4. Wpływ wirów za samolotem na struktury na ziemi
W rozdz. 2 rozważyłem dość dokładnie kwestię 
palenia i burzenia hipotetycznych struktur przez strugi  PLF101 lecącego
 koło 'pancernej' brzozy. Okazało się, że strugi nie są groźne ani 
termicznie, ani mechanicznie.
Zwróćmy się jeszcze do fizyki z czwartym pytaniem, czy
 'downwash' lub wiry koncówkowe (wingtip vortices) bardzo nisko lecącego
 samolotu mogą spowodować przewrócenie lub zniszczenie komórki, domku 
drewnianego, czy czegoś podobnego?
Podam najprostsze obliczenie, ale uprzedzam, 
ze nie uwzglednia ono tego, ze wir tupolewa jest nie pojedynczym wirem 
koncowkowym tylko jest suma wirow zrzucanych na duzej dlugosci skrzydla.
 nie uwzglednia ono tez efektu gruntowego. tu jednak zalezy nam na 
szybkiej i przyblizonej odpowiedzi, nie wymagajacej szczegolowych 
rachunkow, takich jakie moze opisze pozniej.  bedzie to odgorne 
oszacowanie charakterystycznych predkosci powietrza wzbudzanych w 
rozsadnej odleglosci 10 m od liniowego wiru koncowego, ktory w tym 
uproszczonym modelu zastepuje wszystkie indywidualne wiry skosnego 
skrzydla tupolewa. zaczne od wyprowadzenia prawa Kutty-Zukowskiego (jest
 to poprawny dowod heurystyczny, czyli taki troche na skroty). na koniec
 przetlumacze to oszacowanie na nadcisnienie dynamiczne i wtedy ocenimy 
na ile moze byc destrukcyjne.
Wezmy kawalek skrzydla nie skosnego o dlugosci
 Δy (uprzedzalem, ze bedzie to uposzczony opis skrzydla, maksymalizujacy
 wzbudzone pole predkosci, stad proste skrzydlo). niech  V = v + δv 
bedzie predkoscia powietrza przy gornej powierzchni skrzydla, zas V = v 
(predkosc samolotu) predkoscia powietrza na dolnej powierzchni skrzydla.
Cyrkulacja Γ, czyli calka liniowa z predkosci 
powietrza wzdluz zamknietej drogi calkowania wiodacej dokola profilu 
skrzydla, to mniej wiecej szerokosc skrzydla, s , razy roznica predkosci
 na gorze i na dole,
Γ = s δv
Siła nośna ΔF  to pole powierzchni skrzydla 
s*Δy, razy roznica cisnien, ktora wezmiemy ze slynnego rownania 
Bernoulliego, p/ρ + (1/2) V2 = const. ,  mowiacego ze im szybszy przeplyw, tym mniejsze cisnienie.
Δp= (1/2) ρ Δ(V2),
gdzie ρ jest gestoscia powietrza, a Δ(V2) = (v + δv)2 - v2 jest roznica kwadratu predkosci na gorze i na dole profilu. mamy wiec, po pominieciu malego (δv)2 
ΔF = ρ s Δy v δv = Γ v ρ Δy,  czyli innymi slowy
ΔF/Δy = Γ v ρ.
To właśnie zapowiadane twierdzenie o sile 
nośnej i cyrkulacji opływu wokół skrzydła, leżące u podstaw lotnictwa. 
Zostalo odkryte niezależnie przez Kutte i Żukowskiego w pierwszej 
dekadzie 20-go wieku. Mówi, że siła nośna na jednostkę długości skrzydła
 (ΔF/Δy) to cyrkulacja Γ pola prędkości wokół profilu razy gęstość 
powietrza, razy prędkość samolotu.
Mamy Γ = v ρ ΔF/Δy. jesli wstawimy tu za Δy 
rozpietosc y skrzydel tupolewa, a za siłę nośną ΔF cały jego ciężar 
równy W razy 1.3 (takie bylo rejestrowane przeciążenie w okolicach 
brzozy, 1.3g), to dostaniemy oszacowanie cyrkulacji wiru równoważnego 
pod wzgleędem siły nośnej jego skrzydlom w interesujacym nas momencie:
Γ = 1.3 W/(v ρ y).
