Перелеты без тряски: физики решили проблему турбулентности
Резкий крен, падение в воздушную яму и тревожный сигнал ремней безопасности — знакомые ощущения для любого, кто часто летает. Для миллионов пассажиров турбулентность остается главным источником дискомфорта и страха в полете. Но авторы нового исследования обещают перевести ее из разряда непредсказуемых явлений в область точной науки. Они заявили о создании, возможно, самой передовой математической модели турбулентности, которая поможет сделать полет гораздо спокойнее.
Турбулентность — хаотическое, иногда упорядоченное колебание скорости среды (потока) по направлению и величине. Это явление наблюдают в движущемся газе и жидкости — в воздухе и в воде. С появлением авиации пилоты неизбежно сталкивались с турбулентностью и учились обходить грозы и горные районы, где восходящие и нисходящие потоки — обычное дело.
Однако самый коварный вид турбулентности — турбулентность ясного неба. Она возникает внезапно, в небе без облаков или штормов, и ее практически невозможно обнаружить стандартными бортовыми радарами.
В последнее время опасность турбулентности растет. В 2023 году группа британских ученых проанализировала метеорологические данные, собранные за несколько десятилетий. Их вывод шокировал: за период с 1979 по 2020 год интенсивность сильной турбулентности ясного неба над Северной Атлантикой выросла на 55 процентов. Это тревожная тенденция для одного из самых загруженных авиационных маршрутов в мире.
Проблема выходит за рамки простого неудобства. Хотя авиакатастрофы из-за турбулентности крайне редки, травмы пассажиров и членов экипажа — печальная реальность. Совсем недавно, в конце июля 2025 года, рейс авиакомпании Delta Air Lines над штатом Вайоминг в США попал в зону неожиданно сильной турбулентности. Самолет резко тряхнуло, несколько человек получили травмы. Национальный совет по безопасности на транспорте США уже опубликовал промежуточный отчет по этому инциденту.
Ученые признали, что фундаментальное понимание турбулентности до сих пор остается относительно слабым. Нобелевский лауреат Ричард Фейнман однажды назвал турбулентность важнейшей нерешенной проблемой классической физики. Причина сложности кроется в самой природе явления. Турбулентность зачастую рождается из хаоса и зависит от скорости в разных частях потока, то есть факторов, которые быстро меняются во времени и пространстве.
Из-за этого поведение воздушных масс в турбулентном потоке трудно предсказать. Локальные вихри и разнонаправленные движения делают поток чрезвычайно сложным для точного моделирования.
Новый шаг к разгадке этой вековой тайны сделали Бьёрн Бирнир (Bjorn Birnir), руководитель Центра комплексных и нелинейных наук Университета Калифорнии в Санта-Барбаре, и Луиза Ангелута-Бауэр (Luiza Angheluta-Bauer), физик-теоретик из Университета Осло. Их работа, опубликованная в авторитетном журнале Physical Review Research, предлагает модель, которая объединяет два принципиально разных подхода к изучению турбулентности.
Традиционно турбулентность изучают двумя способами. Первый — Лагранжевый подход. В этом случае исследователь следит за отдельным элементом потока. Это похоже на наблюдение за одиноким листом, который несет течением реки. Лист кружится в водоворотах, подпрыгивает на волнах, его путь причудлив и непредсказуем.
Второй способ — Эйлеровский подход. Ученый фокусируется не на движущемся объекте, а на фиксированной точке в пространстве. Представьте себе камень, торчащий из воды. Исследователь смотрит, как вода и ее вихри обтекают этот неподвижный камень. Он видит изменение скорости и направления потока в одной точке, но не следит за отдельной каплей.
Каждый подход хорош по-своему, но ни один не дает полной картины. Лагранжева механика требует сложного моделирования траекторий частиц в потоке. Подход Эйлера проще, но он статичен и не показывает общую динамику потока.
