ШКОЛА В «КВАНТЕ»
Мосты и парашюты
В.ВЫШИНСКИЙ
КАЗАЛОСЬ БЫ, ЧТО ОБЩЕГО МЕЖДУ ПАРАШЮТОМ И
… мостом? Мосты строили тысячи лет, причем это дело считалось настолько важным, что понтификами (pontifices), буквально – строителями мостов, в Древнем Риме называли жрецов, а в настоящее время так называют римских пап. А парашют изобретен всего около ста лет назад (Г.Е.Котельников, 1911 г.). Кроме того, приличный мост весит сотни и тысячи тонн (рис.1), а парашют помещается в ранце. И все же, с
объединяющей мосты и парашюты, является отрывное обтекание их воздухом. Рассмотрим систему двух тел: спускаемый аппарат (СА) + парашют (П) и мост на этапе строительства методом продольной надвижки, когда многобалочная система, пока что облегченная от плит перекрытия, выдвигается от одного быка моста к другому (см. рис.1). И там и здесь мы имеем систему нескольких плохообтекаемых тел и существенно нестационарный (т.е. изменяющийся со временем) отрывной характер течения воздуха. При исследовании таких течений можно считать, что обтекание всех угловых кромок происходит с отрывом потока, а характер обтекания всей системы тел зависит от расстояния между телами – будь то СА+П или выдвинутые балки моста (аванбеки) при их поперечном обтекании. Обсудим процесс спуска груза на парашюте. Изменением расстояния между СА и П можно менять величину силы сопротивления. При расстоянии L между ними, меньшем некоторого критического значения , имеет место обтекание с «открытым следом» (нестационарное обтекание; рис. 3,а), а при – с «закрытым следом» (рис.3,б). Этим пользуются с целью уменьшения динамических нагрузок,
Рис.1. Монтаж моста через реку Томь в городе Томске
точки зрения аэродинамики, в них есть нечто общее: и мост и парашют – плохообтекаемые тела. А что значит – плохо или хорошо? Если при обтекании тела струйки воздуха разделяются в его носовой области и затем вновь соединяются в кормовой точке – это хорошо для самолета или дирижабля, потому что при этом сила сопротивления минимальна. Но парашют в принципе должен иметь как можно большее сопротивление, т.е. быть плохообтекаемым. Встречные струйки тока воздуха, разделившись перед плохообтекаемым телом, уже не соединяются за ним, а образуют вихри. Как говорят аэродинамики, образуется отрыв потока. На рисунке 2 это явление изображено для случая обтекания стержней прямоугольного сечения, например элементов конструкции моста. Таким образом, можно сказать, что общей чертой,
Рис. 2. Раскачка многобалочной конструкции при отрывном обтекании
Рис.3. Изменение схемы обтекания системы двух тел при увеличении расстояния между ними
максимум которых приходится на момент раскрытия парашюта (рис. 4). Резко тормозиться нельзя и по другой причине – спутный след может догнать быстро тормозящийся парашют и смять его. Поэтому применяют несколько парашютов – сначала
Рис.4. Изменение расстояния между спускаемым аппаратом и парашютом для управления величиной аэродинамического сопротивления (ф. – фал, который в момент раскрытия парашюта выбран, т.э. – тормозной экран, использованный на начальном этапе торможения)