Как самолет взлетает физика. Школьная энциклопедия

Энергичный взлет Airbus A319. Фото: Manuel Mueller

Денис Окань (пилот-инструктор Boeing 737): Продолжаем срывать покровы с тайн гражданской авиации. Сегодня развеем страхи авиапассажиров от взлета современного лайнера.

Написать сейчас опус меня сподвиг один из читателей, который прислал ссылки на пару взлетов из аэропорта Курумоч (Самара), снятого любопытными пассажирами из салона самолета.

В данных видео привлекли комментарии. Что ж, вот они:

Видео 1:

Комментарии к нему:

Видео 2:

И комментарии

Оба случая объединяет один признак – пилоты “сходу пошли на взлет!”

Кошмар ведь, не правда ли?!!

Давайте разберемся!

Пассажиры со стажем наверняка помнят ритуал, повторяющийся практически в каждом взлете советского лайнера – самолет останавливается в начале полосы, затем некоторое время стоит – пилоты дают пассажирам помолиться.. да чего скрывать – они и сами в это время “молились” – так в шутку называют чтение карты контрольных проверок. После чего двигатели резко начинают сильно реветь, самолет – дрожать, пассажиры креститься… пилот отпускает тормоза и неведомая сила начинает вжимать притихших пассажиров в их кресла. Все трясется, полки открываются, у проводников что-то падает…

И вдруг, разумеется совершенно случайно, самолет взлетает. Становится немного тише, можно перевести дух… Но вдруг самолет начинает падать вниз!

В последний момент пилоты как правило “выравнивают лайнер”, после этого еще пару раз “выключаются турбины” в наборе высоты, ну а потом все становится обычно. Стюардессы с каменными лицами разносят соки-воды, для тех, кто плохо молился – кислородную маску. А затем начинается главное, ради чего и летают пассажиры – разносят еду.

Ничего не упустил? Вроде такие отзывы о полетах я читал неоднократно на непрофильных форумах.

Давайте разберемся.

Прямо сразу расставим точки над ё по поводу остановки лайнера на полосе перед взлетом. Как все же должны делать пилоты – останавливаться или нет?

Ответ таков – и так и эдак правильно. Современная методика взлета рекомендует НЕ останавливаеться на полосе, если на то нет веских причин. Под такими причинами могут скрываться:

а) Диспетчер пока еще думает – выпускать Вас или подержать еще маленько
б) Полоса имеет ограниченную длину.

По пункту А, думаю, все понятно.

По пункту Б скажу следующее – если ВПП (полоса) действительно очень короткая, а самолет загружен так, чтобы только-только масса проходила для этой длины – в этом случае имеет смысл сэкономить несколько десятков метров и вывести двигатель на повышенный режим, удерживая самолет на тормозах. Или же ВПП просто ну очень непривычно короткая, пусть даже самолет легкий. В этом случае пилот тоже “на всякий случай” так сделает.

Например, мы используем такой взлет в Шамбери. Там ВПП всего два километра, а впереди горы. Хочется как можно быстрее оторваться от земли и умчатся повыше. И обычно масса там приближена к максимально возможно для условий взлета.

В подавляющем большинстве случаев, если диспетчер нам разрешил взлет одновременно с занятием полосы – мы не будем останавливаться. Мы вырулим на осевую линию (причем, возможно, что уже с ускорением), убедимся в устойчивом прямолинейном движении самолета, и после этого “дадим по газам”.

Стоп!

А как же “помолиться”? Ведь выше ж написано про некую “карту контрольных проверок!”

Календарь низких цен на авиабилеты:

Самолет относится к летательным аппаратам тяжелее воздуха. Это означает, что для его полета нужны определенные условия, сочетание точно рассчитанных факторов. Полет самолета – это результат действия подъемной силы, которая возникает при движении потоков воздуха навстречу крылу. Оно повернуто под точно рассчитанным углом и имеет аэродинамическую форму, благодаря которой при определенной скорости начинает стремиться вверх, как говорят летчики – “становится на воздух”.