Бирнир и Ангелута-Бауэр создали гибридную модель, которая сочетает оба подхода. Они использовали теоретические выкладки и статистический анализ, чтобы построить мост между двумя методами.
«Турбулентность — это состояние, где все сходит с ума. Вихри ведут себя очень хаотично, существует множество степеней свободы. Новая модель — ключ к тому, чтобы понять этот безумный танец стихии», — пояснил Дж. Дойн Фармер (J. Doyne Farmer), профессор Оксфордского университета, специализирующийся на хаотических системах.
Как именно гибридная модель улучшит полеты? По мнению авторов новой работы, их подход к турбулентности позволит метеорологам создавать гораздо более детальные и точные прогнозы. В перспективе пилоты будут получать не общую карту зон возможной тряски, а конкретные данные о силе, расположении и характере турбулентных потоков на маршруте. Чем лучше модель, чем больше деталей турбулентного течения она учитывает, тем точнее будет прогноз, который получит пилот. А точный прогноз — основа для принятия верных решений в кабине экипажа.
Однако новая модель сама по себе вряд ли попадет в руки пилотов: она сложна и требует навыков в вычислительной гидродинамике. Это не делает открытие бесполезным — ученые рассчитывают, что на ее основе будут созданы прикладные инструменты: улучшенные метеопрогнозы, алгоритмы для бортовых систем и конструктивные решения, делающие самолеты более устойчивыми к хаотичным потокам воздуха.
Telegram 
Дзен 
VK Проблема непереносимости глютена затрагивает до 150 миллионов человек во всем мире. Единственный выход — полностью исключить этот компонент из рациона. Однако существующий безглютеновый хлеб практически не содержит белка и клетчатки, быстро повышает уровень сахара и черствеет. При этом существующие зарубежные рецептуры разработаны под импортное сырье и технологии, что не позволяет применять их к российскому сырью. Ученые Пермского Политеха разработали новые рецептуры безглютенового хлеба и исследовали влияние многокомпонентных мучных композиций и добавок на его качество. Они впервые в России создали смеси, в которых по сравнению с существующими отечественными аналогами в два-три раза больше белка и жиров, а углеводов — на 30-50 процентов меньше.
В древних породах, миллиарды лет пролежавших на дне исчезнувшего озера, ученые обнаружили сложный органический материал. Речь идет о макромолекулярном углероде, найденном в кратере Езеро. Некоторые из этих пород ранее привлекли внимание исследователей необычными пятнами и текстурами, которые рассматриваются как возможные следы микробной активности. Открытие подтверждает, что сложная органика может сохраняться на Красной планете на протяжении длительного времени.
Международная группа ученых сопоставила тексты двух тысяч поп-хитов из США, Германии, Японии и Гонконга за 1970-2019 годы и обнаружила, что рост «я»-местоимений характерен исключительно для западных культур. Причем в странах Восточной Азии этот показатель остается низким.
Паразитические организмы иногда не учитывают, что сами могут оказаться целью паразита более высокого уровня. Сосредотачивая все свои силы на инфицировании и размножении, они остаются беззащитными перед агрессивным специализированным нахлебником.
Интригующие испытания высотного ракетного двигателя Raptor Vacuum для корабля Starship, верхней ступени сверхракеты Илона Маска, парадоксальны. Его работа на уровне моря уже сама по себе загадка. Ведь, по классическим представлениям, высотные двигатели на уровне моря корректно не работают. А сопло RaptorVAC на наземном стенде извергает реактивную струю без всяких признаков нарушения работы. Как такое может быть?
В нижних и верхних слоях Урана астрономы впервые зарегистрировали угарный газ и циановодород. Новые данные указали на то, что недра планеты могут быть значительно обогащены кислородом. Это открытие поможет разрешить давнюю загадку о том, сформировался ли Уран иначе, чем его ближайший сосед Нептун, или их образование шло по схожему сценарию.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии