่า ต่อมาในปี 1977 นักวิจัยชาวฝรั่งเศส T. Luke และ S.

กระแสน้ำวน von Karman

กระแสน้ำวนอื่น ๆ สามารถสังเกตได้ในบรรยากาศ ตัวอย่างเช่นการใช้ดาวเทียม Landsat 7 ที่เรียกว่า ถนน Karman vortex - ขนาดใหญ่ทางด้านลมของเกาะ Alexander Selkirk (หมู่เกาะ Juan Fernandez) ซึ่งตั้งอยู่ในมหาสมุทรแปซิฟิกห่างจากชิลีไปทางตะวันตกประมาณ 800 กม.

Theodor von Karman นักวิทยาศาสตร์ชาวฮังการีเป็นคนแรกในปี 2454 ได้ค้นพบการก่อตัวของกระแสน้ำวนพิเศษเมื่อไหลไปรอบ ๆ ทรงกระบอกทรงกลมแกนซึ่งตั้งฉากกับกระแสที่กำลังจะมาถึงและอธิบายถึงเงื่อนไขในการก่อตัวของมัน

ในกรณีของเกาะ Alexander Selkirk ฉันอยากจะสังเกตสองประเด็น ประการแรกลำดับของกระแสน้ำวนที่กำลังจะมาถึงนี้จะไม่ถูกค้นพบโดยไม่ต้องใช้เทคโนโลยีดาวเทียม ประการที่สองเป็นเรื่องที่น่าแปลกใจที่เกาะหินขนาดเล็กเช่นนี้ (พื้นที่ประมาณ 44 กม. ²และบนยอดเขาที่ใหญ่ที่สุดที่มีความสูง 1319 ม. สามารถเข้าถึงกลุ่มเมฆได้อย่างง่ายดาย) กระตุ้นการก่อตัวของเส้นทางน้ำวนขนาดใหญ่ดังกล่าว

ถนนกระแสน้ำวน Karman ยังคงได้รับการศึกษาจนถึงทุกวันนี้เนื่องจากการปล่อยกระแสน้ำวนดังกล่าวเป็นระยะ ๆ มีพลังมากจนอาจทำให้เกิดการสั่น ( เสียงสะท้อน) ในวัตถุต่างๆ การทำลายสะพาน Tacoma-Narrows (รัฐวอชิงตันสหรัฐอเมริกา) โดยพายุหมุนดังกล่าวในปีพ. ศ. 2483 เป็นการยืนยันถึงอันตรายของพวกเขา

ช่องทางน้ำวนสามารถมีการกำหนดค่าที่หลากหลายอย่างไม่น่าเชื่อ เพื่อเป็นการยืนยันเราจะยกตัวอย่างเพียงตัวอย่างเดียวคือการศึกษาโดย G.Erhardt จากสถาบันอากาศพลศาสตร์ของเรา (Aachen, Germany) ในปี 1979 ของโครงสร้างกระแสน้ำวนที่เกิดขึ้นเมื่อการไหลของอากาศผ่านเข้าไปภายในและรอบ ๆ วงแหวนซึ่งตั้งอยู่ที่มุมฉากกับการไหล . กระแสน้ำวนที่ไหลออกมาจากขอบด้านในและด้านนอกของวงแหวนดังกล่าวเป็นวงแหวนวนคู่ซึ่งมีรูปร่างคล้ายกับเมฆที่อยู่ทางด้านลมของเกาะ Alexander Selkirk เห็นได้ชัดว่าขนาดของวงแหวนที่วัดเป็นเซนติเมตรไม่มีผลอย่างแน่นอนต่อการโจมตีของถนนกระแสน้ำวน ดังนั้นจึง "ทำงาน" ในลักษณะเดียวกับเกาะซึ่งมีความยาวหลายกิโลเมตรจากชายฝั่งหนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง

เฮอริเคนนักฆ่า

แม้ว่าพายุทอร์นาโดไซโคลนพายุเฮอริเคนและพายุทอร์นาโดจะไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับหัวข้อการศึกษาของเราอย่างไรก็ตามในขั้นตอนหนึ่งของ "วิวัฒนาการ" พวกเขายังถือได้ว่าเป็นกระแสน้ำวนที่อ่อนแอจนกว่าพวกมันจะได้รับความแข็งแกร่งและพัฒนาเป็นเฮอริเคนนักฆ่าเช่น พวกเขามักอ้างถึงในสหรัฐอเมริกา

