Почему самолет оставляет белый след

Наблюдая за небом, можно заметить две белые линии, которые оставляет за собой самолет. Если раньше человек не обращал внимания на летающие объекты, то это явление может показаться ему необычным. В детстве это вызывает удивление и множество вопросов, но со временем все становится обыденным. Причина появления белых полос за самолетом гораздо проще, чем может показаться.

Разбираемся в основах физики

Не все взрослые знают, почему за самолетом на небе появляются полосы, что может вызывать затруднения у детей, интересующихся этим явлением. Однако, достаточно вспомнить простые опыты из школьного курса физики, чтобы понять механизмы этого эффекта и легко объяснить их ребенку. Хорошим иллюстративным примером для этого может послужить выпадение осадков в природе.

Это явление связано с циклом воды и возникает при переходе льда в жидкое состояние под воздействием повышенных температур воздуха. Если температура существенно различается между объектами, то растаявший лед переходит в пар и становится газообразным. После этого водяное парообразное вещество может снова стать жидким.

Это и называется конденсацией, которую можно наблюдать при оседании пара на крышку, закрывающую кипящую жидкость внутри кастрюли, или запотевании зеркал и стекол в ванной после использования горячего душа. От таких частиц, которые попадают на другие объекты в виде конденсата, формируются видимые очертания пара.

Когда газообразная вода выходит в атмосферу из горячей жидкости, она постепенно смешивается с ближайшими частицами воздуха и ее температура медленно сравнивается с окружающей. Это физическое явление объясняет почему после самолета могут образовываться белые полосы — они являются паром.

Домашний эксперимент с бутылкой

Для более детального понимания явления можно провести простой эксперимент дома. Для этого понадобится чистая вода, пустая пластиковая бутылка любого размера и свободная морозильная камера. Эксперимент займет не более 30 минут.

Эксперимент проводят таким образом:

1. Взять подходящую бутылку, которая потом поместится внутри морозильной камеры. Цвет не имеет значения.
2. Наполнить выбранную емкость водой, чья температура не превышает комнатную, закрыть и поместить на 20 минут внутрь морозильной камеры.
3. Достать бутылку из морозилки, поставить на видное место и наблюдать в течение нескольких минут.

При замораживании бутылки на ее поверхности появятся капельки воды, что сделает ее сырой. Это происходит из-за конденсации, которая возникает при контакте теплого воздуха с ледяным пластиком и стимулирует выделение влаги.

Роса на растениях является аналогичным явлением. Когда холодный утренний воздух взаимодействует с теплой поверхностью, конденсат образует маленькие капли. Еще одним примером является выдыхание пара на улице зимой.

Как образуется след и после каких самолетов

С помощью белых следов дети следят за тем, какую траекторию в небе оставляют реактивные самолеты, и удивляются тому, что иногда никаких признаков привычных полос нет. Дело в том, что авиация, пролетающая на высоте ниже восьми километров, не оставляет после себя линий. Причина отсутствия следов кроется в разнице температур между нижними и высокими слоями атмосферы. С увеличением высоты воздух становится намного холоднее. На уровне, где летает большинство самолетов, температура опускается до –40°C.

Белые линии, которые оставляют воздушные суда за собой, образуются из-за работы двигателя. Когда керосин сгорает в двигателе, выходят горячие струи, состоящие из газа и пара. Эти струи сразу же превращаются в туманные скопления, когда контактируют с холодным воздухом атмосферы.

Вместе с ней из двигателей выбрасываются элементы сажи, которые провоцируют дальнейшее смешивание холодного и горячего потоков воздуха. Чаще всего пар распределяется равномерно по всей области, куда попала жидкость из двигателей. Поэтому линия практически всегда ровная и соответствует направлению движения самолета.

При низкой влажности следы быстро исчезают, а при высокой они сохраняют свою форму дольше и постепенно расширяются.

В небе всегда можно увидеть белые следы, оставленные самолетами – как гражданскими, так и военными. Размеры и характеристики авиалайнера значения не имеют. Даже винтовая авиация оставляет следы, но только при нахождении в насыщенной воздушной зоне, где происходит разряжение воздуха после прохождения лопасти пропеллера и смешивания его с холодной атмосферой.

