Безопасность в техносфере, 2013, № 5(44)

Пятое Всероссийское совещание  
заведующих кафедрами вузов в области безопасности 
жизнедеятельности и защиты окружающей среды

(Москва, 30.09–6.10. 2013 г.)

Выступает чл.-корр. РАН Махутов Н.А.

Выступает чл.-корр. РАН 
Тарасова Н.П

Выступает представитель 
ГД РФ Гракович В.Ф.

Выступает представитель 
МЧС России Таранов А.А.

Выступает представитель 
Ростехнадзора Бацюн Г.Е.
В совещании приняли участие 207 представителей 67 вузов  
из 47 городов России, 5 издательств, 7 журналов

№ 5 (44)/2013 
сентябрь–октябрь

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ И ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЖУРНАЛ
SCIENTIFIC, METHODICAL AND INFORMATION MAGAZINE

В номере 
In this issue

ЧрезвыЧайные ситуации

EmErgEncy

А.Ю. Вараксин 
A.Yu. Varaksin
Физическое моделирование воздушных смерчей   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .3
Physical Modeling of Tornadoes

Контроль и мониторинг
Control and monitoring

Р.М. Коган, В.А. Глаголев
R.M. Kogan, V.A. Glagolev
Система пространственного прогноза возникновения пожаров 
по погодным и лесорастительным условиям  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 11
System of Spatial Forecast of Fires Emergence on Weather and Forest  
Vegetation Conditions

ЭКологиЧесКая безопасность

ECologiCal safEty

В.В. Багров, Д.Ю. Графов, А.В. Десятов, Н.Е. Кручинина, К.А. Кутербеков
Т.Н. Нурахметов, Р.В Якушин
V.V. Bagrov, D.Yu. Grafov, A.V. Desyatov, N.E. Kruchinina, K.A. Kuterbekov,  
T.N. Nurakhmetov, R.V. Yakushin
Экологически безопасный кавитационный способ генерации водорода  
в потоках воды с возникновением слабо ионизированной плазмы   .  .  .  .  .  . 21
Ecologically Safe Cavity Way of Hydrogen Generation in Water Flows  
with Low Ionized Plasma Emergence

Н.И. Николайкин
N.I. Nikolaykin
Новые приоритеты в сфере защиты окружающей среды от воздействия 
гражданской авиации .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 25
New Priorities in the Environment Protection against Civil Aviation Influence

промышленная безопасность

industrial safEty

В.В. Никулин, В.В. Богач, В.А. Потапкин 
V.V. Nikulin, V.V. Bogach, V.A. Potapkin
О требованиях к взрывозащите оборудования при проведении 
газоспасательных работ  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 31
About Requirements to Protection of Equipment from Explosion during  
Gas-Rescuing Work

методы и средства обеспеЧения безопасности

mEthods and mEans of safEty

А.С. Камруков,Н.П. Козлов, Д.О. Новиков, А.Ф. Селиверстов 
A.S. Kamrukov, N.P. Kozlov, D.O. Novikov, A.F. Seliverstov
Новая технологическая схема очистки сточных вод  
с высокой концентрацией органических загрязнителей  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 35 
New Technological Scheme of Sewage Treatment with High Concentration 
of Organic Pollutants

Свидетельство Роскомнадзора

ПИ № ФС77-44004
Издается с 2006 года

Учредитель:
Коллектив редакции журнала

Издается: 
при поддержке МГТУ им. Н.Э. Баумана, УМО 
вузов по университетскому политехническому 
образованию и НМС по безопасности 
жизнедеятельности Минобрнауки России

Главный редактор 
Владимир Девисилов

Издатель:
ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»

Отдел предпечатной подготовки 
Белла Руссо
Выпускающий редактор 
Елена Киричек 
Тел. (495) 363-42-70 (доб. 501)

Отдел подписки 
Маргарита Назарова 
Тел.: (495) 380-05-40 (доб. 249) 
e-mail: podpiska@infra-m.ru

Присланные рукописи не возвращаются.

Точка зрения редакции может не совпадать  
с мнением авторов публикуемых материалов.

Редакция оставляет за собой право самостоятельно  
подбирать к авторским материалам иллюстрации, менять 
заголовки, сокращать тексты и вносить в рукописи необходимую стилистическую правку без согласования с авторами. 
Поступившие в редакцию материалы будут свидетельствовать о согласии авторов принять требования редакции.

Перепечатка материалов допускается  
с письменного разрешения редакции.

При цитировании ссылка на журнал «Безопасность 
в техносфере» обязательна.

Письма и материалы для публикации  
высылать по адресу:  
127282, Россия, Москва, ул. Полярная,  
д. 31в, стр. 1, журнал «БвТ»  
Тел.: (495) 380-05-40 (доб. 501), 363-42-70 (доб. 501) 
Факс: (495) 363-92-12 
e-mail: magbvt@list.ru, mag12@infra-m.ru,  
bvt@magbvt.ru 
Сайты журнала:  
http://www.magbvt.ru, http://www. naukaru.ru

© ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М», 
2013

Формат 60×84/8.  
Бумага офсетная № 1. 
Тираж 1200 экз.
Подписные индексы:  
в каталоге агентства «Роспечать» —  
18316, объединенном каталоге 
«Пресса России» — 11237