เมฆรูปกรวยขนาดเล็กก่อตัวเป็นครั้งคราวทั่วยุโรป - สามารถมองเห็นได้ในภาพของบริการอุตุนิยมวิทยา ช่องทางสามารถลอยขึ้นจากพื้นดินไปยังจุดสูงสุดของกลุ่มเมฆ เมื่อพวกมันเติบโตเป็นพายุเฮอริเคนพลังลมที่อยู่ในตัวมันอาจเกินล้านล้านวัตต์! ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเฮอริเคนนักฆ่าสามารถทำลายล้างพื้นที่กว้างใหญ่เช่นที่เกิดขึ้นในปี 2548 ในสหรัฐอเมริกาที่พายุเฮอริเคนแคทรีนาเข้าท่วมเมืองนิวออร์ลีนส์

สามารถจำลอง Eddies ขนาดเล็กได้ในสภาพห้องปฏิบัติการที่คล้ายกับถนน Karman vortex ที่กล่าวไปแล้ว ดังนั้นในปี 1990 T.Sawada และ T. Luke นักวิทยาศาสตร์ของสถาบันอากาศพลศาสตร์ได้จัดการเพื่อให้ได้กระแสน้ำวนที่อ่อนแอในรูปแบบของโครงสร้างกระแสน้ำวนเริ่มต้นในภาชนะแก้วที่มีหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสเต็มไปด้วยน้ำและเสริมด้วยแผ่นยึด ผนังภาชนะ กระแสน้ำเริ่มต้นได้มาจากการหมุนจานผ่านมุมหนึ่ง เพื่อให้เห็นภาพการไหลสีย้อมหลากสีถูกฉีดลงในน้ำจากขอบด้านหลังของแผ่นในหกทิศทางตามแนวแกน การไหลถูกถ่ายด้วยระนาบส่องสว่างสองลำ - ขนานกันและตั้งฉากกับแกนน้ำวน

ในชุดรูปถ่ายที่ถ่ายในโปรไฟล์ต้องขอบคุณสีย้อมทุกขั้นตอนของต้นกำเนิดการพัฒนาและในที่สุดการทำลายกระแสน้ำวน "บาง" ในตอนแรกเนื่องจากการเคลื่อนที่ตามแนวแกนที่เกิดขึ้นจะมองเห็นได้ชัดเจน การทำลายโครงสร้างการไหลที่อยู่ตรงกลางของกระแสน้ำวนยังเห็นได้ชัดเจนในภาพถ่ายที่ถ่ายด้วย "ใบหน้า" - ในระนาบขนานกับแกนของกระแสน้ำวน ภาพถ่ายเหล่านี้มีความคล้ายคลึงกับภาพพายุเฮอริเคนที่ถ่ายจากดาวเทียมหรือสถานีอวกาศ ในการทดลองชุดที่สองภาชนะถูกหมุน 90 °เพื่อให้แกนของจานอยู่ในตำแหน่งแนวตั้ง ผนังด้านบนของภาชนะถูกถอดออกและทรายควอทซ์ถูกเทลงไปที่ด้านล่าง จากนั้นพวกเขาก็เริ่มศึกษาการก่อตัวของกระแสน้ำวนในชั้นของเหลวเหนือก้นทราย - ในกรณีนี้ทรายมีบทบาทเป็นสีย้อมซึ่งเป็นเครื่องหมายของการเคลื่อนไหวของกระแสน้ำวน

เมื่อจานหมุนกระแสน้ำวนเริ่มต้นก็ปรากฏขึ้นในน้ำเช่นเดียวกับการทดลองก่อนหน้านี้ จากนั้นกระแสน้ำอีกสองแห่งก็ก่อตัวขึ้นซึ่งอ่อนแอกว่าครั้งแรกมาก แม้ว่าทรายซิลิกาจะค่อนข้างหนัก แต่ความดันที่อยู่ตรงกลางของกระแสน้ำก็ลดลงมากจนทรายถูกดูดและยกขึ้นด้านบน ด้วยความเร็วในการหมุนของจานที่ค่อนข้างสูงแกนกลางของกระแสน้ำวนที่ระยะห่างจากด้านล่างยังคงเป็นเส้นตรงในทางปฏิบัติและเหนือมันบิดเป็นเกลียว ในการทดลองครั้งต่อ ๆ ไปมันเป็นไปได้ที่จะแสดงให้เห็นว่าด้วยกระแสน้ำวนที่รุนแรงแกนน้ำวนสามารถปิดเป็นวงกลม