Иногда видно, как проходят два самолета, но один оставляет белый след, а другой – нет. Такое происходит только в трех случаях.

1. Самолеты находятся на разной высоте – как уже было упомянуто, следы остаются только низкой температуре воздуха, которая отмечается на уровне не менее 8 км.
2. Большое расстояние между самолетами – влажность в воздушном пространстве может быть разной, из-за чего у одного авиалайнера есть линии, а у второго – нет.
3. На самолетах установлены двигатели разного типа – некоторые виды не оставляют после себя следов даже при высокой влажности и низкой температуре воздуха.

Иногда бывает, что после прохождения самолета остается белая полоса, но затем она резко исчезает. Это происходит из-за изменения влажности воздуха или перепадов температур, но обычно она исчезает плавно.

Как правильно называется след от самолета

Многие взрослые не знают правильных названий следов от самолетов в небе, а называют их ошибочно. Некоторые даже используют неподходящие названия, которые не имеют никакого отношения к авиации или природным явлениям.

Инверсионный след — это линии, оставляемые за самолетом, их называют так из-за термина «инверсия». Это переворот в метеорологии, который в авиации связан с изменением температуры воздуха при подъеме вверх.

Это явление также называют реактивным следом, так как оно чаще проявляется после пролета самолетов с соответствующими двигателями. Оба термина считались правильными ранее, но на самом деле ошибочны.

Белые полосы на небе правильно называть следами конденсации. Они возникают из-за конденсации водяных паров, которая происходит при определенных условиях. Если температура и влажность воздуха не соответствуют необходимым, то следы не появятся. Но иногда следы могут возникнуть даже без инверсии и использования реактивных двигателей.

Ошибочно конденсационный след также носит название реверсивный, конверсионный или торсионный. Подобные названия не имеют никакого отношения к этому явлению. Поэтому применять их не рекомендуется.

После полета на самолете возможно появление вихревого жгута. Он происходит при использовании ложных тепловых целей на военной авиации, когда пилот выпускает специальные средства для отведения ракеты с инфракрасной головкой самонаведения от самолета. ЛТЦ, попадая в атмосферу, смешиваются не только с основным потоком воздуха, но и с областью, прогретой двигателями. Их температура значительно выше, а выбрасываются они в большом количестве одновременно.

Результатом применения ложных тепловых целей становится визуализация различных жгутов, из которых могут сформироваться красивые картины. Например, «Дымный ангел», получившийся при выстреле ЛТЦ из Boeing C-17.

Жгуты могут появляться самостоятельно и при смешивании с белым следом создают необычные образы, сохраняющиеся на прямой линии. Это вызывает удивление.

Влияют ли следы самолета на климат

Вредный след от самолета может оказывать влияние на климат, однако точно установить это невозможно. Ученые уже несколько десятилетий спорят на эту тему. Одни считают, что авиационные линии помогают защитить поверхность Земли от вредного солнечного излучения и тем самым снижают риск глобального потепления. Другие же утверждают, что эти следы могут усилить парниковый эффект и нарушить естественный процесс охлаждения атмосферы.

Исследователи предлагают пилотам изменить маршрут полета, учитывая влажность воздуха. Они предлагают избегать некоторых участков воздушного пространства. Однако, такое решение может привести к увеличению расхода топлива и выбросу вредных веществ в атмосферу.

Некоторые люди научились использовать следы в небе для прогноза погоды. Яркие и четкие полосы указывают на высокую влажность и возможность дождя, в то время как отсутствие следов предвещает ясную солнечную погоду без осадков.

Во время полета самолетов на их траектории образуются конденсационные следы. Это происходит при высокой влажности воздуха и низкой температуре. Чаще всего такие следы можно увидеть за авиацией, летящей на высоте свыше 8000 м. В остальных случаях они являются редкостью.

Почему самолёт оставляет белый след

Для понимания процесса формирования белых полос на поверхности от летательных аппаратов, можно выполнить небольшой опыт.

