Введение
Сингулярность Прандтля — Глауэрта — это теоретическое построение в физике течений, которое часто ошибочно используется для объяснения паровых конусов в трансзвуковых течениях. Она представляет собой предсказание преобразования Прандтля — Глауэрта о том, что самолет будет испытывать бесконечное давление при приближении к скорости звука. Поскольку применение этого преобразования при таких скоростях некорректно, предсказанная сингулярность не реализуется. Неверная ассоциация связана с заблуждением начала XX века о непроницаемости звукового барьера.
Причины недействительности около Маха 1
Преобразование Прандтля — Глауэрта основано на предположении о линейности (то есть небольшое изменение вызовет небольшой эффект, пропорциональный величине этого изменения). Это предположение теряет точность по мере приближения к числу Маха, равному 1, и становится полностью недействительным в областях, где поток достигает сверхзвуковых скоростей, поскольку звуковые ударные волны представляют собой мгновенные (и, следовательно, явно нелинейные) изменения в потоке. Фактически, одним из предположений преобразования Прандтля — Глауэрта является приблизительно постоянное число Маха во всем потоке, а возрастающий наклон преобразования указывает на то, что даже очень небольшие изменения будут оказывать сильное влияние при более высоких числах Маха, тем самым нарушая это предположение, которое полностью теряет силу при скорости звука. Это означает, что сингулярность, проявляющаяся в преобразовании вблизи скорости звука (M = 1), находится за пределами области его применимости. Расчеты показывают, что аэродинамические силы стремятся к бесконечности в так называемой сингулярности Прандтля — Глауэрта; на самом деле, аэродинамические и термодинамические возмущения действительно сильно усиливаются вблизи скорости звука, но остаются конечными, и сингулярности не возникает. Преобразование Прандтля — Глауэрта является линеаризованным приближением для сжимаемого, невязкого потенциального течения. По мере приближения потока к скорости звука нелинейные явления начинают преобладать, и это преобразование полностью игнорирует их ради упрощения.
Причина возникновения облаков конденсации
Причина, по которой вокруг высокоскоростных летательных аппаратов иногда образуются видимые облака, заключается в том, что влажный воздух попадает в области пониженного давления, что также достаточно снижает местную плотность и температуру для перенасыщения водяного пара вокруг аппарата и его конденсации в воздухе, тем самым формируя облака. Облака исчезают, как только давление возвращается к нормальному атмосферному. В случае объектов, движущихся с околозвуковой скоростью, локальное повышение давления происходит в области ударной волны. Конденсация в свободном потоке не требует сверхзвуковой скорости. При достаточно высокой влажности облака конденсации могут формироваться даже в чисто дозвуковом потоке над крыльями, в ядрах вихревых следов, и даже внутри или вокруг самих вихрей. Это часто можно наблюдать в сырую погоду на самолетах, взлетающих или приземляющихся в аэропортах.