นอกจากนี้ยังพบความผิดปกติที่คล้ายกันของแกนน้ำวนในสภาพธรรมชาติ - ในกรณีของพายุทอร์นาโด ดังนั้น A.B.S.Whipple ในหนังสือ "Hurricane" ของเขาจึงให้ภาพถ่ายชุดหนึ่งที่แสดงพัฒนาการของพายุทอร์นาโดเมื่อวันที่ 6 กรกฎาคม พ.ศ. 2521 ในนอร์ทดาโคตา (สหรัฐอเมริกา) แกนรูปกรวยของพายุทอร์นาโดซึ่งมองเห็นได้เนื่องจากมีไอน้ำอยู่ในนั้นมีรูปร่างเกือบจะเป็นวงกลมดังในการทดลองที่อธิบายไว้ข้างต้น

ฟองและเกลียว

ปรากฏการณ์ที่แกนกลางของกระแสน้ำวนเริ่มเบี่ยงเบนจากเส้นตรงและบิดเป็นเกลียวเรียกว่าการทำลายของกระแสน้ำวนเกลียว นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นในสตรีมประเภทอื่น ๆ เช่นในเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท ตัวอย่างหนึ่งของการไหลของกระแสน้ำวนดังกล่าวคือการไหลแบบหมุนวนในแบบจำลองเครื่องกระจายกังหันที่ศึกษาโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวสวิส แกนกลางของกระแสน้ำวนที่เกิดขึ้นเมื่อดิฟฟิวเซอร์ผ่านจะผิดรูปและอยู่ในรูปของเกลียว

อีกตัวอย่างหนึ่งคือการไหลเวียนในท่อที่มีหน้าตัดผันแปรการแตกตัวของแกนกลางซึ่งเกิดจากการเพิ่มขึ้นของความดันในท่อในทิศทางตามแนวแกน (แกน) ควรสังเกตว่าบรรพบุรุษของการทำลายกระแสน้ำวนเกลียวมักจะเป็นการสลายตัวแบบอื่น - ฟอง นี่คือ "ฟอง" ที่ก่อตัวขึ้นในการไหลของของไหลในท่อ ขั้นแรกโครงสร้างของกระแสน้ำวนจะปรากฏในรูปแบบของวงแหวนคู่ซึ่งหนึ่งในนั้นอยู่ที่ปลายน้ำของฟอง (“ ปลายน้ำ”) และอีกอันที่อยู่ต้นน้ำ ความดันในท่อจะเพิ่มขึ้นจนเกิดจุดหยุดนิ่งซึ่งด้านล่างของเหลวจะเริ่มเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม

ก่อนที่จะเกิดการทำลายล้างฟองจะกลายเป็นแกนสมมาตรเกือบทั้งหมด แต่แล้วกระแสน้ำวนท้ายน้ำก็แตกออกและเคลื่อนตัวไปตามกระแสน้ำ ความสมมาตรหายไปแหวนกระแสน้ำวนออกจากเขตความกดอากาศสูงที่อยู่ด้านล่างจุดหยุดนิ่งของการไหลพังทลาย แกนกลางของกระแสน้ำวนบิดเป็นเกลียวรอบเขตความกดอากาศสูง - การไหลเริ่มยุบในลักษณะเกลียว สิ่งที่น่าสนใจคือแม้ว่าการไหลในท่อดังกล่าวจะได้รับการศึกษาอย่างจริงจังในช่วงยี่สิบปีที่ผ่านมา แต่ก็ยังไม่ทราบเงื่อนไขที่ควบคุมการเปลี่ยนจากฟองสบู่ไปสู่การสลายตัวแบบเกลียว