Разгоняют самолет и поддерживают его скорость двигатели. Реактивные толкают самолет вперед за счет сгорания керосина и потока газов, вырывающихся из сопла с большой силой. Винтовые двигатели “тянут” самолет за собой.

Крыло современных самолетов является статичной конструкцией и само по себе не может самостоятельно создавать подъемную силу. Возможность поднять многотонную машину в воздух возникает только после поступательного движения (разгона) летательного аппарата с помощью силовой установки. В этом случае крыло, поставленное под острым углом к направлению воздушного потока, создает различное давление: над железной пластиной оно будет меньше, а снизу изделия – больше. Именно разность давлений приводит к возникновению аэродинамической силы, способствующей набору высоты.

«Почему в самолете нельзя курить?», «Почему запрещено пользоваться электроникой?», «Нужно ли аплодировать пилотам?», «Может ли пилот выйти на рейс пьяным?» и другие вопросы о пассажирских самолетах, на которые мы наконец нашли ответы.

Петр Сальников· Александр Каныгин

Почему в самолете запрещено пользоваться электроникой во время взлета и посадки? Даже телефоном в авиарежиме? Даже плеер послушать?

В октябре 2014 года Европейское агентство по авиационной безопасности (EASA) выпустило официальное разрешение: электронные устройства могут оставаться включенными и быть в сети в течение всего полета. Но относится оно не к пассажирам, а к авиакомпаниям.

Перевозчики сами определяют, что лучше для их пассажиров. И официальная позиция большинства авиакомпаний - любое электронное устройство создает электромагнитное поле, которое напрямую или косвенно может повлиять на работу бортовых приборов. Поэтому лучше запретить любые гаджеты, чем ожидать, что «Боинг» заглохнет во время взлета из-за того, что кто-то решит отправить SMS.

Второй момент. Возможно, ты слышал, как в динамиках звучат сигналы, когда мобильный телефон ловит связь или принимает вызов? Такие же помехи могут заглушить в наушниках пилотов важную информацию от диспетчера.

Илья, 36 лет, сотрудник МЧС

Наконец, самое прозаическое объяснение: пассажир, слушающий плеер или говорящий по телефону, вовремя не узнает о начавшемся пожаре или внеплановом приводнении. А его сосед в эвакуационной спешке запутается в проводах от наушников.

Так все-таки: нужно аплодировать при касании шасси ВПП?

В подобном проявлении вежливости нет ничего плохого. Но заведи тогда привычку хлопать кассиру в супермаркете, который успешно пробил чек. Это тоже его работа.

Пилоты, скорее всего, не услышат аплодисментов: они отделены от салона бронированной дверью и заняты переговорами с диспетчерами, рулением и уборкой механизации крыла.

Пока самолет не скатился на рулежную дорожку, опасность остается: он может не остановиться, съехать с полосы с неприятными последствиями или резко затормозить - и на тебя свалится багаж с полок, которые открыл нетерпеливый сосед.

Илья, 36 лет, сотрудник МЧС

Если непременно хочешь поаплодировать экипажу, делай это после полной остановки судна у терминала.

Почему ко мне все время пристают стюардессы с просьбами поднять шторки иллюминаторов? Разве они на что-то влияют?

Открытые шторки иллюминаторов, поднятые спинки кресел и приглушенный в салоне свет - необходимые меры безопасности при посадке.

Алексей, пилот Boeing 777 авиакомпании «Трансаэро»

Давай дадим волю воображению и представим, что самолет только что экстренно сел: в салоне задымление и женские крики, на крыле пожар. Но его никто не видит, так как шторки опущены. В итоге аварийный выход открывается как раз со стороны возгорания, пассажиры не видят люминесцентные дорожки на полу и слепнут от яркого света, выйдя из темноты. В общем, поверь: все это нужно для твоей же безопасности.

А если человек умирает на борту? Куда убирают тело?

Его не убирают в багажное отделение, как могли бы, наверное, подумать несознательные читатели.