Wiedząc, że ten sam wir odpowiedzialny za F 
zagina sie i jest zrzucany na koncu skrzydla jako dwa wiry koncowkowe, 
od razu rozumiemy, ze downwash zwiazany z sila nosna i downwash od wiru 
koncowkowego sa podobnej wielkosci. do oceny tych zaburzen predkosci pod
 samolotem wystarczy wiec jedno oszacowanie.
pole predkosci powodowane przez prostoliniowy
 nieskonczony wir to v(r) = Γ /(2 π r), w odleglosci od wiru rownej r.  
chcemy teraz dostac oszacowanie na vrot, tj. ile km/h wieje 
wiatr w kierunku od samolotu, w wirze koncowkowym w punkcie oddalonym o r
 = 10 m od konca skrzydla. (biore 10 m, czyli 0.3 rozpietosci skrzydla, a
 nie jakas mniejsza wartosc, aby uniknac zupelnie sztucznego zawyzonego 
wyniku w przypadku zblizenia sie do osobliwosci wiru liniowego. w 
istocie bowiem ten wir to nie jest wir liniowy tylko warstwa wirowa 
(vortex sheet) zlozona z wielu konkurujacych ze soba wirow, co w 
rzeczywistosci wspaniale eliminuje osobliwe zachowanie predkosci w 
poblizu linii naszego wiru).przyczynia sie do tego dodatkowo skos 
skrzydla (delto-ksztaltnosc).
vrot(r) = Γ /(4 π r)
(roznica wspolczynnikow 2 wczesniej i 4 teraz bierze 
sie stad, ze wir koncowkowy nie jest nieskonczony tylko 
pol-nieskonczony, stad pol predkosci pod linia skrzydla).
vrot = 1.3 W/(4 π r v ρ y)
poniewaz 1.3 W ~ 102 ton sily ~ 1000 kN, wiec
vrot = 1000 kN/(4 * 3.14 * 75 m/s * 1.28 kg/m3 * 10 m) = 82 m/s
pamietajmy, ze to bylo zawyzone oszacowanie 
predkosci w wirze od prostoliniowego skrzydla, ktore zrzuca tylko dwa 
wielkie wiry. w rzeczywistosci, sidewash/downwash od wiru koncowkowego 
pewnie nie przekroczy vrot ~ 50 m/s, a wiec dzialajac na jakis przedmiot nie wywola na nim cisnienia dynamicznego wiekszego, niz
p = (1/2) ρ vrot2 = 0.5*1.28*502 N/m2 = 1600 N/m2 = 0.016 atm
* * *
czy jest to duze nadcisnienie? nie.
w praktyce wyburzania przy uzyciu eksplozji, a
 wiec fal uderzeniowych, nie dajacych szansy na wyrownanie cisnienia w 
trakcie narastania cisnienia po jednej stronie sciany, drzwi lub okna, 
takie cisnienie byloby nie destruktywne, ale tez nie duzo mniejsze od 
potencjalnie destruktywnego. uwaza sie, ze do zniszczenia szyby szklanej
 potrzeba nadcisnienia 0.02...0.07 atm, do zburzenia lekkiej scianki 
dzialowej 0.07 atm, do zburzenia porzadnej, nieobciazonej sciany 
ceglanej 0.10-0.15 atm. niestety nie znalazlem oceny wytrzymaloci malej 
budki. moge ocenic, ze jest tez rzedu ~0.1 atm nadcisnienia, bo drewno 
nie kruszy sie tak jak sciana z cegiel i w istocie znaczni lepiej 
przenosi naprezenia zwiazane np. z trzesieniami ziemi. mieszkalem kiedys
 w domku z redwoodu, poddanego czestym wstrzasom - nic mu sie nigdy nie 
stalo.
jednak w naszym przypadku nadcisnienie nie 
przyszlo z fala uderzeniowa, a naroslo dosc wolno wraz z przesuwajacym 
sie bardzo przeciez poddzwiekowo samolotem. slabo zbita komorka 
przepuszcza powietrze i pozwala na czesciowe wyrownanie cisnien. wniosek
 stad, ze oszacowane nadcisnienie dynamiczne powodowane przez wirujace 
za samolotem powietrze  (~0.02 atm) nie moze w zaden sposob zburzyc domku czy latryny. jest mozliwe, ze potlucze w takiej budowli szyby (jesli przeplyw indukowany przez skrzydlo bedzie odpowiednio do nich ulozony).
nie jest to w zadnej sprzecznosci z groznym 
wplywem wake turbulence (niedobra lotnicza nazwa na wingtip vorticity) 
na stabilnosc wolnego lotu na podejsciu do ladowania malego samolotu, 
podazajacego w odstepie mniejszym niz 2 minuty za ciezkim samolotem.
Skąd taki wysyp ekśpertów
@Autor
>>>nie moze w zaden sposob zburzyc domku czy latryny
Jakby stanął pan w takim momencie za tą latryną to wie pan gdzie ruchem wirowym wydmuchało by jej zawartość?
(bo jak już coś liczyć to rzetelnie aby się kiedyś nagle nie obudzić cały w g....)
@nagle ociemniały
i to pod przelatującym Tu154M?
@nagle ociemniały
Buhahahahahahahahahahahahahahahahahaha, ależ lama!!!!!!!!!!
@Jeremiasz Paliwoda
Po prostu lecą pod wirami tankowca. Nie inaczej jest z szybowcami na holu. Te lecą nad wirami.