ВИХРЕВОЙ СЛЕД ЗА ПАССАЖИРСКИМ САМОЛЕТОМ. ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

Автор: Александр Марксович Гайфуллин

Соавторы: Свириденко Ю.Н.

Организация: Центральный аэрогидродинамический институт имени проф. Н.Е. Жуковского, Жуковский

Рис. Вихревой след за самолетом.

Сходящая с самолета вихревая пелена образует вихревой след. За летательным аппаратом с крылом большого удлинения след живет достаточно длительное время, за которое самолет успевает пролететь расстояние в несколько десятков километров. Интенсивность и время жизни вихревого следа в основном зависят от двух факторов: от самолета-генератора следа и от состояния турбулентной атмосферы. Чем крупнее самолет, тем интенсивнее след за ним и тем больше время его жизни. Чем интенсивнее атмосферная турбулентность, тем быстрее затухает циркуляция следа и сокращается время его жизни.

В докладе будут рассмотрены несколько задач, связанных с вихревым следом за пассажирским самолетом. Первая задача – определение характеристик вихревого следа за самолетом (см. рис.). В области вблизи самолета производится расчет характеристик течения с учетом задания довольно точной геометрии самолета и параметров горячей струи. В дальнем следе длинноволновые синусоидальные возмущения нарушают прямолинейность вихревых структур. По мере удаления от самолета амплитуда возмущений растет, затем вихри сталкиваются, образуя вихревые кольца. Разрушение вихревых колец завершает стадии развития интенсивного вихревого следа. Будут рассмотрены задачи о диффузии вихревого следа. При этом  будет раскрыт физический механизм потери циркуляции вихревого следа по мере удаления его от самолета. 

Вторая задача. В вихревой след от самолета может попасть другой самолет, летящий либо по той же траектории, например по глиссаде, либо при крейсерском режиме полета по соседнему эшелону. Расстояние между эшелонами всего 300 м. и в хорошую слаботурбулентную погоду вихревой след от крупного самолета может опуститься на такое расстояние. Известны случаи и катастроф и повреждений при попадании самолета в вихревой след. В зоне влияния вихревого следа на самолет действуют дополнительные силы и моменты, зависящие от взаимного расположения самолета и вихревого следа. Поэтому вторая задача – определение этих дополнительных сил и моментов.

Вихревой след не видим, на современном этапе невозможно предотвратить попадание одного самолета в вихревой след другого самолета. Но, возможно обучить летный состав навыкам управления самолетом в зоне влияния вихревого следа или даже внутри вихревого следа. Третья задача - создание математической модели аэродинамики самолета, попавшего в вихревой след. Модель основана на применении искусственных нейронных сетей. Она работает в режиме реального времени и предназначена для авиационных тренажеров и пилотажных стендов. В настоящее время модель установлена на пилотажных стендах ЦАГИ, РСК МИГ и ФАЛТ МФТИ.