Человек остается на том месте, где произошла трагедия, а вот пассажиры от него по возможности отсаживаются. В крайнем случае, тело можно переместить на заднюю кухню. На практике бывало, что пассажир терял сознание или жаловался на острую боль в области сердца, но никто, слава богу, не умирал внезапно и молча. Был случай, когда весьма крупный мужчина пришел на кухню к проводникам за водичкой, потерял сознание и лежал под искусственной вентиляцией легких до прибытия в Домодедово, там его забрала скорая. А однажды пришлось выполнить незапланированную посадку в аэропорту Варны из-за подозрения на инфаркт у пожилой женщины.

Самое сложное для экипажа в условиях экстренной посадки - объясниться с пассажирами, у которых горят отпуска и пересадки на другие рейсы.

Откуда берется самолетная еда? Ведь кухни на борту я так и не нашел. Где она хранится, как долго лежит?

Все, что подается пассажирам на борту, готовится в цехе бортового питания, который обычно находится на территории аэропорта. Для экипажа, кстати, готовит тот же цех, хотя меню может быть другим. Все бортовое питание имеет очень ограниченный срок годности - несколько часов. Так что, если перелет короткий, еду заправляют в обе стороны, но если рейс задерживается, загруженную еду сгружают и утилизируют.

Контроль за качеством блюд очень серьезный: перевозчикам не хочется получить жалобы отравившихся на борту пассажиров. А что касается кажущейся дешевизны продуктов, то в 1987 году, убрав всего одну оливку из салата, авиакомпания American Airlines сэкономила 40 000 долларов. Кстати, алюминиевый контейнер для горячих блюд, о который ты постоянно обжигаешься на борту, называется «касалетка».

Почему во время полета нельзя курить? Только вопрос охраны здоровья?

Пепельницы в подлокотниках кресел, наверное, и сегодня еще можно застать в старых воздушных судах на каких-нибудь внутренних рейсах. Да и во время взлета и посадки в этих самолетах горят лампочки «Пристегните ремни», «Не курите». Значит, раньше было можно? И кому это мешало?

Версия о возможном пожаре на борту самая известная. При случае можешь зайти в самолетный туалет и проверить контейнер, куда летят использованные салфетки. Он закрыт подпружиненным лючком, который захлопывается, как только ты уберешь руку. Это сделано, чтобы в потенциальный очаг возгорания не попадал кислород. А вот обшивка кресел, напольные покрытия и другие материалы салона не поддерживают горение - их можно долго плавить зажигалкой, но открытого огня они не дадут. Важная причина запрета курения на борту - экономическая выгода перевозчика. Воздух в самолете постоянно циркулирует, проходя через фильтры очистки и даже охлаждая по пути оборудование. Копоть и смолы быстрее приводят их в негодность.

Кстати, на некоторых рейсах арабских стран и, например, Ирана курить можно и сегодня.

В кино часто показывают, как по советам с земли случайные пассажиры сажают самолет. Там же все компьютером управляется!

Плохая новость: если оба пилота выведены из строя, пассажиры обречены. Даже если перед этим они грамотно настроили автопилот на выполнение автоматической посадки, то вы все равно обречены. Ни одна электронная система на борту не может действовать автономно, без управления экипажа. Autoland - автоматическая посадка - тоже требует контроля и постоянного управления со стороны человека. Даже бортпроводник вряд ли знает, каким образом можно связаться с землей, чтобы доложить об аварийной ситуации на борту. Он просто не найдет тангенту (кнопку), чтобы выйти на связь. Так что случайный пассажир не справится.

Борис, командир воздушного судна, стаж 5 лет

Борьба за место

Экономический класс - не самое комфортное место. Есть свинский способ немного улучшить его.

В Интернете ты без труда найдешь гаджет по имени Knee Defender. Это замки, которые надеваются на обеденный столик и не дают креслу впереди откидываться.

Об этической стороне устройства идут споры, ведь комфорт достигается за счет причинения неудобств другому пассажиру. При этом никаких полетных правил Knee Defender не нарушает: применение его на борту не запрещено. Правда, в августе прошлого года рейс Ньюарк - Денвер совершил экстренную посадку в Чикаго именно по вине гаджета: пассажиры из-за него поссорились и едва не подрались. Если решишь купить - стоит эта штука примерно 1100 руб­лей.