DOI 10 .12737/issn .1998-071X

А.В. Краснов, М.И. Фесина, Л.Н. Горина 
A.V. Krasnov, M.I. Fesina, L.N. Gorina
Акустическая эффективность дробленых непористых полимерных 
материалов в составе насыпных  
шумопоглощающих модулей  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 42
Acoustic Efficiency of Shredded Nonporous Polymeric Materials as a Part of 
Bulk Noise-Attenuating Modules

Н.И. Акинин, Н.О. Мельников, С.А. Максименко 
N.I. Akinin, N.O. Melnikov, S.A. Maksimenko
О термическом разложении защищенной  
от огня древесины  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 52
About Thermal Decomposition of Wood Protected from Fire

нормативное и правовое регулирование

rEgulatory support

В.В. Приваленко, В.В. Дьяченко 
V.V. Privalenko, V.V. Dyachenko
Система экологических наблюдений при инженерных изысканиях  .  .  .56
System of Ecological Supervision at Engineering Researches 

образование

EduCation

В.А. Девисилов, C.Г. Смирнов, А.А. Строкин 
V.A. Devisilov, S.G. Smirhov, A.A. Strokin
Опыт организации творческой работы абитуриентов и студентов  
в области техносферной безопасности  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .65
Experience related to Organization of Entrants and Students’ Creative Work  
in Technosphere Safety Area

А.А. Александров, В.А. Девисилов, И.Г. Галямина 
А.А. Aleksandrov, V.A. Devisilov, I.G. Galyamina
Проект федерального государственного образовательного  
стандарта подготовки научно-педагогических кадров  
в аспирантуре по направлению «Техносферная безопасность»   .  .  .  .72
The Draft of the Federal State Educational Standard for Academic and Teaching 
Staff Training at Postgraduate Study in “Technosphere Safety” Direction

информируем Читателя

information

Решение Пятого Всероссийского совещания заведующих кафедрами  
вузов по вопросам образования в области безопасности 
жизнедеятельности и защиты окружающей среды  
(30 сентября – 6 октября 2013 г ., Москва)  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .78
The Solution of the Fifth All-Russian Meeting of Higher Education  
Institutions’ Head of Chairs Related to Education in the Life Safety and  
Environment Protection Area (September 30 – October 6, 2013, Moscow

Журнал «Безопасность в техносфере» включен в перечень 
ведущих научных журналов, в которых по рекомендациям 
ВАК РФ должны быть опубли кованы научные результаты 
диссертаций на соискание ученых степеней доктора  
и кандидата наук .

РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
Александров Анатолий Александрович (Председатель совета),
ректор МГТУ им. Н.Э. Баумана, заведующий кафедрой, д-р техн. 
наук, профессор
Алёшин Николай Павлович, 
зав. кафедрой МГТУ им. Н.Э. Баумана, академик РАН,  
д-р техн. наук, профессор
Аткиссон Алан (Alan AtKisson) — Швеция (Sweden),
Президент Atkisson Group, советник Комиссии ООН по 
устойчивому развитию, член Комиссии по науке и технологическому развитию при Президенте Еврокомиссии Жозе Мануэле 
Баррозу (EU Commission President’s Council of Advisors on Science 
and Technology)
Бабешко Владимир Андреевич,
зав. кафедрой Кубанского государственного университета, 
директор НЦ прогнозирования и предупреждения 
геоэкологических и техногенных катастроф, академик РАН,  
д-р физ.-мат. наук, профессор
Бухтияров Игорь Валентинович
директор НИИ медицины труда РАМН, д-р мед. наук, профессор
Гарелик Хемда (Hemda Garelick) — Великобритания (United Kingdom), 
Professor of Environmental Science and Public Health Education, 
School of Health and Social Sciences (HSSC) Middlesex University,
Programme Leader for Doctorate in Professional Studies Environment and Risk (HSSC), PhD.
Касимов Николай Сергеевич, 
декан географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, 
вице-президент Русского географического общества,  
зав. кафедрой, академик РАН, д-р геогр. наук, профессор
Махутов Николай Сергеевич, 
главный научный сотрудник Института машиноведения им. 
А.А. Благонравова РАН, руководитель рабочей группы при 
Президиуме РАН по проблемам безопасности, чл.-корр РАН,  
д-р техн. наук, профессор
Мейер Нильс И . (Niels I . Meer) — Дания (Denmark), 
профессор Датского технического университета (дат. Danmarks 
Tekniske Universitet, DTU, англ. Technical University of Denmark)
Соломенцев Юрий Михайлович, 
президент МГТУ «Станкин», заведующий кафедрой, чл.-корр. РАН, 
д-р техн. наук, профессор
Тарасова Наталия Павловна,
директор института  проблем устойчивого развития, 
заведующая кафедрой РХТУ им. Д.И. Менделеева,  
чл.-корр. РАН, д-р хим. наук

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
Васильев Андрей Витальевич,
директор института химии и инженерной экологии Тольяттинского 
государственного университета, д-р техн. наук, профессор
Власов Валерий Александрович, 
секретарь Совета Безопасности Республики Татарстан,  
канд. техн. наук, профессор, генерал-лейтенант
Девисилов Владимир Аркадьевич,
доцент кафедры МГТУ им. Н.Э. Баумана, канд. техн. наук
Дыганова Роза Яхиевна,
зав. кафедрой Казанского государственного энергетического 
университета, д-р биол. наук, профессор
Дьяченко Владимир Викторович,
заместитель директора по научной и учебной работе 
Новороссийского политехнического института (филиала) КубГТУ, 
профессор, канд. сел.-хоз. наук, д-р геогр. наук
Егоров Александр Федорович,
зав. кафедрой РХТУ им. Д.И. Менделеева, д-р техн. наук, профессор
Елохин Андрей Николаевич,
начальник отдела страхования ОАО «ЛУКОЙЛ», д-р техн. наук
Козлов Николай Павлович,
заведующий отделом НУК «Э» МГТУ им. Н.Э. Баумана, д-р техн. 
наук, профессор
Кручинина Наталия Евгеньевна,
декан инженерного экологического факультета, зав. кафедрой 
РХТУ им. Д.И. Менделеева, канд. хим. наук, д-р техн. наук, профессор
Майстренко Валерий Николаевич,
зав. кафедрой Башкирского государственного университета,  
чл.-корр. АН Республики Башкортостан, профессор, д-р хим. наук
Матягина Анна Михайловна,
доцент Московского государственного университета 
гражданской авиации, канд. техн. наук
Никулин Валерий Александрович,
исполнительный вице-президент Российской инженерной 
академии, ректор Камского института гуманитарных  
и инженерных технологий,  д-р техн. наук, профессор
Павлихин Геннадий Петрович,
д-р техн. наук, профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана
Петров Борис Германович,
руководитель Приволжского Управления Ростехнадзора,  
канд. техн. наук, профессор
Пушенко Сергей Леонардович,
директор ИИЭС Ростовского государственного строительного 
университета, канд. техн. наук, профессор
Рахманов Борис Николаевич,
профессор Московского государственного университета путей 
сообщения, д-р техн. наук
Реветрис Роберто ( Roberto Revetris)
д-р наук (PhD), профессор Университета Генуи, Италия
Рубцова Нина Борисовна,
заведующая научным координационно-информационным 
отделом ГУ НИИ медицины труда РАМН, д-р биол. наук
Севастьянов Борис Владимирович,
зав. кафедрой «Безопасность жизнедеятельности»  
Ижевского государственного технического университета,  
канд. пед. наук, д-р техн. наук, профессор
Трофименко Юрий Васильевич,
зав. кафедрой Московского автомобильно-дорожного института 
(государственного технического университета),  
д-р техн. наук, профессор
Федорец Александр Григорьевич,
директор Автономной некоммерческой организации  
«Институт безопасности труда», канд. техн. наук, доцент
Фролов Анатолий Васильевич,
зав. кафедрой «Безопасность жизнедеятельности»  
Южно-Российского государственного технического университета,  
канд. техн. наук, профессор
Чеботарёв Станислав Стефанович,
заместитель директора экспертно-аналитического центра 
Роснауки, д-р экон. наук, профессор

Требования к публикации статей

1 . Материалы для публикации должны быть подготовлены в строгом 
соответствии с редакционными требованиями (см. сайт журнала). 
Несоответствие материалов требованиям редакции может быть 
основанием для отказа в публикации или увеличить сроки публикации.
2 . К статье должен быть приложен подписанный авторами договор 
с издательством (см. сайт журнала).
3 . Публикация статей аспирантов бесплатная.
4 . Статьи аспирантов без соавторства докторов и кандидатов наук должны 
иметь представление доктора наук — специалиста по проблематике статьи.
5 . К статье должна прилагаться внешняя рецензия доктора наук — 
специалиста по проблематике статьи ( за исключением статей, 
соавторами которых являются члены РАН, РАО, РАМН, РАСХН).
6 . Статьи проходят дополнительное рецензирование, выполняемое 
членами редакционной коллегии или специалистами по тематике статьи.

Чрезвычайные ситуации
Emergency

Безопасность в техносфере, №5 (сентябрь–октябрь), 2013
3

1 . Введение
Можно однозначно сделать вывод о полной беспомощности современного человека в противостоянии стихии. Примеров этого достаточно, и они всем 
хорошо известны. Самыми распространенными проявлениями стихии можно считать ветры различной 
силы и вихревые атмосферные образования, характеризующиеся широким спектром пространственновременных масштабов. Несмотря на многочисленные 
попытки ученых из разных стран предложить различные способы воздействия на атмосферные вихри, 
к настоящему времени эффективные методы борьбы 
со стихией (ураганы, смерчи и т.п.) отсутствуют.
Воздушные смерчи в классическом понимании 
относятся к маловероятным событиям в среднем на 
территории России, однако их последствия могут 
быть весьма ощутимыми (рис. 1, 2, с.2 обложки). К сожалению, этого нельзя сказать об ураганах, также относящихся к вихревым атмосферным образованиям. 
Существует ряд регионов (например, Дальневосточный и Южный федеральные округа), в которых циклоническая активность крайне высока. Надо иметь в 
виду, что любые температурные аномалии (например, 
летом 2010 г.) приводят к резкому росту вероятности 
возникновения атмосферных вихрей различного масштаба и интенсивности. Помимо вихревых структур 
даже в Московском регионе 2–3 раза в год наблюдаются ветры штормовой, а в порывах – и ураганной силы, 

ведущие к негативным последствиям. Фактического 
материала здесь можно привести много. 
Например, 20 октября 2010 г. в Московской области из-за сильного ветра, вызвавшего падение деревьев и обрыв линий электропередач, временно вышли из строя 300 трансформаторных подстанций.
Воздействие экстремальных ветровых нагрузок, 
зачастую имеющих вихревую природу, и собственно 
атмосферных вихрей на различные объекты использования атомной энергии (ОИАЭ) является одним из 
примеров, когда чрезвычайная ситуация природного 
характера может привести к техногенной катастрофе 
планетарного масштаба. Пример тому – недавние 
события в Японии. К настоящему времени имеется 
(изданное в НТЦ ЯРБ Госатомнадзора России) руководство по оценке смерчеопасности территории при 
выборе площадок для строительства объектов атомной энергетики [1–3]. Но задача эффективной защиты ОИАЭ даже не ставилась.
Обеспечение защиты стратегически важных объектов, определяющих обороноспособность (аэродромы и т.п.) и энергетическую безопасность страны 
(АЭС, ТЭС, трансформаторные подстанции и т.п.), а 
также объектов социальной инфраструктуры (детские дошкольные учреждения, школы, больницы и 
т.п.) от ветровых нагрузок и атмосферных вихрей 
различной интенсивности представляется важной и 
актуальной задачей.

УДК 532.529 
DOI: 10.12737/1572
Физическое моделирование воздушных смерчей

А.Ю. Вараксин, зав. кафедрой1,заведующий отделением2, чл.-корр. РАН, д-р физ.-мат.наук, профессор

1Московский государственный технический университет им.  Н.Э. Баумана 

2 Отделение теплофизики и энергетики Объединенного института высоких температур Российской академии наук

e-mail: varaksin_a@mail.ru

Показана принципиальная возможность физического моделирования смерчей в лабораторных условиях без использования механических закручивающих устройств. Приведены результаты экспериментов по изучению 
возможности управления воздушными вихрями. Описан предложенный и 
апробированный метод воздействия на воздушные смерчи (торнадо), заключающийся в расположении на пути распространения вихревых структур 
препятствий в виде вертикальных сеток. Эффективность метода верифицирована в лабораторных условиях путем изучения воздействия указанных 
препятствий на динамику свободных нестационарных вихрей, имеющих 
структуру, подобную реальным воздушным смерчам. Кратко рассмотрены 
основные физические механизмы воздействия на смерчи предлагаемого пассивно-активного метода.

Ключевые слова:  
атмосферные вихри,  
воздушные смерчи,  
физическое моделирование,  
метод защиты.

Чрезвычайные ситуации
Emergency

4

Целью настоящей статьи является описание 
принципиальной возможности физического моделирования в лабораторных условиях нестационарных воздушных вихрей, а также изучения вопросов 
управления их поведением.

2 . Физическое моделирование смерчей
Ограниченные стенками вихревые течения формируют несколькими способами:
• посредством тангенциального соплового подвода среды; 
• используя механические закручивающие 
устройства [4–6] (направляющие закручивающих лопаток, винтов, шнеков, внутреннего спирального оребрения и т.п.); 
• интенсивного вращения корпусных элементов 
каналов (вращающихся труб). 
Получаемые указанными способами стационарные вихревые потоки удобны для детального экспериментального описания, однако их характеристики 
могут значительно отличаться от параметров реальных свободных нестационарных вихревых структур.
Изучение свободных (неограниченных стенками) 
концентрированных (завихренность локализована 
в пространстве) нестационарных вихрей осложнено 
вследствие ряда причин – спонтанности образования, пространственно-временной нестабильности, 
практической невозможности управлять характеристиками и т.д. Отмеченные выше трудности стали 
причиной того, что к настоящему времени отсутствуют экспериментальные работы, в которых получены 
результаты по устойчивости и динамике свободных 
концентрированных вихрей, приемлемые для верификации математических моделей.
Используемая в работе простая установка, параметры тепловых режимов, а также последовательность 
проведения экспериментов подробно описаны в [7, 8]. 
Установка позволяет осуществлять контролируемый 
нагрев газовой горелкой (максимальная тепловая 
мощность 3,5 кВт) подстилающей поверхности алюминиевого листа (диаметр 1100 мм, толщина 1,5 мм). 
Нагрев листа снизу приводит к генерации нестационарных вихревых структур вследствие создания над 
ним неустойчивой стратификации воздуха [9].
Эксперименты проводились при шести различных тепловых режимах – с различными временем нагрева (τh =
−
60 180 с), охлаждения (τc =
−
600 1200 с) и 
максимальной температурой в центре подстилающей 
поверхности (Tc max =
−
420
610 К).
Видеосъемка генерируемых вихрей проводилась 
с использованием цифровой видеокамеры (модель 
Sanyo VCC-6572P, Япония). Фотосъемка вихревых 
структур осуществлялась фотокамерой (модель Casio Exilim EX-S500, Китай). Для измерения мгновен
ных скоростей модельных вихрей применялся полевой регистратор скоростей «ПОЛИС» (ИТ СО РАН).
Для визуализации образуемых вихревых структур использовались частицы-трассеры (частицы 
магнезии микрометровых размеров), которые наносились тонким слоем на подстилающую поверхность 
перед проведением экспериментов. 
На рис. 3 (см. с. 2 обложки) приведена типичная 
фотография относительно крупного и долгоживущего свободного нестационарного вихря. Покадровый 
анализ видеозаписей на различных тепловых режимах позволил получить и систематизировать важную 
информацию о следующих параметрах процесса генерации вихрей и их характеристиках: 
1) значения температур, при которых происходит 
генерация вихрей; 
2) область подстилающей поверхности, где происходит образование вихрей; 
3) направление вращения вихревой структуры; 
4) количество наблюдаемых вихрей за один эксперимент; 
5) траектория перемещения основания вихревой 
структуры; 
6) длина траектории основания вихря; 
7) скорость перемещения основания вихря; 
8) время жизни (существования) вихревой структуры; 
9) высота вихрей; 
10) диаметр вихрей и др.
На рис. 4 (см. с. 2 обложки) показана полученная в 
эксперименте вихревая структура с целью детализации ее основных частей (внутренняя полость вихря, 
область восходящего потока, каскад вихря). На этом 
рисунке приведена для сравнения фотография реального торнадо в США. Несложно сделать вывод о 
схожести природных атмосферных вихрей и их лабораторных аналогов.

