2.129. Аэродинамика кабелей и проводов

Сильный порыв ветра раскачивает тросы и провода линии электропередачи, толкая их в направлении ветра. Почему же некоторые тросы и линии электропередачи пляшут на ветру, иначе говоря, колеблются в направлении, перпендикулярном их длине и направлению ветра? Иногда такие колебания могут вызвать короткое замыкание, привести к обрыву проводов или разрушить опоры линии электропередачи. Обрыв проводов и разрушение опор случаются чаще, когда на провода налипает снег.

Колебания тросов стали причиной неприятностей после открытия в 1995 году вантового моста Нормандии — одного из самых длинных (2350 м) подвесных мостов в мире. Хотя пляска тросов не привела к разрушению моста, с ней было связано быстрое старение тросов, что привело к их незапланированной преждевременной замене.

В чем причина пляски тросов и проводов?

ОТВЕТ • Когда над тросом проносится ветер, с подветренной стороны воздушный поток разбивается на вихри. Если трос подвешен горизонтально, вихри срываются с троса попеременно то сверху, то снизу. В местах, где образовались вихри, давление уменьшается. Следовательно, давление сверху и снизу троса периодически меняется. Образование вихрей и периодические изменения распределения давления происходят с определенной частотой, зависящей от скорости ветра и диаметра троса. Если эта частота совпадает с собственной (резонансной) частотой колебаний троса, трос начинает раскачиваться, как говорят, входит в резонанс. Это и есть пляски проводов. Провода различной длины колеблются с разными частотами, но порывы ветра могут привести к колебаниям нескольких линий с разными резонансными частотами.

Чтобы спасти мост Нормандии от разрушения, строившие его инженеры наняли скалолазов, которые подтянули тросы и связали их веревками. Поскольку соседние тросы были разной длины, их резонансные частоты не совпадали. Связав в определенных точках тросы с разными резонансными частотами, удалось остановить пляску тросов. Связанные тросы гасили колебания друг друга.