Научно-технические мифы, часть 1. Почему летают самолеты?

Самолет — это невероятная сила и красота, особенно в полете. Но как такую огромную машину можно поднять?

Современного человека сложно удивить летающим самолетом в небе. Но если вы хоть раз находились вблизи этой многотонной техники, то озадачивались вопросом – за счет чего взлетает самолет и как воздух его удерживает?

Из школьных учебников по физике всем известно, что главными инструментами полета выступают сила тяги двигателя и подъемная сила.

Катастрофа DC-10 в Су-Сити

19 июля 1989 года авиалайнер McDonnell Douglas DC-10-10 авиакомпании United Airlines совершал рейс UA232 по маршруту Денвер — Чикаго, но через 1 час и 7 минут после взлета у него разрушился хвостовой двигатель. Пилот смог посадить самолет в аэропорту города Су-Сити, но лайнер правым крылом врезался во взлетную полосу и разрушился на четыре части. Из находившихся на его борту 296 человек, 111 погибло, 185 выжили. На видео представлена запись переговоров пилотов перед катастрофой.

Почему самолет поднимается в воздух — суть принципа

Понятно, что самолету для взлета нужно приобрести скорость. Подъемная сила зависит от следующих основных факторов:

• формы крыльев летательного аппарата;
• мощности двигателя;
• угла атаки крыла;
• скорости набегающего потока;
• плотности воздуха (может меняться от температуры).

Классическое крыло снизу плоское, прямое, а сверху слегка выпуклое и объёмное. Это создает разницу давлений, из-за чего лайнер и поднимается в воздух. Чтобы взлететь, машине необходимо компенсировать силу тяжести за счёт подъемной, противопоставив ее сопротивлению воздуха. Достичь этого можно также благодаря увеличению скорости набегающего потока, т.е. разгону самолета.

Набегающий поток обтекает крыло сверху и снизу. Воздуху приходится преодолевать большее расстояние над крылом, чем под ним. Таким образом молекулы воздуха под крылом располагаются плотнее. Из-за этого образуется разница давлений и появляется подъемная сила. Чем сильнее набегающий поток – тем больше подъемная сила. Крыло расположено к фюзеляжу под углом, что так же облегчает взлет.

Чудо на Гудзоне

15 января 2009 года авиалайнер A320-214 авиакомпании US Airways выполнял рейс AWE 1549 по маршруту Нью-Йорк-Шарлотт-Сиэтл, на его борту находились 150 пассажиров и 5 членов экипажа. Через 1,5 минуты после взлета лайнер столкнулся со стаей канадских казарок и у него отказали оба двигателя. Экипаж благополучно посадил самолет на воду реки Гудзон в Нью-Йорке.

Характеристики летательных аппаратов этого типа

Теперь обсудим особенности конструкции таких бортов. Определение названия подобной техники означает способность самолета к набору высоты и снижению за счет вертикальной тяги двигателя. Причем в этой ситуации аппарат не развивает горизонтальную скорость. К тому же во время перелета подъемная сила возникает благодаря неподвижным крыльям авиалайнера. Для подобных модификаций характерен полет на малой крейсерской скорости – лучшие образцы показывают здесь ускорение до 700 км/ч.

Первый российский самолет этого класса — Як-36

Основным конструктивным отличием, которое определяет схему авиалайнера, здесь становится положение фюзеляжа. Современные суда этого типа выпускают с вертикальным или горизонтальным расположением корпуса. В первом случае силовая установка оснащается винтами или реактивными моторами, причем в обеих модификациям встречаются вариации.

Среди бортов с вертикальным положением фюзеляжа, которое называют tail sitter, известным названием лайнера станет Lockheed XFV. Этот борт оснащен винтами. На реактивной тяге в этой группе работает лайнер Х-13 Vertijet.

