Струйно-вихревой след самолета: проблемы экологии и безопасности полета

Вихри в жидкости и газе являются очень устойчивыми образованиями, медленно обменивающимися с окружающей средой массой, импульсом и энергией. Эта “замкнутость” вихрей, с одной стороны, облегчает их визуализацию, а с другой, приводит к накоплению и длительному удержанию горячих выхлопных газов силовой установки, увлекаемых вихрями в процессе их образования в ближнем струйно-вихревом следе за самолетом. Последняя проблема тесно связана с воздействием авиации на окружающую среду, в особенности в районе аэропортов и озонном слое атмосферы Земли. Поскольку струйно-вихревой след самолета представляет определенный интерес с точки зрения безопасности полетов, химического воздействия на окружающую среду и образования высотных облаков, его обнаружение и идентификация представляются весьма важными. Математическое моделирование многочисленных неравновесных процессов, происходящих в трехмерном турбулентном следе крылатого летательного аппарата, является весьма информативным и экономичным средством предсказания характеристик следа в широкой области параметров полета.
В настоящей статье рассмотрена проблема визуализации следа за счет рассеяния света частицами, образующимися в процессе конденсации водяного пара, коагуляции и дробления капель. Дан обзор физико-математических моделей и результатов численного моделирования газодинамических и оптических характеристик трехмерного струйно-вихревого следа крылатого летательного аппарата с учетом конденсации водяных паров. Приведены результаты численного исследования газодинамических и оптических характеристик аэрозольных следов самолетов типа Боинг–747 и перспективного российского сверхзвукового пассажирского самолета второю поколения.