3 . Управление поведением смерчей .  
Новый метод защиты
В работах [7–9] впервые была сформулирована и 
решена задача стабильной генерации свободных (не 
ограниченных стенками) концентрированных (завихренность локализована в пространстве) тепловых 
(природа образования – неустойчивая стратификация) воздушных вихрей в лабораторных условиях 
без использования механических закручивающих 
устройств. Создаваемые вихри были существенно 
нестационарными и близкими по своей структуре к 
атмосферным вихрям. Таким образом, появилась возможность сформулировать новую задачу, имеющую 
большое прикладное значение: устойчивости и управления нестационарными свободными вихрями. 
В [10, 11] предложен метод воздействия на вихревые атмосферные образования, заключающийся в 

Чрезвычайные ситуации
Emergency

Безопасность в техносфере, №5 (сентябрь–октябрь), 2013
5

расположении на пути их распространения препятствий в виде вертикальных сеток. 
Основная идея метода. На рис. 5 показан нестационарный атмосферный вихрь и заграждение, в качестве 
которого выступает вертикальная сетка. Течение в вихре 
характеризуется в каждой точке пространства своими 
значениями вертикальной Uz, радиальной Ur и азимутальной Uφ скоростей. Отметим, что распределения этих 
скоростей в пространстве носят сильно неоднородный и 
нестационарный характер. Сеточное препятствие можно представить состоящим из вертикальных и горизонтальных цилиндрических элементов, называемых здесь 
элементарными «трансформерами» турбулентности 
(ЭТТ). Смысл такого названия поясним позже.
Из гидродинамики известно, что генерация развитых турбулентных следов за обтекаемым телом 
(сфера, цилиндр) будет иметь место при выполнении 
следующего условия

 
Red

U d
=
≥
ν
400 , 
(1)

где Red – число Рейнольдса, U – скорость относительного обтекания, d – характерный размер обтекаемого 
тела, ν – коэффициент кинематической вязкости среды.
Каждый горизонтальный цилиндрический элемент 
сеточной конструкции в месте своего расположения 
будет «взаимодействовать» с вертикальной Uz и радиальной Ur составляющими локальной скорости атмосферного вихря, генерируя – при соблюдении условия 
(1) – вторичные мелкомасштабные турбулентные потоки 
в соответствующих направлениях (рис. 5, 6). Вертикальные цилиндрические элементы сеточного заграждения 
будут «взаимодействовать» с радиальной Ur и азимутальной Uφ составляющими локальной скорости вихревой структуры, генерируя вторичные мелкомасштабные 
турбулентные потоки в указанных направлениях.

В процессе взаимодействия атмосферного вихревого образования с сеточным препятствием происходит преобразование крупномасштабной турбулентной энергии вихря в энергию вторичных 
мелкомасштабных течений. Отметим, что вторичные 
(неоднородные и нестационарные) потоки имеют составляющую, направленную навстречу приближающемуся атмосферному вихрю. Предполагается, что 
такая трансформация энергии будет приводить к нарушению осевой симметрии природного вихря, его 
дестабилизации, ослаблению и/или разрушению.
В [10, 11] была развита кластерная концепция гарантированной защиты локальных территорий от 
разрушающего воздействия воздушных смерчей 
(торнадо). В ее основе лежит идея расположения на 
пути следования атмосферного вихря двух или нескольких (в общем случае) сеточных препятствий, 
последовательно воздействующих и ослабляющих 
его вплоть до полного разрушения (рис. 7).

Рис . 5 . Схематичное изображение нестационарного 
атмосферного вихря и сеточного заграждения 
(U0 – поступательная скорость перемещения вихря)

Рис . 6 . Схема генерации вторичных турбулентных потоков 
при взаимодействии турбулентного течения атмосферного вихря 
с произвольно ориентированным в пространстве элементом 
сеточного заграждения (ЭТТ – элементарный «трансформер» 
турбулентности)

Рис . 7 . Схема взаимного расположения атмосферного вихря, 
защищаемого объекта и трехмерного заграждения 
(H – высота атмосферного вихря; h – высота приземного слоя, 
формирующего вихрь; h1...hi...hn – высоты соответствующих 
сеток k1...ki...kn, образующих трехмерную защитную конструкцию) 