Я выглянул в иллюминатор и увидел, что крыло с моей стороны странно качается. Это конец или современные самолеты машут крыльями, чтобы летать?

У пассажирских самолетов одно крыло. Два - у знакомого каждому «кукурузника».

Если бы крыло было жестким, оно сломалось бы под нагрузками, ведь на него действует и подъемная сила, и вес двигателей, и встречный поток воздуха, и сидящие птицы. Нижняя часть крыла сделана из более мягкого материала, так как во время полета она растягивается больше, а верхняя - из более жесткого.

Если все еще боишься, посмотри на YouTube тесты прочности самолетных крыльев. Там их выгибают чуть ли не под прямым углом.

Как работает самолетный туалет? Неужели, как в советских поездах, все тут же сбрасывается?

Почему-то миф о том, что туалеты в самолетах устроены по типу «писать нельзя, мы еще в черте города», существует до сих пор. Оказывается, никаких разумных истоков у него нет.

Даже в старых моделях воздушного судна в туалете все смывалось в специальную емкость - никаких люков для сброса отходов не было. Далее эта же вода отфильтровывалась и снова шла на смыв. При этом в нее добавляли химикат для нейтрализации запаха. В более современных самолетах смыв происходит при помощи резкого всасывания воздуха.

Герман, инженер сопровождения эксплуатации воздушного судна

С вакуумным унитазом связана одна глупая шутка несознательных пассажиров: если опустить туда конец туалетной бумаги и нажать слив, то в никуда весело размотается с километр целлюлозы. Все отходы опять-таки собираются в специальный бак, который по прибытии откачивает резервуар-ассенизатор на колесах под названием «МА-7».

Во время трансатлантического полета на экранах в салоне показывают карту с траекторией полета и смешным самолетиком. Почему мы летим по дуге, а не напрямую? Так же быстрее!

Очень просто: возьми глобус, апельсин, свернувшегося ежа или любой шарообразный предмет и попытайся на нем, приложив нитку, проложить маршрут. Или вспомни, как художники выгибают меридианы на мировой карте, чтобы корректно передать форму планеты. И это не полный ответ. Воздушное судно вообще никогда не летит по прямой. Более того, если бы удалось проследить весь путь самолета по более точной карте, оказалось бы, что он летит чуть ли не зигзагами.

Виновата программа ETOPS (Расширенные правила полетов для двухмоторных самолетов) - особые требования к выполнению полетов над безориентирной местностью. Согласно им, маршрут самолета должен быть построен так, чтобы он постоянно находился в пределах определенного времени полета до ближайшего аэродрома, где можно было бы совершить вынужденную посадку в случае отказа одного из двигателей.

Владимир Афонин, инженер-математик государственного концерна ПВО

Согласись, это лучше делать хоть на плохонькой, но взлетно-посадочной полосе (ВПП), а не в горах или на океанской глади. Ну а еще на траекторию полета влияют погодные условия. Конечно, самолету не помеха легкие дождь или снег, но он может при необходимости скорректировать курс, чтобы не избежать встречи с особенно агрессивными метеоусловиями.

Почему в самолетах одной модели, но разных авиакомпаний эконом-класс может быть совершенно по-разному тесным?

Логично предположить, что, чем больше самолет, тем больше места внутри. Это не всегда так.

Компоновка кресел в салоне зависит от авиакомпании и делается на заказ в соответствии с требованиями производителя самолета.

Анастасия, пресс-служба компании «Трансаэро»

Можно пилоту обмануть медконтроль перед полетом и выйти на рейс пьяным?

В России перед полетом пилоты проходят медицинский контроль - им измеряют пульс и давление. Обмануть его теоретически можно, подделав подпись врача в полетном задании. Но ради того, чтобы полетать пьяным, вряд ли кто-то пойдет на это: отстранение от полета часто карается увольнением.

Борис, командир воздушного судна, стаж 5 лет

Гораздо проще остаться дома, сослаться на нездоровье и отправить в рейс резервный экипаж.

