Введение
Турбулентность, образующаяся за самолетом, летящим в воздухе.
Турбулентность следа – это возмущение в атмосфере, формирующееся позади самолета по мере его движения в воздухе. Она включает в себя несколько компонентов, наиболее значимыми из которых являются концевые вихри крыла и струя выхлопных газов, быстро движущиеся газы, выбрасываемые из реактивного двигателя. Турбулентность следа особенно опасна в области позади самолета на этапах взлета и посадки. Во время взлета и посадки самолет работает с большим углом атаки. Этот режим полета максимизирует образование мощных вихрей. В районе аэропорта может находиться несколько самолетов, работающих на низкой скорости и высоте, что увеличивает риск возникновения турбулентности следа и уменьшает высоту, с которой можно восстановить управление после возмущения.
Определение
Турбулентность следа — это вид турбулентности в чистом воздухе. В случае турбулентности, создаваемой крыльями тяжелого самолета, пара вращающихся вихрей сохраняется в течение значительного времени после прохождения самолета, иногда более минуты. Один из этих вращающихся вихрей может серьезно нарушить устойчивость или даже опрокинуть меньший самолет, который столкнется с ним, как в воздухе, так и на земле.
В полете на плоскости с фиксированным крылом
Вихревая циркуляция направлена наружу, вверх и вокруг законцовок крыльев при наблюдении спереди или сзади самолета. Испытания с большими самолетами показали, что вихри остаются на расстоянии менее размаха крыла друг от друга, дрейфуя с ветром на высотах, превышающих размах крыла от земли. Также было установлено, что вихри опускаются со скоростью в несколько сотен футов в минуту, замедляя свое снижение и ослабевая со временем и расстоянием от самолета, их создавшего. На высоте вихри опускаются со скоростью в минуту и стабилизируются примерно ниже уровня полета самолета-генератора. Следовательно, воздушные суда, работающие на высотах, превышающих , считаются менее подверженными риску. Когда вихри больших самолетов опускаются близко к земле – в пределах – они, как правило, перемещаются латерально над землей со скоростью A. Боковой ветер уменьшает латеральное перемещение восходящего вихря и увеличивает перемещение нисходящего вихря.
Вертолеты
Вертолеты также создают вихревые следы. Вихревые следы от вертолетов могут быть значительно сильнее, чем от самолета с фиксированным крылом той же массы. Наиболее сильные вихревые следы возникают при работе вертолета на малых скоростях (от 20 до 50 узлов). Легкие вертолеты с двухлопастными роторными системами создают вихревые следы, столь же сильные, как и более тяжелые вертолеты с более чем двумя лопастями. Сильный вихревой след ротора конвертоплана Bell Boeing V-22 Osprey может распространяться на большее расстояние и стал причиной авиакатастрофы.
Предотвращение опасности
Устройства на законцовках крыла могут незначительно ослабить вихри на законцовках крыла. Однако эти изменения недостаточно велики, чтобы повлиять на безопасные дистанцию и интервал следования за другими самолетами.
Категории турбулентности
ИКАО определяет категории следа турбулентности, исходя из максимальной взлетной массы (MTOW) воздушного судна. Эти категории используются для обеспечения безопасного интервала между самолетами при взлете и посадке. Существуют различные критерии разделения воздушных судов на этапах взлета, посадки и полета по маршруту, основанные на категориях следа турбулентности. Диспетчеры воздушного движения выстраивают последовательность самолетов, выполняющих заходы на посадку по приборам, с учетом этих критериев. Самолетам, выполняющим заход на посадку по визуальным правилам, рекомендуется соблюдать соответствующий интервал, и от них ожидается поддержание этого интервала.
Параллельные или пересекающиеся взлетно-посадочные полосы
Во время взлета и посадки след от самолета опускается к земле и перемещается вбок от взлетно-посадочной полосы при спокойном ветре. Боковой ветер будет удерживать наветренную часть следа в районе полосы и может привести к сносу подветренной части к другой полосе. Поскольку вихри от законцовок крыльев находятся на внешней границе следа самолета, это может быть опасно.
Предупреждающие знаки
Неконтролируемые движения воздушного судна (например, раскачивание крыльев) могут быть вызваны следом от другого самолета. Именно поэтому поддержание ситуационной осведомленности критически важно. Обычная турбулентность не является редкостью, особенно на этапе захода на посадку. Пилот, подозревающий воздействие вихревого следа на свой самолет, должен немедленно покинуть зону следа, уйти на второй круг или прервать заход на посадку и быть готовым к более сильному воздействию. Начало воздействия вихревого следа может быть едва заметным и даже неожиданно плавным. Были серьезные авиационные происшествия (см. следующий раздел), когда пилоты пытались продолжить посадку после попадания в умеренный вихревой след, а затем сталкивались с сильной турбулентностью, с которой не смогли справиться. Пилоты не должны полагаться на какие-либо аэродинамические предупреждения, но при возникновении воздействия вихревого следа необходимо немедленно предпринять уклоняющие маневры.
