Эффект Прандтля-Глауэрта в качестве доказательства американских пилотируемых полётов на Луну
Этот эффект иногда сопровождает летательные аппараты во время волнового кризиса при преодолении так называемого «звукового барьера», на околозвуковых скоростях полёта.
Также это явление наблюдается в кинохронике старта миссии «Аполлон-11».
На основании этого факта американские специалисты утверждают, что реальные характеристики ракеты-носителя «Сатурн-5» соответствуют заявленным:
- Появилось пресловутое туманное облако? Значит, скорость полёта ракеты равна скорости звука.
- Время появления эффекта совпадает с отчётным временем достижения скорости полёта в один Мах? Стало быть, детище штурмбанфюрера СС выводит космический корабль «Аполлон-11» на траекторию полёта к Луне, и точка!
Эти выводы выглядят весьма убедительно. Однако на деле... так себе доказательство.
Не вдаваясь глубоко в природу данного эффекта, стоит отметить всего лишь две его особенности, характерные для миссии «Аполлон-11»:
- По нему нельзя точно определить время достижения скорости звука.
- Скорость звука в тех слоях атмосферы, пролетая через которые ракета-носитель «Сатурн-5» демонстрировала так называемый эффект Прандтля-Глауерта, была ниже 321,3 м/с.
Сказ о точности определения времени достижения ракетой-носителем «Сатурн-5» скорости, равной скорости распространения звука, по эффекту Прандтля-Глауэрта
Эффект Прандтля-Глауэрта появляется во влажной атмосфере на летательных аппаратах, если скорость их полёта превышает скорость начала волнового кризиса (критическое число Маха М* = 0,7...0,9). То есть волновой кризис наступает ещё на дозвуковой скорости полёта. Чем хуже в этом плане аэродинамика летательного аппарата, тем меньше скорость начала волнового кризиса. Например, у скоростных самолётов 40-х годов 20-го века она равнялась примерно 800 км/ч.
После достижения критической скорости на боковых криволинейных поверхностях летательных аппаратов происходит местное ускорение набегающего потока до скорости звука. Дальнейшее обтекание криволинейной поверхности приводит к появлению сверхзвуковой области, в которой набегающий воздушный поток расширяется и по этой причине охлаждается.
Если температура потока в этой области снижается ниже точки росы, то водяные пары, которые содержатся в набегающем воздухе, конденсируются, и появляются знаменитые туманные облака.
Длится этот эффект до достижения летательным аппаратом сверхзвуковой скорости М = 1,2. На этой скорости полёта перед передней кромкой крыла или головным обтекателем ракеты уже появляется скачёк уплотнения, за которым поток становится дозвуковым, и сверхзвуковая область, в которой происходит расширение и охлаждение потока, исчезает. С этого момента пропадает и эффект Прандтля-Глауерта.
Естественно, от дозвуковой скорости начала волнового кризиса до сверхзвуковой скорости его окончания любая ракета разгоняется не мгновенно, а за какой-то промежуток времени. Если, как отмечено ранее, в атмосфере присутствует влага, то всё это время может наблюдаться эффект Прандтля-Глауэрта. В противном случае эффект отсутствует. Например, во время первого испытательного запуска ракеты-носителя «Старшип» это явление не наблюдалось.
А вот при запуске ракеты-носителя «Сатурн-5» миссии «Аполлон-11» туманные образования на её корпусе присутствовали в течение почти 10 секунд.
Согласно, например, фрагменту видео с «Ютуба» «Launch of Apollo 11 in 4k» — с 63-й по 72-ю секунду полёта.
В какой момент на этом промежутке времени ракета превысила скорость звука?
На 63-й секунде полёта?
Или на 72-й?
Соответствует ли этот момент отчётному времени достижения скорости полёта в один Мах?
А может, эффект Прандтля-Глауэрта прекратился не по достижении ракетой-носителем «Сатурн-5» скорости М=1,2, а гораздо раньше по другой причине — просто в результате покидания ей влажных слоёв атмосферы на скорости полёта меньше скорости звука (M<1)?
Туманное образование об этом ничего не скажет. На нём нет ни стрелочной шкалы, ни цифровой индика...
И не внесёт никакой ясности в этот вопрос.
Ладно, примем как факт, что во время презентации своего туманного воротника американская «лунная» ракета-красавица всё-таки превысила скорость звука.
Слово о скорости звука в слоях атмосферы, в которых ракета-носитель «Сатурн-5» продемонстрировала эффект Прандтля-Глауэрта
Необходимо рассмотреть ещё один немаловажный аспект — условия, при которых ракета-носитель «Сатурн-5» миссии «Аполлон-11» несла на себе туманное образование.
На кадрах кинохроники эффект Прандтля-Глауэрта наблюдается одновременно с красным заревом, появляющимся при освещении нижней кромки облаков факелом ракетных двигателей.
Также вместе с этим видна тень от ракеты, скользящая по облачному слою.
Стало быть, в это время ракета-носитель «Сатурн-5» пролетала не просто через влажную атмосферу, а ещё и через облака. То есть через двухфазную среду, состоящую в данном случае из газовой фазы (воздух + водяной пар) и жидкой фазы (капли воды).
Сей факт проясняется не только таким замысловатым образом, но и хорошо виден в видеозаписи, повторно транслированной каналом CBS сразу после старта миссии «Аполлон-11».
Процессы с участием двухфазных сред нельзя рассматривать с точки зрения обычной газовой динамики.
Двухфазные среды имеют свои особенности. Одна из них — скорость звука в воздушно-капельной среде заметно ниже, чем скорость звука в воздухе, не содержащем конденсированную фазу какого-либо вещества. Отличаться эти скорости друг от друга могут на порядок (в десять раз)!
Даже незначительное уменьшение газосодержания (увеличение объёма капель воды) в воздуховодяной смеси, состоящей в основном из воздуха, приводит к существенному уменьшению скорости звука.
Поэтому, судя по эффекту Прандтля-Глауэрта, ракета-носитель «Сатурн-5» во время пролёта сквозь облака, безусловно, испытывала волновой кризис. И, как я полагаю, в какое-то мгновение скорость её полёта превысила скорость распространения звука.
Только вот сама эта скорость звука в тех облаках (двухфазной среде) была существенно ниже 321,3 м/с.
В силу указанных обстоятельств, в случае старта миссии «Аполлон-11», эффект Прандтля-Глауэрта не может являться подтверждением соответствия ракеты-носителя «Сатурн-5» заявленным характеристикам.
Летела бы американская «лунная» ракета в безоблачном небе (то есть не в воздушно-капельной среде), тогда, глядя на этот эффект, как в примере ниже, можно было бы сказать, что она разогналась до скорости звука.