Салон нашего самолета был украшен к Новому году елочными игрушками. Они какие-то специальные?

Это зависит только от авиакомпании. Игрушки используются и обычные, но предпочтение отдается пластмассовым, небьющимся.

Кроме того, на рейсах некоторых компаний пассажиров поздравляет Дед Мороз: это безопаснее и дешевле - достаточно одному из стюардов надеть шубу и бороду.

Анастасия, пресс-служба компании «Трансаэро»

Правда ли, что во время длительных перелетов двигатели само­лета периодически глушатся и самолет какое-то время просто планирует?

Неправда. В штатном режиме такое никогда не происходит. Но двигатели могут быть заглушены автоматически из-за неисправности или пожара.

Илья, 36 лет, сотрудник МЧС

Вообще, процедуру запуска двигателей (она называется «run up») имеет право совершать только пилот: по сигналу техника он запускает сначала правый, а затем левый двигатель. Такой порядок обусловлен тем, что тормоза в абсолютном большинстве типов иностранной техники запитаны от правого двигателя. Во время полета двигатели могут быть заглушены на испытаниях. За это и платят летчикам-испытателям.

Герман, инженер сопровождения эксплуатации воздушного судна

О"кей, мы, кажется, падаем. Мне повезет? Пассажиры какого отсека имеют больше шансов на выживание?

Мнения на этот счет существуют самые разные. Наиболее распространенное - садись в хвосте (там и пописать можно): топливные баки расположены под средней частью салона.

Владимир Афонин, инженер-математик государственного концерна ПВО

Если пилот отгорожен непроницаемой дверью от салона, как он общается с экипажем?

После 11 сентября пилоты действительно отгорожены бронированной дверью, которая имеет специальный код для входа.

Это сделано на случай, если в кабине все потеряют сознание - например, вследствие разгерметизации. Но этот код сработает только в том случае, если в течение 120 секунд после его ввода пилот не предпримет никаких действий. Конечно, проводники не используют его каждый раз для доступа в кабину, а только проверяют его работоспособность перед вылетом. В штатных ситуациях для входа провод­ник вызывает летчиков по трубке, то есть используя самолетное переговорное устройство, то самое, через которое он читает информацию для пассажиров, только на этот раз вызывает летчиков, а не громкую связь в салон. Кстати, проводник обязан вызывать экипаж каждые 40 минут днем и каждые 20 минут ночью, чтобы убедиться в их работоспособности.

Борис, командир воздушного судна, стаж 5 лет

Для общения с бортпроводниками есть специальные кодовые фразы. Обычно они оговариваются перед полетом, но есть и постоянные. Например, «Purser to cockpit, please» означает, что один из членов экипажа не в состоянии выполнять свои рабочие обязанности и старший проводник должен прийти на помощь. На случай захвата судна, конечно, тоже есть кодовое слово.

Правда ли, что можно научиться управлять самолетом, играя в компьютерные симуляторы вроде Microsoft Flight Simulator?

Можно развить какие-то навыки, вроде ориентирования в кабине. Знать, где какой прибор расположен. Возможно, симуляция даст представление о физическом поведении машины, ее динамических характеристиках, но говорить о полноценном обучении управлению не стоит. Для этих целей в авиации используются куда более продвинутые модели симуляции - MFTD и FFS. И если MFTD немного похожа на то, что игрок может устроить у себя дома, то FFS - это сложнейшее инженерное устройство, стоимость которого превышает цену самого самолета.

Увы, сегодня по закону экипаж может пресечь хулиганство на борту только с помощью уговоров. Но в нашей авиакомпании есть специальная служба сопровождения рейсов - это сотрудники служб воздушной безопасности в штатской одежде.

Борис, командир воздушного судна, стаж 5 лет

Любые буйные действия могут быть расценены как угон воздушного судна. О них будет сообщено командиру экипажа, который примет решение о посадке.

Меня немного пугает, когда люди доплачивают за перевес багажа. А самолет все это унесет? У него вообще есть лимит груза?