Атмосферная циркуляция
Jetwash создает долгоживущие вихри, которые влияют на структуру ветров и атмосферную циркуляцию, и могут являться важными факторами антропогенных изменений климата. Общепризнано, что крупномасштабные модели атмосферной циркуляции определяются разницей температур между полюсами и экватором. Это позволяет предположить, что вихри могут вносить вклад в изменение климата, изменяя эти температурные градиенты.
Линии плит
В 2020 году исследователи изучали возможность установки "линий пластин" вблизи порога взлетно-посадочной полосы для генерации вторичных вихрей и уменьшения времени их существования. В ходе испытательной установки в Международном аэропорту Вены они сообщили о снижении интенсивности вихрей на 22–37%.
Инциденты с участием турбулентности после спуска
8 июня 1966 года XB 70 столкнулся с F 104. Хотя истинная причина столкновения неизвестна, считается, что из-за разработки XB 70 с усиленной следовой турбулентностью для увеличения подъемной силы, F 104 приблизился слишком близко и попал в вихрь, столкнувшись с крылом (см. основную статью). Самолет DC 9 разбился в международном аэропорту Большого Юго-Запада во время выполнения посадки "touch and go" за DC 10. Эта авария побудила FAA создать новые правила для обеспечения минимального интервала после взлета от "тяжелых" самолетов. 16 января 1987 года Як-40 разбился сразу после взлета в Ташкенте. Полет стартовал всего через одну минуту пятнадцать секунд после взлета Ил-76, столкнувшись с его следовой турбулентностью. Затем Як-40 резко повернул вправо, врезался в землю и загорелся. Все девять человек на борту рейса 505 Аэрофлота погибли. 15 декабря 1993 года чартерный самолет с пятью людьми на борту, включая президента In N Out Burger Рича Снайдера, разбился в нескольких милях от аэропорта Джона Уэйна в округе Ориндж, Калифорния. Самолет следовал за Boeing 757 на посадку, когда попал в следовую турбулентность, вошел в крутое снижение и разбился. В результате этого и других инцидентов с самолетами, следовавшими за Boeing 757, FAA теперь применяет правила разделения для "тяжелых" самолетов к Boeing 757. 8 сентября 1994 года рейс 427 авиакомпании USAir потерпел крушение недалеко от Питтсбурга, штат Пенсильвания. Считается, что эта авария была связана со следовой турбулентностью, хотя основной причиной стала неисправность руля высоты, из-за которой самолет аномально реагировал на команды пилотов, вызванные встречей с турбулентностью. 20 сентября 1999 года JAS 39A Gripen из авиационного крыла F 7 Såtenäs потерпел крушение в озере Венерн в Швеции во время воздушного боя. Пройдя через следовую турбулентность другого самолета, Gripen резко изменил курс. Перед столкновением с землей пилот катапультировался и благополучно приземлился на парашюте в озеро. 12 ноября 2001 года рейс 587 American Airlines упал в район Бэлл-Харбор в Квинсе, Нью-Йорк, вскоре после взлета из международного аэропорта Джона Ф. Кеннеди. Авария была связана с неправильным использованием руля высоты вторым пилотом в ответ на следовую турбулентность от Boeing 747 авиакомпании Japan Airlines, что привело к перегрузке и отрыву вертикального стабилизатора. 8 июля 2008 года учебный самолет PC 12 ВВС США разбился на авиабазе Хёрлберт во Флориде, когда пилот попытался приземлиться слишком близко к более крупному самолету огневой поддержки AC 130U Spooky и попал в его следовую турбулентность. Правила ВВС требуют, чтобы между медленно движущимися "тяжелыми" самолетами, такими как AC 130U, и небольшими легкими самолетами был интервал не менее двух минут, но PC 12 следовал за самолетом огневой поддержки всего в 40 секунд. Когда PC 12 попал в следовую турбулентность, он внезапно перевернулся влево и начал переворачиваться. Инструктор-пилот прекратил переворот, но прежде чем он смог вернуть самолет в нормальное положение, левое крыло ударилось о землю, и самолет проскользил на 203,91 м по полю, прежде чем остановиться на асфальтированной полосе безопасности. 3 ноября 2008 года следовая турбулентность от Airbus A380 800 привела к временной потере управления Saab 340 при заходе на посадку на параллельную взлетно-посадочную полосу в условиях сильного бокового ветра. 