ในปี 1978 ชาวอเมริกัน J.H.Faeler และ S. และต้องใช้เวลาเกือบยี่สิบปีก่อนที่จะสามารถจำลองรูปแบบการสลายตัวของกระแสน้ำวนคู่ดังกล่าวได้โดยใช้คอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพซึ่งได้รับการแก้ปัญหาเชิงตัวเลขของสมการ Navier-Stokes ที่อธิบายการไหลของของเหลวหนืด การทดลองของFähler-Leibovich ถูกทำซ้ำโดย M. Weimer จากสถาบันอากาศพลศาสตร์ซึ่งแสดงให้เห็นว่าฟองสบู่หลังจากการก่อตัวของจุดหยุดนิ่งบนแกนของกระแสน้ำวนขั้นแรกจะ "อพยพ" ไปที่ต้นน้ำเล็กน้อยจากนั้นจึงอยู่ใน สถานที่คงที่

เครื่องบินและยานอวกาศ

การทำลายของกระแสน้ำวนยังสามารถเกิดขึ้นได้ที่ปีกของเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงและยานขนส่งซึ่งโดยปกติจะมีรูปร่างเป็นสามเหลี่ยม ปีกดังกล่าวสร้างระบบกระแสน้ำวนที่ด้านลม - ด้วยเหตุนี้การยกของพวกมันจึงเพิ่มขึ้นที่มุมการโจมตีสูง (การเอียงของปีกไปยังแนวการบิน) ระบบกระแสน้ำวนดังกล่าวประกอบด้วยกระแสน้ำวนหลักขนาดใหญ่กระแสน้ำรองที่เล็กกว่าสองหรือสามกระแสน้ำวนของลำดับที่สาม (และบางครั้งที่สี่) รวมทั้งชั้นเฉือน เนื่องจากความดันต่ำในแกนกลางของกระแสน้ำวนหลักการยกปีกจึงเพิ่มขึ้นแบบไม่เชิงเส้น

ในมุมสูงของการโจมตีความดันในกระแสหลักที่ด้านบนของปีกจะเพิ่มขึ้นไปยังขอบท้ายซึ่งส่งผลต่อโครงสร้างของการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำวน และถ้าความดันเริ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็วกระแสน้ำวนปฐมภูมิจะแตกออก

V. Limberg และ A. Stromberg นักวิจัยจากสถาบันอากาศพลศาสตร์เกี่ยวกับแบบจำลองของระบบอวกาศขนส่งโดยใช้วิธีการแสดงภาพการไหลแสดงให้เห็นว่าโหมดการสลายตัวของกระแสน้ำวนที่อธิบายไว้สำหรับการไหลเวียนในท่อ "ทำงาน" ในด้านลมของยานอวกาศ .

ท่อแตก

ผลงานชิ้นแรกเกี่ยวกับการคำนวณลักษณะของการไหลของของเหลวในท่อได้รับการตีพิมพ์เมื่อ 150 ปีก่อนโดย G.Hagen และ J. Poisel ดูเหมือนว่าตั้งแต่นั้นมาเกือบทุกอย่างที่เกิดขึ้นในกระแสเหล่านี้รวมถึงการก่อตัวของโครงสร้างกระแสน้ำสามารถอธิบายได้ด้วยสมการที่ได้มาจากนักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ อย่างไรก็ตามสถานการณ์เปลี่ยนไปอย่างรุนแรงเมื่อพูดถึงท่อที่งอหรือแตกแขนง

แม้ว่าในกรณีแรกปัญหาจะซับซ้อนเพียงแค่ความโค้งของท่อ แต่ก็ทำให้ภาพรวมเปลี่ยนไปอย่างมาก มันยากยิ่งกว่าที่จะอธิบายการไหลในท่อแบบแยกแขนง - สำหรับพวกเขาอาจมีหลายระบบการไหลพร้อมกันขึ้นอยู่กับทิศทางและความรุนแรงของการเคลื่อนที่ของของเหลว ปัญหานี้ได้รับการศึกษาโดยละเอียดในปี 1990 โดยนักวิทยาศาสตร์จาก Aerodynamic Institute R. Nykes และ B.Bartmann ซึ่งใช้ท่อที่เชื่อมต่อกันในมุมที่ต่างกัน

ตัวอย่างเช่นกิ่งท่อที่โค้งงอของหน้าตัดตัวแปรจะสร้างโฟลว์ทุติยภูมิที่แตกต่างกันไปในแต่ละส่วน เมื่อมันทำปฏิกิริยากับกระแสหลักจะเกิดการไหลของของไหลแบบ "ถัก" ขึ้นหลายเส้น สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่ากระแสน้ำวนเกิดจากการโค้งงอของท่อดังที่เห็นได้จากภาพการไหลที่มีสี นอกจากนี้ยังสังเกตเห็นการบิดของเส้นไหลของของไหลเมื่อกิ่งก้านเชื่อมต่อกับท่อหลักที่มุมฉาก นอกจากนี้ยังสังเกตเห็นการก่อตัวของโครงสร้างกระแสน้ำวนที่ไม่เสถียรอย่างยิ่งเมื่อการไหลมาจากปลายทั้งสองข้างของท่อหลัก

โครงสร้างกระแสน้ำวนรูปวงแหวนและรูปเกือกม้าก่อตัวขึ้นเป็นระยะ ๆ ในท่อแยกแขนงจากนั้นเคลื่อนไปตามกระแสหลัก ในกรณีนี้ความถี่ของการก่อตัวของกระแสน้ำวนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับอัตราการไหลเชิงปริมาตรของของเหลวและ หมายเลขเรย์โนลด์ (อัตราส่วนของแรงลักษณะเฉพาะของความเฉื่อยและความหนืด)

ลมกรดในเครื่องยนต์ของรถยนต์

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการวิจัยเกี่ยวกับโครงสร้างของกระแสน้ำวนได้ดำเนินไปในทิศทางที่สำคัญเช่นการปรับปรุงเครื่องยนต์รถยนต์ นักวิทยาศาสตร์พยายามเพิ่มประสิทธิภาพในการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงรถยนต์โดยการสร้างวงแหวนน้ำวนซึ่งสามารถกระจายเชื้อเพลิงในกระบอกสูบในลักษณะที่แตกต่างจากการฉีดแบบเดิม

ครั้งแรกที่ตรวจสอบการไหลในกระบอกสูบลูกสูบคือในปี 2531 โดย H. Weiss จากสถาบันอากาศพลศาสตร์ เขาสร้างม้านั่งทดสอบที่มีกระบอกสูบโปร่งใสซึ่งน้ำถูกดูดโดยลูกสูบและสีย้อมเรืองแสงจะถูกฉีดผ่านร่องของวาล์วที่เปิดเพื่อสังเกตการไหล ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าในช่วงจังหวะการดูดจะเกิดวงแหวนน้ำวนสองวงขึ้นในกระบอกสูบ

ต่อมาได้มีการจำลองการทดลองนี้โดยใช้วิธีการเชิงตัวเลขโดย A. Abdelfattah เพื่อนร่วมงานของ Weiss ไม่กี่ปีต่อมาอับเดลฟัตตาฮูและเพื่อนร่วมงานของเขาสามารถแก้ปัญหาการกระจายส่วนผสมของอากาศเชื้อเพลิงในกระบอกสูบได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเนื่องจากอาจทำให้การใช้เชื้อเพลิงในรถลดลง ภายในปี 2546 การพัฒนานี้ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมที่โรงงาน BMW ในมิวนิก

สรุปได้ว่าขอย้ำอีกครั้งว่าเราต้องจัดการกับโครงสร้างกระแสน้ำวนในหลากหลายสถานการณ์ แน่นอนว่าวันนี้เราไม่รู้ทุกอย่างเกี่ยวกับกระแสน้ำวนและการวิจัยของพวกเขาจะดำเนินต่อไปอีกหลายปี อย่างไรก็ตามข้อมูลที่รวบรวมจากบทความนี้อาจช่วยให้เข้าใจปรากฏการณ์ทางกายภาพที่สวยงามและไม่สามารถคาดเดาได้ดีขึ้นเสมอไป เช่นเดียวกับการสร้างธรรมชาติที่ไม่เหมือนใครกระแสน้ำวนสามารถกระตุ้นจินตนาการของเราและกระตุ้นให้เราค้นหาคำตอบสำหรับคำถามใหม่ ๆ มากขึ้นเรื่อย ๆ