Предельный вес - это очень важно. Если он превышен, нарушается центровка судна. Самолет или не взлетит, если центровка передняя, или не будет управляться в воздухе, если задняя. А вот для расчета веса пассажиров используются средние значения, которые действуют в России уже более тридцати лет.

Стоит отметить, что для российских и зарубежных авиаперевозчиков они разные. Что касается отечественных компаний, то здесь все зависит от сезонности авиаперевозок и возраста пассажиров. Так, в осенне-зимний период за основу при расчетах максимальной взлетной массы воздушного судна берется средний вес взрослого - 85 кг, учитывая одежду и ручную кладь; ребенка до двух лет - 15 кг, детей с 2 до 12 лет - 30 кг. В период весенне-летнего сезона считается, что в среднем пассажир весит на 5 кг меньше, поскольку совершает перелет без верхней одежды.

Елена Монина, пресс-служба московского аэропорта Домодедово

Кстати, пассажирские самолеты перевозят массу коммерческого груза. Только крупные операторы вроде DHL или UPS имеют собственный грузовой флот, остальные используют обычные рейсы. При регистрации диспетчеры сообщают, сколько свободного места (веса) осталось, и карго-операторы загружают полезный груз: почту, посылки, контейнеры с иммигрантами.

Что будет, если меня застукают в туалете самолета занимающимся сексом?

Каких-то определенных правил на этот счет нет. Самое страшное, что может случиться, по прибытии на тебя наябедничают в службу безопасности, но обычно просто сделают замечание.

Ирина, бортпроводница, стаж 3 года

А вот предлагать бортпроводникам деньги, чтобы они пустили в комнаты для отдыха экипажа (такие есть на трансатлантических рейсах), - плохая идея. Зарплаты у них приличные, а тебя могут внести в черный список пассажиров.

Фото: Getty Images; Everett Collection / East News; Shutterstock Иллюстрация: Ольга Громова

Мы расскажем Вам, почему важно пройти обучение на пилота , знать что такое пилотирование самолета и как летает самолет .

Для курсанта, начинающего обучение на пилота самолета, это может стать не самым приятным сюрпризом. Давно пора возвращаться на землю, а самолет все еще летит.

В 20-е годы прошлого века авиаконструкторы столкнулись со странным явлением. Самолеты, построенные по всем законам классической аэродинамики, вдруг оказались непригодными для использования с существующей инфраструктурой. Казалось бы, все сто раз посчитано и просчитано, но вопреки цифрам и здравому смыслу самолет не может «вписаться» в длину посадочной полосы. Позднее для борьбы с этим явлением придумали интерцепторы (они же спойлеры), а сам эффект получил название «экрана».

Ученые авторы пособий по аэродинамике предлагают сложное определение экранного эффекта. Им, ученым, так по статусу положено. Реальные же пилоты объясняют все гораздо проще:
«Экран на посадке ощущаешь пятой точкой. Когда режим двигателям убрал, скорость минимальная, а самолет «почему-то» садиться не хочет».

Со стороны это выглядит так, будто самолет возомнил себя планером, или летчик решил поиграться в парашютиста: есть у них такая дисциплина, в которой кто дальше пролетит горизонтально над землей, тот самый крутой.

Разумеется, каждый пилот самолета , узнав что такое пилотирование самолета и как летает самолет в летной школе, прекрасно знает, что в так называемой «зоне влияния земли» возможен экранный эффект (в английском языке используется гораздо более понятный термин ground effect). Но часто его ошибочно называют «воздушной подушкой». На самом деле эффект планирования на сверхмалой высоте имеет отношение к воздушной подушке только в одном случае. Если вы летаете на чем-то таком:

А вот почему это происходит в авиации, давайте разберем.

Обучение на пилота: теория прежде всего

Если бы стояла задача, объяснить экранный эффект в двух словах, это были бы слова wingtip vortices. Дословно – вихри на концах крыла. На современном этапе развития авиастроения они являются предметом главной головной боли конструкторов.

Именно концевые вихри индуцируют сопротивление, которое так и называется «индуктивное» и для борьбы с которым приходится тратить лишнее топливо. Именно они оставляют позади летящего самолета спутный след, в который может попасть другой самолет, что уже не раз становилось причиной авиакатастроф. Наконец, именно они создают экранный эффект, добавляя пилоту хлопот на приземлении.
Осталось понять, откуда они берутся.