В жаркий день возьмите бутылку, налейте в неё воду и положите в холодильник на несколько часов. Если вытащить бутылку через отведённое время и поставить её на стол, то вскоре можно заметить, как поверхность пластика запотевает, и на бутылке образуются водяные капельки.

Это конденсат, который образуется из-за разницы температур. Холодная бутылка в теплом помещении или прохождение по морозу в очках и вход в теплое помещение вызовут такой эффект, когда стекла запотеют.

Конденсат и белый след самолета — это связанные вещи. Такой след называется конденсационным, и он образуется двигателем самолета, а не природой. В сущности, это облака, которые оставляет летательный аппарат в своём пути.

Конденсационный след возникает из-за влажного воздуха и низкой температуры за бортом. Когда топливо (керосин) сгорает в моторе самолета, выходят горячие струи газа и пара. Но во время полета на большой высоте температура составляет примерно минус 40 градусов, и пар становится конденсатом, превращаясь в туман или ледяные кристаллики.

Кристаллы испаряются медленнее, чем обычная вода. По этой причине белый самолётный след остаётся на небе очень долгое время. При этом чем выше влажность климата и чем холоднее за бортом, тем белые полосы длиннее, гуще, ярче.

Почему за некоторыми самолётами нет следа

Иногда можно увидеть, что летательный аппарат летит на большой высоте, но не оставляет за собой белых следов. В чем может быть причина? Такое явление также имеет объяснение.

Конденсационный след обусловлен влажностью воздуха. Высокая влажность воздуха означает большое количество мелких водных частиц, которые замерзают при низких температурах, когда подвергаются пару от сгоревшего топлива.

Если самолет летит над зоной с сухим воздухом (то есть, когда в воздухе почти нет маленьких водяных частиц), то ничего не замерзнет за бортом. В таких районах конденсационный след может быть очень бледным или вообще отсутствовать, и он быстро исчезнет.

Обычно у самолётов и вертолётов, летающих на низкой высоте, не образуется конденсационный след. Это происходит потому, что температура воздуха за бортом недостаточно низкая, и частицы воды не успевают превращаться в кристаллы.

Кстати, в некоторых северных регионах, где температура воздуха доходит до минус 50 градусов и ниже, конденсационный (или инверсионный) след от воздушного судна может образоваться даже на самом взлёте или при посадке!

Белый след и окружающая среда

Если белые следы в небе от самолетов — это облака из конденсата, то они вредят окружающей среде? Ученые до сих пор не знают точного ответа.

В атмосфере имеются конденсационные следы, которые защищают землю от вредоносного ультрафиолетового излучения солнца. Это позволяет снизить риск ускорения глобального потепления и изменения климата на планете.

Некоторые ученые утверждают, что конденсационный след является первопричиной парникового эффекта. Они полагают, что естественное охлаждение воздуха прекращается, что ведет к неблагоприятным последствиям.

Что это за след в небе?

По словам доцента кафедры общей физики НГТУ, кандидата технических наук Валерия Христофорова, след в небе — обычное явление.

— Это переохлажденный водяной пар. Когда самолет летит, из выхлопа у него выбрасываются мелкие частички, и на этих частичках конденсируется вода. Мы видим, по сути дела, туман, который образуется в переохлажденном воздухе. Там очень чистый воздух, поэтому там просто так облако не образуется, а когда там выбрасываются частички, на них образуются капельки воды, — объяснил ученый.

Он отметил, что след может не появиться, если воздух не переохлажден.

Как сообщил доцент кафедры технической теплофизики факультета летательных аппаратов НГТУ Максим Горбачев, следы от самолета могут содержать вредные вещества, однако они не представляют большей опасности, чем выбросы автомобиля.

Из двигателя самолета выходят дымовые газы, которые на высоте конденсируются в виде белой влаги. В этих газах присутствуют отработанные примеси, но их концентрация настолько мала, что экологический вред от автомобиля на земле больше. Любой двигатель внутреннего сгорания выделяет вредные вещества, но для экологии лучше совмещать быстрое перемещение с меньшим вредом.

