Это начинает проявляться уже при переходе 1200 км/ч, когда обшивка Ту-160 уже ощутимо нагрета, а воздух вокруг становится чрезмерно плотным. Горячий металл, раскаленные сопла двигателей и перегретый поток – и именно в этот момент самолет вдруг "выдыхает" густое белое облако, на мгновение окутывающее его 55-метровые крылья.
Что происходит в этот момент? И почему многие выносят ошибочный вердикт, глядя на знаменитое фото российского гиганта? Давайте скорее разбираться.
Когда четыре двигателя НК-32 выдают суммарную тягу в 100 тонн, машина весом до 275 тонн перестает быть самолетом в привычном смысле этого слова. Молекулы воздуха на сверхзвуке не успевают обтекать планер и буквально бьются о него, превращая кинетическую энергию в тепло.
Ровно в этот момент передние часть крыла и кромки воздухозаборников нагреваются до 150–200 °C, до температур, при которых любая влага должна немедленно испаряться, превращаясь в невидимый перегретый пар. А в кабине пилоты ощущают, как машина удлиняется на несколько сантиметров из-за теплового расширения металла.
Чтобы планер выдерживал такие нагрузки, в его основе лежит массивная титановая балка центроплана, сваренная в уникальной вакуумной камере. Само топливо в баках при этом работает как теплоноситель, ведь оно циркулирует по контурам, забирая избыточный жар от обшивки и бортовой электроники, прежде чем сгореть в огромных форсажных камерах.
Грубо говоря, система охлаждает себя собственным горючим. И тем не менее где-то за раскаленными крыльями появляется холодное белое облако.
Крылья-трансформеры, или как они влияют на появление длинного белого шлейфа.
Задача у них ой какая нетривиальная. Разогнать 275-тонную машину с размахом крыла в 55 метров до 2200 км/ч с фиксированной геометрией попросту невозможно. Механизм изменяемой стреловидности переводит крыло из положения 20 градусов в режим 65 градусов, превращая самолет в узкий и острый треугольник. При максимальной стреловидности размах крыла сокращается до 35,6 метра. Таким образом наш "Белый Лебедь" буквально прижимает "перья" к телу.
Смещение крыльев весом в десятки тонн происходит с помощью мощных винтовых механизмов, которые должны работать синхронно с точностью до миллиметра, и одновременно с этим бортовой компьютер автоматически перекачивает тонны керосина между передними и кормовыми баками, компенсируя критическое смещение центра тяжести (иначе нос машины мгновенно "клюнул" бы или, наоборот, задрался бы вверх).
Сложно поверить, что вся эта операция занимает считанные секунды...
Даже в сжатом положении огромная площадь поверхности крыла продолжает взаимодействовать с атмосферой. На определенных углах полета поток воздуха за задней кромкой совершает резкий маневр, уходя в зону, которую авиаконструкторы называют аэродинамической тенью. Что именно там происходит? Сейчас все станет понятно.
Многие, кто впервые видит этот эффект на видео, думают, что белое облако вокруг самолета – это и есть момент перехода на сверхзвук, знаменитое "пробитие звуковой стены". На самом деле это вовсе не так.
Не поверите, но все тот же Ту-160 может лететь на скорости Мах 1.5, оставаясь абсолютно чистым, а потом, чуть изменив угол полета, внезапно оказаться внутри плотного белого конуса. Более того, эффект наблюдается и на дозвуковых скоростях, если воздух достаточно влажен, что полностью исключает ударную волну как причину. Конечно, ударная волна при этом никуда не девается, она присутствует, но все же к конденсации пара прямого отношения не имеет.
Наиболее отчетливо облако видно в узком трансзвуковом диапазоне, около Мах 1.0, на малых и средних высотах при высокой влажности, над морем или в теплом насыщенном воздухе, где достаточно пара для конденсации. Само облако живет мгновение, пульсирует за кабиной пилотов и исчезает так же внезапно, как появилось. И как раз вот это и заставляет призадуматься. Если вокруг раскаленный металл и горячие двигатели, то тогда откуда берется холод, необходимый для конденсации пара?
Оказывается, что самое странное происходит непосредственно за плоскостями крыльев. Воздух, только что сжатый носовым обтекателем до состояния плотной стены, в этой зоне внезапно "проваливается" в пустоту.
Датчики фиксируют показатели, которые сложно объяснить простыми словами. Рядом горят сопла двигателей, фюзеляж нагрет, поток перегрет. Но именно здесь регистрируется аномалия, заставляющая водяной пар менять свое агрегатное состояние. Плотность воздуха падает так стремительно, что стандартные датчики статического давления выдают кратковременную ошибку и интерпретируют происходящее как мгновенный набор высоты на несколько тысяч метров. Частицы влаги в этом разреженном пространстве ведут себя парадоксально, а сам поток за кромкой крыла схлопывается, порождая вторичный акустический эффект – тихий хлопок внутри общего рева турбин.
Откуда в этой зоне берется холод?
"Выдох": что происходит на самом деле
Весь секрет в том самом адиабатическом расширении. Думаю, все понимают, как это работает. Нет?
Ладно, тогда поясню. За задней кромкой крыла возникает область экстремально низкого давления. Воздух, попадая в эту "пустоту", мгновенно расширяется, и именно расширение по законам физики обеспечивает резкое охлаждение, без всякого там теплообменника, без кондиционера, без всякого внешнего источника холода. Температура за кромкой крыла падает на десятки градусов за доли секунды, ниже точки росы, и влажный воздух мгновенно превращается в микроскопические ледяные кристаллы.
Именно поэтому эффект лучше всего виден над морем и в теплом влажном воздухе – ведь именно в этом месте водяного пара достаточно для заметной конденсации. Именно поэтому он не привязан к сверхзвуку, а зависит только от угла полета и влажности. И именно поэтому облако живет мгновение. Как только поток покидает зону низкого давления, условия для конденсации исчезают.
Казалось бы – обычная физика, но при определенном ракурсе выглядит как маленькое чудо.
Ставьте палец, если согласны и если вам понравился мой сегодняшний материал.
Подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить выхода моих новых материалов.
На сегодня все, до скорого, друзья!