Как летает самолет

Как обычно, все начинается с азов. Благодаря особой форме профиля набегающий поток воздуха обтекает крыло по-разному. Снизу быстрее, сверху – медленнее. Возникает разница давлений, в результате которой более плотный воздух снизу как бы «выдавливает» крыло вверх. Это самое примитивное объяснение возникновения подъемной силы.

Но крыло (к великому сожалению авиаконструкторов) не бесконечно, поэтому где-то обязательно возникает область, в которой плотный воздух снизу и разреженный сверху соприкоснутся. Несложно догадаться, что произойдет это там, где крыло кончается.

Теперь вспоминаем школьный курс физики и принцип сообщающихся сосудов. Если в одной части давление больше, а в другой меньше, молекулы газа будут вести себя так, чтобы давление уравновесилось. Иными словами, из области высокого давления воздух стремится убежать в область низкого. Как ему это сделать? Разумеется, через ту же законцовку крыла (на самом деле процесс происходит и в других частях крыла, но именно здесь он наиболее выраженный). Воздух из-под нижней плоскости крыла движется наверх, создавая на кончиках крыла направленные вверх завихрения.

Но самолет-то в это время продолжает лететь вперед! В результате каждый такой поток закручивается в спираль. Это и есть концевой вихрь (он же вихревой жгут, он же спутный вихрь или спутный след).

Иногда такие вихри можно наблюдать невооруженным глазом. Например, во время авиашоу, когда сверхзвуковые истребители выполняют фигуры высшего пилотажа, а погода достаточно влажная, за ними отчетливо видна спутная струя. Вот это оно и есть.

Бороться можно, но сложно

В принципе, концевые вихри затухают буквально через несколько минут, но за большим тяжелым самолетом могут растянуться на километры. Пилот самолета , летящего следом, рискует попасть в такую сильную турбулентность, которая чревата полной потерей управляемости.

Пока аэропорты вкладывают миллионы денег в разработку систем, которые позволят рассеивать вихревой след, авиаконструкторы уже придумали способ минимизировать его образование. Для этого на современные пассажирские авиалайнеры ставят законцовки особой формы – винглеты или шаркелетты. Они изгибаются кверху, тем самым лишая воздух возможности свободно перетекать снизу вверх.

Аэропортам это нужно, чтобы минимизировать интервал между взлетами и посадками, а авиакомпаниям – чтобы сократить издержки. Чем слабее концевой вихрь, тем меньше индуктивное сопротивление, тем ниже расход топлива.

Недавно винглетами оснастили даже ремортизированного «старичка» Ан-2. Но помимо преимуществ у винглетов есть и недостатки: экономия топлива происходит в основном в крейсерском режиме полета на большой скорости на длинные расстояния. Так что малой авиации с ее частыми взлетами-посадками и короткими маршрутами технологическая революция в ближайшей перспективе вряд ли грозит. Придется научиться летать с тем, что есть.

Летная школа: еще немного теории

Все описанное выше относилось к полету на высоте. Теперь представим, что самолет с тянущимся по обе стороны шлейфом концевых вихрей идет на посадку.
Картинки ниже даже не требуют особых пояснений.

В первом варианте (на высоте) вихревые потоки проворачиваются по такой траектории, которая создает дополнительное давление вниз. То есть подъемная сила крыла становится меньше. Но когда самолет приближается к земле (или воде), концевой вихрь разбивается о препятствие. Таким образом, подъемная сила крыла становится больше, хотя другие условия (скорость, угол атаки и т.д.) не изменились.
Но и это еще не все.

На высоте концевые вихри создают дополнительное давление на верхнюю плоскость крыла. Иными словами, возрастает вертикальная скорость, направленная вниз. Из-за этого воздух, который обтекает крыло сверху, тоже меняет свое направление. Возникает так называемый скос потока.