Почему самолет оставляет белый след и как он называется: реактивный, спутный, конденсационный и инверсионный

При наблюдении за небом можно заметить две белые полосы, оставляемые самолетом. Это может показаться необычным для тех, кто ранее не обращал внимания на летящие над ними самолеты.

В детстве часто возникают удивление и масса вопросов, но со временем все это исчезает и явление становится обыденностью.

Причины появления белой полосы за самолетом довольно просты.

Почему за самолетом остается след, а иногда нет?

Пролетающий в небе самолет – это красивое зрелище. Особенно когда он оставляет за собой след, который может тянуться через все небо. Со временем этот след исчезает, его разносят ветра, царящие в небе. Он может быть длинным или коротким, а иногда самолет не оставляет его вовсе. С чем связаны эти явления, почему след иногда остается, а иногда – нет, и из чего он состоит?

Многие любопытные люди интересуются этими вопросами. Чтобы понять все нюансы, нужно сначала понять, из чего состоит этот след.

Почему след виден не всегда?

Конденсация воды

Кристаллизация воды, выбрасываемой двигателями, происходит быстрее и полнее при более низких температурах на улице. Если самолет летит низко, то следа за ним не видно или он едва заметен. Однако, когда крылатая машина поднимается выше, температуры становятся ниже. В высоких слоях может быть до -40 градусов, что приводит к мгновенному замерзанию влаги и образованию густого следа. Даже дыхание человека замерзает при таких температурах. Ранее, примерно 50-60 лет назад, пилотам выдавали теплую одежду и полушубки для полетов в любое время года, чтобы они не замерзли в кабинах.

Если воздушный поток, в котором находится самолет, характеризуется помимо пониженной температуры также безветрием или слабым ветром, то след, оставляемый самолетом, остается компактным и не раздувается. Такой след можно наблюдать с земли в течение нескольких часов. Однако, если воздушный поток имеет более сильный ветер, след исчезнет быстро. Иногда след исчезает неравномерно, что указывает на наличие в атмосфере воздушных потоков.

На различных высотах ветер может иметь различную силу и направление.

Люди могут зафиксировать направление ветра на поверхности Земли, которое может не соответствовать направлению и силе ветра в более высоких слоях атмосферы.

Многие заметят, что ветер дует в одном направлении, а тучи движутся в другом. Это связано с направлением ветра и его изменчивостью в разных слоях.

След самолета может исчезать и появляться снова, это происходит из-за близости к теплым слоям атмосферы, которые прогреваются от поверхности планеты, при наборе высоты или снижении. Обычно след отсутствует при посадке или взлете. Однако, как только самолет поднимается выше, на высоту нескольких километров, «хвост» незамедлительно появляется и повторяет путь летательного аппарата.

Отчего в небе возникает инверсионный след за самолетом?

Многократно мы смотрим вверх на голубое небо и наблюдаем, как за высоколетящим самолетом оставляется беловатый след, который может быть длиной в километры.

Иногда самолет, находящийся на приблизительно такой же высоте, не оставляет следа.

Название данного следа — инверсионный или конденсационный, что указывает на его возможное образование. Он обычно появляется на больших высотах и состоит из мельчайших кристаллов льда и водяного пара.

Конденсационный след возникает из-за отработанных газов, образованных при сгорании авиационного топлива, содержащих водяной пар и повышающих точку росы в области выхлопа двигателей.

При наличии точки росы выше температуры окружающего воздуха, водяной пар начинает конденсироваться. Температура воздуха на высоте 10000 метров составляет около минус 40-50 градусов Цельсия.

Центры конденсации сформированы мельчайшими частицами серы и сажи, присутствующими в выбросах двигателя.

Этот след, образующийся при конденсации, представляет собой искусственное облако, состоящее из водных частиц. С течением времени эти частицы испаряются, и след исчезает. Если воздух слишком сухой, то процесс испарения происходит быстрее. Время существования конденсационного следа зависит от атмосферных условий — влажности и температуры воздуха.

В холодном воздухе влага быстро превращается в лед и испаряется медленно. Поэтому следы конденсации могут висеть в небе долго. Иногда эти следы наблюдаются в течение суток и имеют длину более 100 километров.

Возможно заметить аналогичный эффект за самолетами, вызванный вихревыми жгутами на концах крыльев при больших углах атаки. Такой эффект возникает из-за различных давлений на разных сторонах крыла, что приводит к понижению температуры воздуха внутри вихрей.

Эти следы содержат влагу, но образуются не из выхлопных газов или продуктов сгорания.

След, оставляемый военными самолетами при конденсации, является нежелательным, так как он может обнаружить самолет и раскрыть его местоположение через значительное время после прохождения. Для снижения этого риска могут быть задействованы метеорологи, которые могут предоставить данные о вероятности образования следов на различных высотах.

Конденсационный след может наносить вред природе, так как со временем может превращаться в перистые облака и изменять отражающую способность атмосферы. Грета Тунберг из-за этого не летает на самолете.

Природа появления инверсионного (конденсационного) следа

Конденсационный след — это след, который можно увидеть в небе за летательными аппаратами в определенных условиях атмосферы. Он образуется при определенных соотношениях параметров и часто наблюдается в верхних слоях тропопаузы и реже — в стратосфере.

Конденсационный след представляет собой отдельную группу облаков — техногенные (исскуственные) облака — Cirrus traktus (Cс trac., cirrus — перистый, tractus — следы).

Возникновение явления обусловлено двумя основными причинами.

• Первая — повышение влажности воздуха, когда к атмосферному водяному пару добавляется водяной пар, образованный в результате сгорания топлива. Это повышает точку росы в ограниченном объеме воздуха (за двигателями), и если она становится выше температуры окружающего воздуха, то при остывании отработанных газов избыточный водяной пар конденсируется (сублимируется).

Конденсационный след

• Вторая причина — снижение давления и температуры воздуха над крылом и внутри вихрей, которые возникают при обтекании различных частей самолета.

Сильнейшие вихри возникают на концах крыльев и откидных поверхностей, а также на концах лопастей воздушных винтов.

При понижении температуры ниже точки росы, избыток водяного пара атмосферы может конденсироваться (или сублимироваться) в вихрях и над крылом.

Конденсационные следы от поршневых самолётов B-17, Вторая мировая война Отчетливо виден конденсат внутри вихрей, сбегающих с концов лопастей

След, образованный завихрениями на концах крыла, называется конденсационным.

Часто можно увидеть следы, образованные в результате сочетания этих двух факторов. Имеет большое значение тот факт, что на большой высоте не хватает центров конденсации, поэтому даже при достижении температуры, ниже точки росы, влага в атмосфере часто остается в газообразном состоянии.

Полёт самолёта приводит к возникновению множества центров конденсации, что способствует быстрому образованию следа конденсации. Центрами могут являться частицы топлива, которые не полностью сгорели.

Из-за низкой влажности воздуха конденсированные или сублимированные частицы воды испаряются, поэтому след со временем исчезает.

Возможность появления и продолжительность существования конденсационного следа зависят от температуры и влажности окружающей среды. Вид следа также определяется этими факторами.

При сухом воздухе капельно-жидкая вода быстро испаряется, и след от конденсации быстро исчезает.

При высокой влажности воздуха (близкой к 100% относительной влажности) данное явление может продолжаться продолжительный период.

При высокой влажности воздуха конденсационный след остается неизменным, постепенно увеличиваясь в размере и способствуя образованию перистых облаков.

При высокой температуре и низкой влажности след может не появиться.

При повышенной влажности и низкой температуре происходит конденсация (сублимация) влаги, что приводит к насыщенности и увеличению длины следа, который может сохраняться на протяжении длительного времени.

При высокой влажности и низкой температуре образуется много конденсированного водяного пара, что затрудняет испарение и создает конденсационные следы, которые могут сохраняться долгое время. В условиях перенасыщенной влагой атмосферы конденсационный след становится стабильным, постепенно увеличиваясь в размерах и способствуя образованию перистых облаков.

