A Kopp-Etchells effektustól a Prandtl–Glauert jelenségig

A fizikai effektek a katonai és polgári repülőtechnikai eszközök üzemeltetése során különbözőképpen jelennek meg: időnként a helikopterek irányíthatóságát befolyásolják (rontják), más esetben a helikopter rotorlapátjainak törővégein villódzás (fényjelenség) látható, kikapcsolt fények esetén. A jelenségek egy része csak „látványosság”, a repülőeszköz irányíthatóságát nem befolyásolja. Vannak azonban olyanok, amelyek veszélyt jelentenek mind a személyzet, mind az utasok számára, és azokat a tapasztalatlan pilótáknak kivédeni nem egyszerü.

Tribolumineszcencia egy CH-47F Chinook rotorlapátjainak törővégein(Fotó: Egyesült Államok Hadserege) Napjainkban a helikopterek gyakran hajtanak végre repüléseket sivatagi körülmények között, ahol a le- és felszállások során por- és homokfelhőt kavarnak, aminek következtében a rotorlapátok törővégein egy „glória” szerü fényjelenség alakul ki. A tribolumineszcencia – anyagok, esetünkben homokszemek karcolása, dörzsölése, hasítása során keletkező fényjelenség. A legtöbb esetben a lumineszcenciát (lumineszkálást) elektromos kisüléssel magyarázzák, amelyek a kristályokban fellépő deformációk során jönnek létre. Például a cukorkristály feltünő kék fényt ad hasadáskor, míg a gyémánt a feldolgozás során először kék, majd zöld fényt ad.

A tengerészek védőszentjéről, Szent Elmo-ról elnevezett jelenségről szóló első, írásos emlék 1886-ból származik. Először a tengerészek figyelték meg, amikor viharban a hajók árbocainak végén „korona” szerü fényjelenséget láttak. Az elnevezés eredete egy legendás esetre vezethető vissza, amikor is Szent Elmo (Szent Erasmus) tovább folytatta prédikációját annak ellenére, hogy a közvetlen közelében sújtott le egy villám. E tett volt az, ami miatt a viharoktól, villámlásoktól fenyegetett tengerészek őt választották patrónusuknak. Az árbocokon felvillanó fényeket a hajósok égi jelnek tekintették, hogy Elmo megvédelmezi őket; innen az elnevezés „Szent Elmo tüze” – ami nem más, mint egy zivataros időben előforduló meteorológiai jelenség.

Szent Elmo tüze egy KC-135 Stratotanker pilótakabinjának üvegén(Fotó: Amerikai Légierő) Az erős elektromos mező hatására a kérdéses tárgynál – árboc, villámhárítók, repülőgépek szárnyvége – a levegő olyannyira ionizálódik, hogy szabad szemmel láthatóvá válik. Napjainkban a flották tekintetében ritkán figyelhető meg a Szent Elmo tüze a hajók kialakítása miatt. A repülésben a jelenség a pilótakabin üvegén, a már említett szárnyvégeken, valamint az elektromos túlfeszültség elvezetőknél jelentkezhet vihar közelében, vagy viharon keresztül végrehajtott repülések során.Egy sokkal elterjedtebb fizikai jelenség, amikor a repülőgép eléri a hangsebességet és a repülőgép mögött egy felhő keletkezik. A jelenség a Prandtl-Glauert szingularitás. A hangsebesség elérésekor a levegőben található pára két, nagynyomású levegőréteg közé préselődik, és amikor a repülő objektum átlépi a hangsebességet, a pára kicsapódik – kialakul a „felhő”.

A Prandtl-Glauert jelenség egy F-22 Raptor repülése során(Fotó: Amerikai Légierő) A Prandtl-Glauert jelenséggel azonban nem csak abban az esetben találkozhatunk, amikor egy repülőgép átlépi a hangsebességet. Hasonló felhő alakulhat ki magas páratartalom mellett egy gyorsan haladó autó mögött, de megfigyelhető akár egy lövedék röppályáján is.A repülőgépek esetében gyakran előforduló jelenség az úgynevezett felszínhatás, amelynek során a pilóta leszállás során úgy érezheti, hogy „lebeg” a repülőgép, míg felszállás során a felszínhatás ideiglenesen csökkentheti az átesési sebességet. Ezt a hatást használták (ki) a az ekranoplanok – párnahatás-repülőgépek tervezésénél és fejlesztésénél, amelyek kis magasságban, akár föld- vagy vízfelszín fölött képesek a levegőben maradni.

"Héja" (Luny) ekranoplan-rakétahordozó(Fotó: topwar.ru) Ennek érdekében nagy nyomású gázt (ami akár égéstermék vagy levegő is lehet) juttatva a gép szárnya és a felszín közé aerodinamikai felhajtóerőt létrehozva az ekranoplanok a levegőben képesek maradni.Az örvénygyürü jelenséggel ritkábban találkozhatunk a repülésben, mint a már bemutatott Szent Elmo vagy Prandtl-Glauert jelenségekkel. Az örvénygyürüvel a helikopterek pilótái találkozhatnak abban az esetben, ha a helikopter függőleges ereszkedése közben az alulról érkező légáramlás sebessége megközelíti a rotoron keletkező indukált sebesség értékét. Ebben az esetben a rotoron áthaladó levegő egy zárt örvénygyürüt alkot, aminek következtében a helikopter irányíthatósága rendkívül nagymértékben csökken, a rotorlapátok emelő ereje megszünik.

Az Oszama Bin Laden elleni akcióban lezuhant amerikai helikopter(Fotó: EPA) Információk szerint az örvénygyürü miatt vesztette el egy helikopterét az amerikai SEAL elitegység 2011 májusában, Oszama Bin Laden likvidálása során.Még egy érdekes, a repülésben előforduló jelenség, a Coanda-effektus, amely Henri Coanda (1885–1972) román repülőmérnökről kapta az elnevezést. A repülőmérnök az 1900-as évek elején olyan repülőgépet épített, amelyet egy csőben forgó, több ágú légcsavar mozgatott. Coanda az általa folytatott kísérletek során azt tapasztalta, hogy az áramló levegő követi a tengelyével párhuzamos felület elhajlását. Az elv későbbi alkalmazásával a sikerült megnövelni a repülőgépek szárnyfelületén keletkező felhajtóerő nagyságát, javítani a szárnyak körül kialakuló áramlásviszonyokat. A Coanda-effektust a repülőgép építésben ritkán alkalmazzák.

An-72 katonai szállító repülőgép(Fotó: Orosz Védelmi Minisztérium) Egy tipikus példa az alkalmazásra az An-72 típusú katonai szállító repülőgép, amelynek sugárhajtómüvei a repülőgép szárnyfelülete felett helyezkednek el.

A titkosítás alól feloldott "Projekt 1794)(Fotó: Egyesült Államok kormánya) Az 1950-es évek közepén a kanadai Avro Aircraft repülőgépgyár „Projekt 1794” kód alatt futó fejlesztése keltette fel az Amerikai Légierő érdeklődését. A repülő objektum tányér (korong) alakú volt és éppen a Coanda-effektusnak köszönhetően lett volna képes repülni.