Lockheed XFV — судно с вертикальным положением фюзеляжа и винтовыми двигателями

Как видите, в этом направлении инженеры использовали множество вариаций. Предлагаем читателям подробнее изучить модели бортов производства СССР и России – ведь среди подобных моделей встречаются отличные концепции. В качестве примера приведем МиГ-29 (видео), вертикальный взлет которого вывел аппарат в лидеры истребителей своего поколения как отличное изобретение для решения многофункциональных военных задач.

Самолеты серии Як

Гонка вооружений ХХ века побуждала власти СССР к разработке летательного аппарата, которому нет аналогов. По этим причинам пионер Як-36 модернизировали до лайнера Як-38 в 1974 году. Целью конструкторов стало создание легкого борта, который способен подняться в воздух с места. На тот момент выпустили 4 единицы таких бортов, но преимущество западных инженеров побуждало российских авиаторов искать новые решения.

Як-41 считался лучшим СВВП в мире, но по определенным причинам модель сняли с вооружения ВВС РФ

Испытания модели в условиях реальных боевых действий на Фолклендских островах привело к появлению в 1978 году проекта модернизированной модификации Як-141. Здесь конструкторы добились поставленной цели и создали многофункциональный летательный аппарат, который признали лучшим в мире. Это сверхзвуковой авиалайнер, способный вертикально взлетать и маневрировать.

Самолет выполнял многофункциональные задачи и отличался хорошей защитой, что становится преимуществом любого истребителя. Кроме того, на то время западный мир не смог представить аналогов этого борта. К сожалению, сегодня подобные программы в России закрыты, поскольку летательные аппараты такого типа – потенциально опасны для летчиков.

Однако после легендарного Як-141 отечественные авиационные инженеры составили проекты двух самолетов ВВП: Як-43 и Як-201. Правда, оба изобретения не прошли испытаний и эксплуатации из-за сворачивания программы в этом направлении в начале девяностых годов. А технологии, по которым разрабатывали этот самолет, использовали в проекте лайнера F-35 западные авиаторы.

Миг-29

Еще один представитель этого класса – проект конструкторского бюро Микояна. Конструкторы начали работу над моделью в 1969 году, однако первый такой самолет выпустили в 1982, а испытали в 1984 году. Столь длительный промежуток связывают с поэтапным улучшением характеристик летательного аппарата и задержками из-за споров о лучшей конструкции лайнера.

Истребители Миг-29 числятся на балансе ВВС России и многих стран мира

К 2020 году в России выпустили 1 600 таких легких истребителей.

Модель успешно применялась в горячих точках еще со времен конфликта в Афганистане. Отметим, что этот самолет сегодня находится на вооружении России, стран СНГ, Израиля, стран Азии и Африки. Преимуществами этой модификации считаются крейсерская скорость в 850 км/ч, возможность запуска двигателя в полете и поражение цели, которая движется на скорости 230 – 2 500 км/ч.

Помешательство пилота

В марте 2012 года лайнер авиакомпании Jet Blue выполнял внутренний рейс из Нью-Йорка в Лас-Вегас. На борту самолета находились 150 человек. Первые часы полета прошли нормально, но потом в салон к пассажирам вышел командир экипажа и стал кричать: «Ирак! «Аль-Каида»! Терроризм! Мы падаем! Молитесь!». Он бился в припадке и требовал изменить маршрут полета. К счастью, среди пассажиров нашелся опытный пилот, сумевший посадить воздушное судно.

Сейчас мы попробуем с этим разобраться!

Опытные пассажиры, которые довольно часто осуществляют перелеты воздушным транспортом, знают о старой традиции, которая была введена при полетах на отечественных самолетах. Прежде чем взлететь, выходя на полосу взлета, самолет делал остановку на несколько минут, это как бы пилоты давали возможность пассажирам помолиться. В это же время молились и пилоты лайнера, так они называли это время, за которое проводили изучение карты полета и определение контрольных точек на маршруте. По истечении этого времени самолет активно устремлялся по взлетной полосе, при этом стоял рев и чувствовалась дрожь всего аппарата. В этот момент хочешь не хочешь, но начнешь креститься. После этого пилоты отпускали тормоза, что еще больше вдавливало пассажиров в кресла сидений и нагоняло жути. При всем этом зачастую начинали отрываться полки с багажом, а у бортпроводниц что-то падало.