Чрезвычайные ситуации
Emergency

6

Экспериментальная верификация метода. В [10, 
11] приведены некоторые результаты по взаимодействию модельных воздушных вихрей с одиночными вертикальными сетками различной геометрии, 
устанавливаемыми на пути их следования. Выявлено 
шесть основных вариантов поведения вихрей при их 
взаимодействии с сетками: 
1) распад вихря вблизи сетки без ее пересечения; 
2) замедление вихря (вплоть до полной остановки) 
при приближении к сетке и последующий распад; 
3) движение вихря вдоль сетки (без ее пересечения) 
и последующий распад; 
4) распад вихря при пересечении сетки; 
5) распад вихря на сетке с его повторным зарождением после сетки; 
6) пересечение вихрем сетки, сопровождающееся 
изменением направления движения и его характеристик (ослабление). 
В этих работах сделан вывод, что использование 
сеточных заграждений решает (в той или иной степени) задачу управления характеристиками свободного вихря, приводя к изменению пути его распространения (варианты 2, 3 и 6), ослаблению (вариант 
6) и распаду (варианты 1–5), правда, с некоторой вероятностью повторного зарождения (вариант 5).
Статистическая обработка полученных в ходе 
экспериментов видеозаписей позволила определить 
вероятность реализации различных вариантов взаимодействия вихря с препятствием в виде одиночной 
сетки. Эксперименты показали, что при уменьшении 
высоты сетки и диаметра проволоки и при увеличении размера ячейки сетки росла вероятность пересечения сетки вихрем (варианты 5 и 6) и его последующего зарождения после сетки (вариант 5).
В настоящей работе отчасти продублированы 
эксперименты [10, 11] по влиянию одиночных вертикальных сеток, а также получены новые данные о 
взаимодействии вихрей с двумя вертикальными сетками, установленными параллельно друг другу. Проведенные измерения полей мгновенных скоростей 
позволили сделать оценку энергии модельных вихрей 
(она приведена ниже) и выйти на качественно новый 
уровень анализа сложного процесса взаимодействия 
вихревых структур с сеточными препятствиями.
Ниже рассмотрим типичный пример взаимодействия вихря с двумя вертикальными сетками. В данном случае в качестве препятствия использовались 
две вертикальные металлические сетки (длина каждой 600 мм), которые располагались параллельно 
друг другу (расстояние между сетками 100 мм). Ближайшая к центру подстилающей поверхности сетка 
находилась на расстоянии 300 мм от него.
Выборочные кадры видеосъемки взаимодействия 
вихря с двумя вертикальными сетками приведены 

на рис. 8. Каждый кадр соответствует определенному 
моменту времени, отсчитываемому от зарождения 
вихревой структуры (начала уноса частиц с подстилающей поверхности). Проведем качественный анализ влияния двух препятствий на динамику вихря.
На первых двух фотографиях (рис. 8а и 8б) хорошо видно движение вихревой структуры справа 
налево и приближение ее к первой вертикальной 
сетке. На рис. 8в вихрь начинает пересекать первую сетку с некоторым замедлением (многократно 
наблюдаемый в экспериментах эффект, к сожалению, не так отчетливо различимый в силу малого 
количества приводимых кадров). На следующем кадре (рис. 8г) видно, что центр основания вихревой 
структуры (как и вся нижняя часть воронки вихря) 
располагается между двумя сетками. Уширение и 
размытие воронки вихря свидетельствуют о его ос
Рис . 8 . Фотографии вихря при его последовательном 
взаимодействии с двумя вертикальными сетками в разные 
моменты времени. Размер изображения: 600x470 мм; время  
от момента зарождения: а) 1,70 с; б) 1,86 с; в) 2,14 с; г) 2,42 с;  
д) 2,50 с; е) 2,70 с; ж) 2,98 с; з) 3,26 с. 1 – вихрь, 2 – сетка № 1  
(G = 0,0021), 3 – сетка № 2 (G = 0,00375)

Чрезвычайные ситуации
Emergency

Безопасность в техносфере, №5 (сентябрь–октябрь), 2013
7

лаблении (снижение вертикальной составляющей 
скорости воздуха в воронке). На рис. 8д видно, что 
вихревая структура распадается вследствие еще 
большего размытия, прекращения вихревого движения воздуха и отсутствия подхвата частиц с подстилающей поверхности. На рис. 8е виден подхват 
(между двумя сетками) новой порции частиц магнезии с поверхности. Правда, вскоре происходят его 
ослабление (рис. 8ж) и распад (рис. 8з).
Таким образом, была показана возможность эффективного воздействия располагаемых последовательно двух (или более) сеточных препятствий на 
вихревую структуру относительно большой интенсивности, когда установки одной сетки оказывается 
недостаточно.
Обобщение экспериментальных данных. Далее 
была предпринята попытка установить влияние некоторого геометрического параметра одиночного сеточного заграждения на величину предельной «энергетики» разрушаемых модельных вихрей.
Геометрический параметр сетки. Анализ полученных результатов о взаимодействии модельных 
вихрей с вертикальными сетками различной геометрии позволил предложить размерный параметр, 
учитывающий геометрию сетки, в виде

 
G
hd

a
=
, 
(2)

где h – высота сетки, используемой в экспериментах; 
d – диаметр проволоки сетки; a – размер ячейки.
В экспериментах использовано восемь сеток с различными значениями геометрического параметра 
G =
−
0 0005
0 01
,
,
 м. Сетка с самым низким значением 
геометрического параметра имела h = 0 01
,
 м, d =
−
10 4м 
и a = ⋅
−
2 10 3 м, а сетка с самым высоким параметром – 

h = 0 06
,
 м, d = ⋅
−
2 10 3 м и a =
⋅
−
1 2 10 2
,
м.
Энергия модельного вихря. Энергия генерируемых 
в лаборатории вихрей (на единицу высоты) может 
быть рассчитана с использованием соотношения