4 ноября 2008 года в авиакатастрофе в Мехико разбился Learjet 45, перевозивший министра внутренних дел Мексики Хуана Камило Моуриньо, недалеко от проспекта Пасео-де-ла-Реформа при выполнении поворота на посадку на взлетно-посадочную полосу 05R в международном аэропорту Мехико. Самолет летел за 767 300 и над тяжелым вертолетом. По словам мексиканского правительства, пилотам не сообщили о типе самолета, который приближался к ним, и они не снизили скорость до минимальной посадочной скорости. 9 сентября 2012 года Robin DR 400 разбился после переворота на 90 градусов в следовой турбулентности, вызванной предыдущим Антоновым Ан-2. Трое погибли, один получил тяжелые ранения. 28 марта 2014 года C 130J 30 KC 3803 ВВС Индии разбился недалеко от Гвалиора, Индия, в результате чего погибли все пять человек на борту. Самолет выполнял тренировку по проникновению на малых высотах, летя на высоте около 91,44 м, когда попал в следовую турбулентность от другого самолета C 130J, который возглавлял формацию, что привело к его крушению. 7 января 2017 года частный Bombardier Challenger 604 трижды перевернулся в воздухе и потерял 3048 м высоты после столкновения со следовой турбулентностью, когда он пролетел на высоте 304,8 м под Airbus A380 над Аравийским морем. Несколько пассажиров получили ранения, один – серьезные. Из-за перегрузок самолет был поврежден настолько, что не подлежал восстановлению и был списан. 14 июня 2018 года в 23:29 по местному времени пассажирский рейс Qantas QF94, следовавший из Лос-Анджелеса в Мельбурн, внезапно начал свободное падение над океаном после взлета из-за интенсивного следового вихря. По словам пассажиров, это продолжалось около десяти секунд. Турбулентность была вызвана следом от предыдущего рейса Qantas QF12, который вылетел всего за две минуты до рейса QF94.
Измерение
Турбулентность от вихревых следов может быть измерена несколькими способами. В настоящее время ИКАО признает два метода измерения: звуковую томографию и высокоразрешающий метод – доплеровский лидар, который теперь доступен в коммерческом исполнении. Методы, использующие оптику, могут использовать эффект турбулентности на показатель преломления (оптическая турбулентность) для измерения искажения света, проходящего через зону турбулентности, и определения интенсивности этой турбулентности.
Звуковость
В подходящих условиях турбулентность следа от самолета может иногда быть услышана наземными наблюдателями. В тихий день турбулентность следа от тяжелых реактивных самолетов на заходе на посадку может быть слышна как приглушенный рокот или свист. Это сильная центральная часть вихря. Если самолет создает более слабый вихрь, его разрушение звучит как разрыв бумаги. Зачастую это замечают спустя несколько секунд после того, как стихает прямой шум пролетающего самолета. Затем звук усиливается. Тем не менее, из-за своей направленности звук турбулентности следа легко воспринимается как исходящий с большого расстояния позади самолета, и его кажущийся источник движется по небу так же, как и сам самолет. Он может сохраняться в течение 30 секунд и более, постоянно меняя тембр, иногда с шипящими и потрескивающими звуками, пока окончательно не затихнет.
В популярной культуре
В фильме 1986 года "Лучшие стрелки" лейтенант Пит "Маверик" Митчелл, сыгранный Томом Крузом, дважды испытывает отказ двигателей, вызванный прохождением через след от реактивной струи другого самолета, пилотируемого его коллегой-авиатором Томом "Айсменом" Казанским (в исполнении Вала Килмера). В результате самолет входит в неуправляемое вращение, и он вынужден катапультироваться, что приводит к гибели его оператора системы вооружения Ника "Гуся" Брэдшоу. В другом эпизоде он попадает в след от реактивной струи вражеского истребителя, но ему удается безопасно восстановить управление. В фильме "Под давлением" авиадиспетчеры стоят у начала взлетно-посадочной полосы во время посадки самолета, чтобы лично ощутить вихревые потоки. Однако фильм сильно преувеличивает влияние турбулентности на людей, стоящих на земле, показывая, как пролетающие самолеты сбивают главных героев с ног. В действительности, вихревые потоки за и под приземляющимся самолетом недостаточно сильны, чтобы повалить человека. (В отличие от этого, реактивная струя взлетающего самолета может быть крайне опасна для людей, находящихся позади него.)