Turbulența trezii
TREBULEȚI TREZIȚI
cuvânt înainte
În afară de câteva modificări, această pagină folosește excelentul articol al lui Jean-Claude Bex (inginer de zbor) în revista * Aviation 2000 N ° 81 din ianuarie 1982, în care a fost încorporat un extras din teza lui Laurent Nybelen din 10 iunie 2008. . Desenele sunt de la autorul acestui site.
* Din păcate, această revistă a dispărut în 1986
Introducere
Deși fenomenul turbulenței trezirii aeronavelor a fost cunoscut încă de la începutul zborurilor motorizate, abia odată cu intrarea în funcțiune a avioanelor cu turboreactor de mari dimensiuni a devenit din ce în ce mai important. Numărul tot mai mare de incidente și accidente a atras atenția asupra pericolelor de trecere a unei aeronave în urma unei aeronave mai grele. Acum este una dintre principalele probleme cu care se confruntă piloții, controlorii de trafic aerian și managerii de aerodromuri.
Definiție
Turbulența de veghe în ansamblu se datorează existenței a trei factori:
- efecte de explozie de la elice sau reactoare
- turbulențe și asperități induse de fuselaj care generează rezistență
- faimoasele vortexuri marginale sau vortexuri contra-rotative, originare la capetele aripilor.
Crearea vârtejurilor
Structura detaliată a turbolonilor și mecanismele care determină disiparea lor sunt doar parțial cunoscute, dar este posibil să se facă o descriere destul de precisă a mișcării generale a turbolonilor.
Vârtejurile marginale fiind produsul secundar inevitabil al generației de ridicare, au particularitatea de a exista doar între decolare și aterizare (touchdown).
Într-adevăr, pentru a menține un avion în zbor, aripile sale trebuie să devieze permanent un anumit volum de aer în jos pentru a genera ascensorul necesar ascensiunii. Cum se creează liftul
Acest lucru se face folosind doi factori principali:
- accelerarea avionului
- unghiul aripii de atac.
Combinarea acestor doi parametri generează o diferență de presiune între intrados și extrados. Aceste două presiuni tind să se echilibreze și să dea naștere unui curent circular în jurul vârfului aripii. Trageți - Vârtejurile marginale
Mișcarea aerului care trece din zona de suprapresiune (intrados) în zona de depresiune (extrados), alimentează un vortex marginal la fiecare capăt al aripii, a cărui importanță crește odată cu greutatea aeronavei și unghiul de atac al aripii (incidență ).
Rezultatele studiilor de laborator, referitoare la modelarea vârtejurilor și verificate prin teste de zbor ne permit să spunem că:
- distanța laterală care separă centrul celor două nuclee depinde de distribuția ascensorului de-a lungul aripii, dar în majoritatea cazurilor este aproximativ egală cu anvergura aripilor.
- că viteza tangențială a vârtejurilor marginale, deci intensitatea lor este proporțională cu viteza de deviere a volumului de aer sub aripă.
- că o aeronavă care se apropie, adică la viteză mică, dar la un unghi mare de atac, generează vârtejuri mari.
- vortexurile cresc ușor în diametru și viteza lor tangențială poate ajunge la 3600 ft/mn (18 m/s) la 1 min 1/2 în spatele generatorului sau la 30 de secunde după trecerea acestuia, Studiul numeric al fluxurilor de vortex în urma aeronavei
Interacțiunea dintre motorul cu reacție și un vortex de trezire
În anumite condiții atmosferice, traseele de condens se formează în spatele aeronavei și corespund vârtejurilor marginale pe o parte a trezii. Aceste trasee rezultă din condensarea vaporilor de apă provenind de la jeturile de motor, declanșate de particulele fierbinți de funingine provenite din arderea kerosenului în atmosfera foarte rece. Chiar și după degenerarea vortexului sau prin interacțiunea cu turbulențele atmosferice, aceste trasee pot persista câteva ore în atmosferă și pot contribui la formarea norilor (cirii).
În primele secunde după emisie, jetul se amestecă rapid cu aerul înconjurător, în timp ce foaia de vorticitate se înfășoară în jurul vortexurilor marginale. Ulterior, dinamica este guvernată de înfășurarea jetului în jurul vortexului.
Distanța la care jetul începe să fie influențat de câmpul vortexului depinde de intensitatea jetului în raport cu cea a vortexului și temperatura acestuia. Dar și poziția motoarelor în raport cu vârful aripii, pe un A380 cu patru motoare, de exemplu, jetul motorului extern va fi mai aproape de vârful aripii decât jetul motorului unui A330 bimotor, de exemplu.
Ilustrația de mai sus arată interacțiunea jetului cu motor cu reacție cu vârtejul marginal în condiții de zbor de croazieră. Teză de Laurent Nybelen din 10 iunie 2008 - Studiu numeric al fluxurilor de vortex din trezirea aeronavelor.
Descrierea unei treziri vortex
Acest paragraf prezintă o descriere sintetică generală a unei treziri în funcție de distanța din aval de marginea de așteptare a aripii.
Vârsta unei trezii este la o anumită distanță în spatele avionului. Patru regiuni se disting indiferent de configurația aeronavei generator (ridicare ridicată sau croazieră).
Câmpul apropiat
Acoperă formarea foii de vorticitate generată de marginile de ieșire ale foliei aeriene și a vortexurilor foarte concentrate generate la discontinuitățile suprafețelor profilului aerian din această parte a trezii, jeturile de putere sunt turbulente doar la scară mică, distanța în aval corespunzând doar câtorva diametre ale jetului.
Fotografia de mai jos, pe urma unui avion ilustrat de vapori de apă în condiții atmosferice foarte particulare. Putem vedea clar depresiunea de deasupra aripii, vârtejurile marginale, vârtejurile capetelor lambourilor, precum și vârtejurile capetelor cozii orizontale.
Câmpul apropiat extins
Această regiune se caracterizează prin înfășurarea foii de vortex în jurul vortexurilor concentrate (capătul clapetei, capătul aripii). Unele vortexuri co-rotative pot fuziona împreună și astfel pot reduce numărul de vortexuri în spatele fiecărei aripi. Fluxurile de jet de la motoare au devenit în general turbulente la scară largă și interacționează cu vârtejurile principale.
Cele două vârfuri ale aripii și clapetele se termină orbitând unul pe altul și se unesc pentru a forma un singur vârtej. Vârtejele nacelei reactorului (care nu sunt vizibile în fotografie) își păstrează individualitatea mai mult timp, apoi sunt puternic întinse de prezența vârtejului principal și sunt absorbite în cele din urmă de acesta din urmă.