 
E
D Uzm
= ρ π
2
2

4
2
, 
(3)

где ρ – плотность воздуха; D – диаметр воронки вихря; Uzm – среднее интегральное значение вертикальной составляющей скорости в воронке вихря.
Измеритель скорости «ПОЛИС» позволяло измерить поле скоростей и определить энергию модельных вихрей, а также ее изменение во времени. Как 
показали специальные тестовые измерения, средняя 
интегральная вертикальная составляющая скорости 
близка к соответствующей азимутальной составляющей, т.е. U
U
zm
m
≈
φ . При этом допущении погреш
ность определения энергии вихря находилась в пределах 50%.
Среднее интегральное значение азимутальной составляющей скорости определяется как

 
U
R U r dr
m

o

R

φ
φ
= ∫
1
( )
. 
(4)

Здесь r – расстояние от центра вихря; r = R – условный радиус воронки вихря (расстояние от центра 
вихря, на котором значение скорости равно половине 
максимальной скорости, U
U
φ
φ
=
max /2); U r
φ( ) – распределение азимутальной скорости в поперечном 
сечении воронки вихря, полученное в результате измерений.
При обработке данных величина энергии разрушенного вихря (на единицу высоты) принята как 
среднее интегральное значение за время его жизни

 
E
E
d

o

=
∫
1
τ
τ
τ

τ

max

( )

max

, 
(5)

где τ – время; τ
τ
=
max – время жизни вихря; E(τ) – зависимость энергии вихря от времени.
Полученные экспериментальные данные об энергии модельных вихрей, разрушаемых одиночным 
сеточным препятствием различной геометрии, приведены на рис. 9. 
Можно сделать следующие выводы: 
1) между комплексным геометрическим параметром 
сетки и энергией разрушаемых свободных вихрей 
имеется однозначная связь; 
2) рост геометрического параметра приводит к росту энергии разрушаемых вихрей; 
3) экстраполяция результатов показывает, что 
сеточное заграждение с G ≈ 1 м может приводить к разрушению вихрей, имеющих энергию 
E ≈ 50 000 Дж/м (это соответствует энергии тор
Рис . 9 . Влияние комплексного геометрического параметра 
сеточного заграждения на энергию разрушаемых модельных 
вихрей (1 – экспериментальные данные; 2 – экстраполяция 
экспериментальных данных на вихри больших масштабов)

Чрезвычайные ситуации
Emergency

8

надо категории F1 по шкале Фуджиты, имеющему воронку диаметром 10 м).

4 . Физические основы метода и его преимущества
Перечислим основные физические механизмы (основы) воздействия предлагаемого метода на 
смерч, определяющие его преимущества.
Отказ от сплошного препятствия. Сплошные 
препятствия (например, сплошной забор) относятся к 
пассивным метод защиты от смерча. Из-за их сплошности суммарная сила воздействия смерча на такие 
препятствия  максимальная. Так, средний смерч категории F5 по шкале Фуджиты с максимальной скоростью 130 м/с оказывает усилие на сплошное препятствие, равное приблизительно 10000 H/м2. Вследствие 
этого, оно должно быть рассчитано на такую нагрузку, 
что ведет к чрезмерной дороговизне сплошных конструкций. Учитывая эффект «прыгания» смерчей, такие препятствия, несмотря на их большую высоту, не 
обеспечивают 100%-ную защиты.
Предлагаемые сеточные конструкции имеют в десять, а порой и в десятки, раз меньшее аэродинамическое сопротивление, что обеспечивает их устойчивость 
при воздействии смерча. Указанное обстоятельство ведет к многократному удешевлению таких конструкций 
по сравнению со сплошными препятствиями.
Генерация мелкомасштабной турбулентности. 
Предлагаемые вертикальные сеточные конструкции 
при соблюдении определенных условий (см. выражение (1)) будут вызывать генерацию вторичного течения. В общем случае данное течение будет нестационарным, неоднородным и трехмерным и, что очень 
важно, будет иметь составляющую скорости, направленную навстречу воронке смерча.
Предлагаемый метод защиты относится одновременно и к пассивным, и к активным методам, т.е. он 
пассивно-активный. К пассивным – поскольку система находится в режиме ожидания прихода вихревой 
структуры. К активным – поскольку предполагает 
интерактивное аэродинамическое взаимодействие 
сеточного препятствия с набегающим вихревым 
потоком, результатом которого становится дестабилизация и/или разрушение вихревой структуры. 
Заметим, что в отличие от всех активных методов защиты, предлагаемый метод не требует внешних источников энергии. Необходимую для воздействия на 
атмосферный вихрь энергию поставляет сам вихрь.
Эффект аэродинамического увеличения «рабочей» поверхности. Элементы сеточного препятствия 
на определенных режимах генерируют турбулентные следы, размеры которых всегда превышают их 
характерный размер (например, диаметр проволоки 
и веревки, из которых изготовлена сеточная конструкция). На некотором расстоянии от плоскости 