На Полярной Станции Скота Амундсена, расположенной на высоте 2830 метров над уровнем моря, при определенных условиях (температура воздуха минус 50 градусов и ниже) на снежном (ледовом) аэродроме образуются конденсационные следы. Это происходит уже на взлете или при посадке за турбовинтовыми самолетами, такими как С-130 «Геркулес» из состава «Снежного Крыла» ВВС США.

Причины появления неравномерных конденсационных следов

Неравномерное распределение водяного пара в атмосфере вызывает неравномерное образование следов. Несколько причин неравномерности следов могут быть приведены в качестве примеров:

Концевой вихрь крыла

Летящий самолет оставляет за собой возмущенную область атмосферы, называемую спутным следом. Этот след образуется в основном реактивными струями двигателей и концевыми вихрями от крыла. Скручивание объясняется разницей давлений на нижней и верхней поверхностях крыла.

При движении воздуха над крылом возникают сильные вихри в области окончания крыла, когда воздух из зоны повышенного давления на нижней поверхности перетекает в зону пониженного давления на верхней поверхности. Чем выше подъемная сила и разница давления, тем сильнее эти вихри.

Скорости, возникающие в вихревом следе диаметром 8-15 м, могут достигать 150 км/ч.

Мираж 2000 и F-16C, летящих с большим углом атаки.

Для визуализации концевого вихря использовался трассер-генератор дымного следа. Воздействие вихревого следа вызывает возмущения атмосферы, которые продолжаются некоторое время и постепенно затухают, что приводит к снижению окружной скорости движения.

Вихри взаимодействуют друг с другом, поэтому они опускаются и расходятся.

Просматривая инверсионный след летящего самолета, мы замечаем, что через примерно 30-40 секунд после прохождения самолета, инверсионный след начинает изменять свой облик под влиянием формирующегося вихревого следа. При пересечении этих следов возникают сложные формы, которые соблюдают определенные закономерности.

Количество двигателей самолета

Количество двигателей и их расположение на самолете влияют на тип конденсационного следа — он может быть однополосным или двухполосным.

Часто встречающиеся изменения конденсационного следа показаны на рисунках. Рисунок 5 — след с двумя полосами; на рисунке 6 показано, как след скручивается под воздействием концевого вихря. Рисунки 7 и 8 иллюстрируют более сложные случаи взаимодействия следа с вихрем.

Конденсационный след и его изменение отражают аэродинамические явления, происходящие во время полета самолета.

Отрывно-вихревые течения

При маневрах на больших углах атаки (20° и более) изменяется обтекание поверхностей самолета. На верхней поверхности крыла и фюзеляжа образуются отрывные области, где из-за понижения давления возникает конденсация влаги из атмосферы. Это позволяет наблюдать за полетом без трассеров.

Истребитель Су-21 в облачном ореоле, образовавшемся на верхней поверхности планера при полете на большом угле атаки.(слева). Появление вихревого жгута и области отрыва на поверхности крыла у бомбардировщика В-1А.(справа)

Яркий след форсажа

Современные истребители используют двигатели с регулируемыми соплами, способными работать со сверхзвуковой скоростью. Во время работы на режиме форсажа давление в сопле превышает давление атмосферного воздуха.

Давление в струе и в атмосфере должны выравняться на большом расстоянии от среза сопла. По мере удаления от среза сопла давление в струе падает, а скорость газа увеличивается.

На рисунке ниже показано увеличение поперечного сечения струи.

Газ расширяется по инерции, и в самой широкой части струи давление понижается ниже атмосферного. Затем струя начинает сужаться, давление в ней увеличивается до атмосферного, и скорость уменьшается.

При торможении сверхзвукового потока возникает прямой скачок уплотнения, который приводит к появлению дозвуковых скоростей и повышению давления выше атмосферного в некоторой части струи, что приводит к изменению ее формы на бочкообразную.

Затем процесс повторяется.

При истечении газовой струей свечение позволяет наблюдать происходящие в ней процессы. Яркие области свечения возникают в местах образования прямых скачков уплотнения. Температура газовой струи превышает 2000 °К.