Как взлетает самолет, видео из кабины.

При отрыве становится немного тише и спокойней, но после отрыва самолет постепенно начинает заваливаться вниз!

Все же пилотам удается выровнять аппарат, также могут пару раз отказать двигатели при наборе необходимой высоты, а уже только тогда становится все нормально. Бортпроводницы с безразличными лицами предлагают напитки, а плохо молящимся предлагают кислородную маску. Но только потом наступает тот момент, ради которого и используют воздушный транспорт пассажиры – проводится разнос пищи.

Вроде все указал? Именно такое впечатление должно складываться у человека после чтения отзывов непрофильных форумов.

Насколько высоко способен подняться авиалайнер?

На какой высоте летает пассажирский самолет? Эшелон полета на гражданском авиатранспорте давно рассчитан и определен инженерами-конструкторами воздухоплавательных машин. В среднем он равен 9-12 км над землей. Это обусловлено тем, что на данном расстоянии от земной поверхности воздушное пространство очень разряжено, соответственно, сопротивляемость воздуха сводится к минимуму. Температура за бортом составляет около -50 градусов, что способствует быстрому охлаждению работающих двигателей, и не допускается их перегрев. Самолеты на больших высотах меньше расходуют топлива и быстрее передвигаются. Также на этом расстоянии не летают птицы, а значит, не будет помех при движении.

По всему миру действует определенный стандарт полетов, где установлено, на какой высоте летает пассажирский самолет. При движении воздушного судна на запад высота полета определяется четными величинами: 10-12 км. При перелете на восток эшелон рассчитывается по нечетным параметрам: 9-11 км над землей. Подобное разделение высот обусловлено тем, чтобы избежать непредвиденных авиакатастроф. Ведь в воздухе крупногабаритным судам практически невозможно будет разойтись и избежать столкновений.

Существует ли минимальный порог

С максимальной высотой полета пассажирского самолета все предельно ясно. Но существует ли минимальный допустимый порог?

Ограничения действительно были установлены международным законодательством. Наименьшая безопасная высота обозначается аббревиатурой LSALT. Чаще всего она применяется к частным самолетам, но правил должны придерживаться и авиакомпании.

Законы запрещают опускаться ниже, чем на 1000 футов (305 м) над жилыми постройками и на 50 футов (152,4 м) над человеком или транспортным средством. Ограничения связаны с рядом факторов, в числе которых шум и безопасность. Правила не распространяются на случаи, когда самолет идет на посадку или взлетает на международном воздушном коридоре.

Кто определяет идеальную высоту?

Помимо того, что высота полета во многом определяется возможностями конкретной модели самолета, крейсерская высота для конкретного места задается такими факторами, как занятость воздушного коридора и погодные условия. Эти условия заблаговременно определяются диспетчерами.

В небе в каждый момент времени может находиться в среднем до пяти тысяч воздушных судов. В небе над крупными городами диспетчеры вынуждены планировать каждый рейс таким образом, что порой разница между одним и другим самолетом в высоте составляет всего пару десятков метров.

Однако когда самолет набирает высоту и выходит в горизонтальный полет, ситуация может измениться. Если погода резко меняется или на пути следования судна встает грозовой фронт, пилот должен сообщить диспетчеру о смене условий. Также при возникновении технических неполадок и других непредвиденных ситуаций пилот также может менять уровень движения, руководствуясь безопасностью пассажиров.

Таким образом, идеальная высота следования определяется авиаконструкторами, диспетчером и пилотом.