сеточного препятствия турбулентные следы начинают интерферировать между собой, приводя к эффекту аэродинамического увеличения изначально 
небольшой «рабочей» поверхности, приближая ее к 
максимальной величине, характерной для сплошного препятствия.
Эффект дальнодействия. Учитывая, что распределение азимутальной скорости в смерче с достаточной точностью соответствует распределению скорости в вихре Рэнкина, генерация мелкомасштабной 
турбулентности, т.е. «работа» защитной сеточной 
конструкции, начинается на достаточно больших 
расстояниях от атмосферного вихря (рис. 10). Расстояние от центра смерча до сеточного препятствия, при 
котором начинается генерация вторичного турбулентного потока, зависит, прежде всего, от его силы 
(величины максимальной скорости воздуха), характерного размера (диаметра) элементов сеточной конструкции и диаметра воронки вихря. 
Простые оценки показывают, что средний смерч 
категории F1 по шкале Фуджиты, характеризующийся максимальной скоростью 42 м/с и имеющий 
воронку радиусом 5 м, начнет «взаимодействовать» 
с сеточным препятствием (характерный диаметр 
элемента конструкции 5 мм) на расстоянии около 70 
м. Отметим, что чем сильнее смерч (выше значение 
максимальной скорости) и чем больше его воронка, 
тем на большем расстоянии начинается «работа» защитной сеточной конструкции.
Эффект усиления воздействия по мере сближения. С уменьшением расстояния между смерчем и защитной сеточной конструкции возрастает скорость 
«прососа воздуха» через нее, что приводит к росту 
энергии мелкомасшабного турбулентного течения, 
генерируемого сеточным препятствием. Это приводит к усилению влияния сеточного препятствия на 
приближающийся смерч  (рис. 11).

Рис . 10 . Чем мощнее вихревая структура, тем на большем 
расстоянии начинается ее взаимодействие с сеточной конструкцией 
(l, L – расстояния, при которых начинается генерация вторичного 
течения в случаях слабой и мощной вихревых структур;  
F1, F4 – категории торнадо по шкале Фуджиты)

Чрезвычайные ситуации
Emergency

Безопасность в техносфере, №5 (сентябрь–октябрь), 2013
9

Небольшая высота сеточной конструкции. Установленное на пути следования смерча вертикальное 
сеточное препятствие воздействует на восходящее закрученное течение, развивающееся в приземном слое 
и формирующее атмосферный вихрь. Как отчетливо 
выявили эксперименты авторов, достаточно высокую 
эффективность показали сеточные конструкции, высота которых в 10–50 раз была ниже видимой высоты модельного лабораторного вихря. Это позволяет 
сделать предположение, что высота приземного слоя, 
в котором реализуется восходящее закрученное течение, также в десятки раз меньше полной высоты смерча. Учитывая типичную высоту реальных смерчей, 
высота сеточных заграждений должна быть относительно небольшой (5–8 м) и сравнимой с высотой защищаемых жилых конструкций.
Эффект увеличения относительного размера сеточного заграждения по мере сближения. С умень
Рис . 11 . Иллюстрация эффекта усиления воздействия сеточной 
конструкции по мере приближения вихревой структуры  
(U1, U2 – характерные скорости генерируемого сеткой 
вторичного течения при большом и малом расстояниях  
до атмосферного вихря)

шением расстояния между смерчем и сеточной конструкцией снижается кривизна линий тока воздуха, 
протекающего через заграждение. Это приводит к эффекту роста относительной протяженности сеточного 
препятствия, а также к увеличению неоднородности 
генерируемого вторичного течения, что способствует 
дестабилизации атмосферного вихря.
Эффект оперативности и сезонности. В силу 
своей простоты сеточные заграждения могут быть 
установлены в кратчайшие сроки, скажем, в течение нескольких минут. Это неоспоримое преимущество сеточных конструкций по сравнению с любыми пассивными методами защиты от смерчей. 
Установка сеточных конструкций может иметь 
сезонный характер: например, они возводятся 
только на время сезонного пика смерчей –одиндва месяца. Более того, сеточные заграждения 
могут проектироваться как некоторые сезонные 
надстройки (высотой 1,5–3 м) к имеющимся стационарным ограждениям (рис. 12). Для большей 
эффективности данные стационарные ограждения 
(высотой 1,5–3 м) должны также удовлетворять 
требованиям, предъявляемым к сеточным защитным конструкциям (несплошные и т.п.).
Эффект защиты от обломков. Помимо эффективного воздействия на гидродинамическую структуру смерча сеточные заграждения прекрасно исполняют функцию защиты от обломков различных 
размеров и происхождения. 

5 . Выводы
Вероятно, природа предоставляет человечеству 
шанс победить ее посредством факта самого существования воздушных смерчей, характеризующихся 
относительно малыми пространственно-временными масштабами и небольшой (несмотря на высокие 
значения скоростей) «энергетикой», и подсказывает начать с «малого» – с выработки средств защиты 
именно от них. Сеточные защитные сооружения, 
эффективность которых наглядно продемонстрировали проведенные эксперименты, в силу простоты 
изготовления и дешевизны могут оказаться вне конкуренции — с экономической точки  зрения — среди предлагаемых сегодня методов противодействия 
ветровым нагрузкам вихревого характера и смерчам.
Развиваемый пассивно-активный метод управления вихревыми атмосферными структурами может 
быть использован для выработки технических и организационных мер защиты важных стратегических 
объектов, определяющих обороноспособность и 
энергетическую безопасность стран, в которых (прежде всего, в силу географического расположения) 
материальный ущерб и потери гражданского населения от атмосферных вихрей (ураганы, смерчи и т.п.) 

Рис . 12 . Сезонная установка сеточной конструкции  
на имеющееся стационарное ограждение  
(h – высота защищаемого объекта; l1 – высота стационарного 
заграждения; l2 – высота сеточной конструкции)