התעבות סביב כלי טיס

התעבות סביב כלי טיס הוא שם כולל למספר תופעות של התעבות אדי מים סביב כלי טיס או סביב עצמים אחרים הנעים באוויר. התעבות זו נוצרת באזורים סביב כלי הטיס שבהם שורר לחץ אוויר נמוך במיוחד מסיבות שונות. בגזים, לחץ נמוך גורר ירידת טמפרטורה, ובתנאי לחות גבוהה באוויר תתרחש במקומות אלו התעבות. כתוצאה מכך ייווצרו עננים קטנים וקצרי חיים שנראה כאילו הם מלווים את כלי הטיס במשך זמן מה. למעשה, טיפות מים זעירות נוצרות באזורי לחץ נמוך, ונעלמות לאחר מעבר המטוס וחזרת לחץ האוויר לערכו הרגיל.

התעבות כתוצאה מסינגולריות פראנטל-גלאוארט סביב מטוס קרב F/A-18 הורנט שנע בסמוך למהירות הקול

התעבות כתוצאה מסינגולריות פראנטל-גלאוארט בעת השיגור של אפולו 11

סינגולריות פראנטל-גלאוארט

התעבות כתוצאה מסינגולריות פראנטל-גלאוארט נוצרת סביב כלי טיס הנעים במהירות קרובה למהירות הקול. ההתעבות, שנוצרת כתוצאה מירידת לחץ וירידת טמפרטורה, נראית כמו חרוט סביב חלקו האחורי של המטוס. חרוט קטן יותר מופיע סביב חלקו האחורי של תא הטייס. בניגוד לדעה הרווחת, אין קשר בין התעבות זו, שנוצרת כתוצאה מלחץ נמוך בקרבת כלי הטיס, ובין בום על-קולי או שבירת מחסום הקול.

התעבות כתוצאה מסינגולריות פראנטל-גלאוארט יכולה להופיע גם סביב טילים, משגרים, מעבורות חלל, או גופים אחרים הנעים באוויר במהירות גבוהה, בעת שיגורים לחלל. התעבות זו מתרחשת סמוך לנקודת מקס Q שבה ערכו של הלחץ הדינמי הוא מרבי. בנקודה זו, המהירות קרובה למהירות הקול. עבור מעבורת חלל, נקודת מקס Q נמצאת בגובה של 11 ק"מ, כחצי דקה לאחר השיגור, ואילו בשיגורים של תוכנית אפולו ההתעבות הופיעה בגובה של 13–14 ק"מ.

משוואת פראנטל-גלאוארט מהווה קירוב של משוואות נאוויה-סטוקס המתארות זרימה של נוזל או של גז. משוואת פראנטל-גלאוארט היא המשוואה הפשוטה ביותר שלוקחת בחשבון את השפעת הדחיסות^[1], כלומר את השפעת הלחץ על נפח האוויר. פתרון המשוואה מצביע על אזורים סביב כלי הטיס שבהם מופיעה סינגולריות מתמטית במהירות הקול. באופן פיזיקלי, סינגולריות זו מתבטאת כירידת לחץ חדה באותם אזורים. כאמור, המשוואה מהווה קירוב ולכן הפתרון שלה אינו מדויק. ניסויים במנהרת רוח הראו ירידת לחץ משמעותית סביב כלי הטיס במהירויות זרימה נמוכות מעט ממהירות הקול, כלומר באופן מעשי אין צורך לעבור את מהירות הקול על מנת לייצר התעבות סביב כלי הטיס.

התעבות כתוצאה מעילוי

התעבות כתוצאה מעילוי נוצרת ליד חלקי המטוס שפועל עליהם כוח עילוי, בדרך כלל הכנפיים. ההתעבות נוצרת קרוב לצדן הקמור של הכנפיים, כך שהיא תופיע מתחת לכנף עבור מטוס שטס הפוך. בניגוד להתעבות כתוצאה מסינגולריות פראנטל-גלאוארט, התעבות כתוצאה מעילוי נוצרת רק בצד אחד של המטוס.

התעבות זו לא תלויה במהירות הטיסה, אלא בעוצמת כוח העילוי הפועל על המטוס. ככל שהכוח חזק יותר כך הלחץ בצדן הקמור של הכנפיים נמוך יותר. לחץ נמוך זה מביא לירידת הטמפרטורה ולהתעבות.

התעבות במערבולות

מערבולות יכולות להיווצר סמוך לכלי טיס, למשל ליד קצות הכנפיים. על פי עקרון ברנולי, המהירות הגבוהה של האוויר הזורם בלב המערבולת גורמת שם לירידת לחץ. ירידת לחץ זו מביאה לירידת טמפרטורה ולהתעבות בתנאי אוויר לחים. התעבות בתוך מערבולת לא תלויה במהירות הטיסה, ופעמים רבות היא מתלווה ל"התעבות כתוצאה מעילוי".

תהליך דומה מתרחש במערבולת שנמצאת בליבה של סופת טורנדו, וגם שם ירידת הלחץ מובילה להתעבות.

ראו גם

• פס התעבות
• בום על-קולי

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא התעבות סביב כלי טיס בוויקישיתוף

• כרמל שור, שובלי ריסוס: תיאוריות פורחות באוויר, במדור "מדע במבט-על" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 3 בינואר 2017
• תמונות והסברים על דינמיקת זורמים - הפרק condensation מוקדש להתעבות סביב כלי טיס.
• סרט המראה מפגן אווירי של F/A-18 הורנט שבו ניתן לראות התעבות כתוצאה מסינגולריות פראנטל-גלאוארט והתעבות כתוצאה מעילוי.
• סרט המראה צילום קרוב של התעבות כתוצאה מסינגולריות פראנטל-גלאוארט - בניגוד לכותרת הסרט, התופעה לא קשורה לחציית מהירות הקול.