Около земли концевые вихри «разбиваются» о поверхность. Давление на верхнюю плоскость крыла ослабевает, соответственно скос потока становится меньше:

Пилотирование самолета: куда косит поток

Говоря про меньший скос потока, мы подразумеваем, что воздух обтекает верхнюю плоскость крыла ровнее. Направление его движения становится более пологим, ближе к горизонтали. А как известно, подъемная сила, всегда перпендикулярна набегающему потоку. Чем горизонтальнее поток, тем явственнее вектор подъемной силы направлен вверх – в противовес силе тяжести.

На высоте скос потока выражен сильнее, поэтому вектор подъемной силы отклоняется назад. Но самолету надо лететь вперед! Решить это противоречие можно увеличив тягу двигателей, заплатив взамен повышенным сопротивлением. Проще говоря, чем ровнее (горизонтальнее) набегающий поток, тем меньше он сопротивляется разрезающему его крылу. Чтобы представить себе, как это все работает, можно внимательно рассмотреть рисунок выше, а можно просто запомнить:

Чем меньше скос потока -> тем меньше сопротивления -> тем больше подъемной силы.

А чем больше подъемная сила и меньше сопротивления, тем дальше самолет планирует, не желая опускаться на бренную землю.

Ни высоко, ни низко, ни далеко, ни близко

Аэродинамика – наука точная, и абстрактные понятия здесь не совсем уместны. Действительно, что значит «экранный эффект проявляется недалеко от земли»? Насколько недалеко?

Очевидно, что если первоисточником экрана являются концевые вихри, то все зависит от габаритов самолета. Чем он больше и тяжелее, тем больше в диаметре срывающиеся с его законцовок вихри. Поэтому большой самолет почувствует эффект влияния земли на большей высоте.

Но тогда почему самый популярный самолет чтобы пройти обучение на пилота - Cessna 172 и, скажем, Piper Warrior, которые находятся примерно в одной весовой категории, планируют по-разному? При одинаковой скорости и погодных условиях, Цесна приземлится заметно ближе.

Ответ – в расположении крыльев. Пайпер – так называемый низкоплан. Его крылья расположены в нижней части фюзеляжа. То есть они гораздо ближе к земле. А раз так, то и эффект влияния земли ощущается сильнее.

Принято считать, что он возникает, когда расстояние до земли равно размаху крыла или меньше. Но сильнее всего экранный эффект проявляется на высоте, равной 20% от размаха. В этот момент крыло индуцирует всего 60% от своего обычного сопротивления. Впрочем, без примеров все равно неубедительно.

Допустим, мы собрались научиться летать самолете Цессна 172. Размах ее крыла составляет 11 метров. 20% - это примерно 2 метра. Иными словами, когда Цессна (точнее, ее крыло) окажется на высоте 2 метра с небольшим, преодолеть оставшееся до земли расстояние может быть не совсем просто.

У Пайпера практически тот же размах (10,5 м), но в отличие от Цессны, его крылья находятся на высоте буквально метр от земли. Следовательно экранный эффект летчик почувствует примерно на той же высоте (2 метра), но его крылья в этот момент будут чуть ли не в двое ниже, чем у коллеги из Цессны. Соответственно, скос потока будет меньше, а сопротивление составит всего 40% от обычного. Понятно, что не меняя скорости такой самолет пролетит гораздо дальше.

Делать-то что?

Может сложиться впечатление, что экранное влияние земли – это сплошные проблемы. Но иногда он все же бывает полезен. Во время Второй мировой войны американские бомбардировщики B-29 летали на сверхдальние расстояния с авиабазы на Марианских островах в Японию. Отказы двигателей в то время считались обычным делом, и очень часто экипажи были вынуждены возвращаться с одним двигателем. Это вызывало кучу проблем – необходимость маневрировать резко сужала возможности, увеличивала расход топлива, и пилотам часто приходилось бросать пилотирование самолета катапультироваться в бескрайние воды Тихого океана. Тогда пилоты приспособились летать на малой высоте, используя экранирующий эффект воды, чтобы разгрузить двигатели.

В малой авиации экранный эффект может пригодиться при посадках на грунтовые полосы, особенно в пору осенне-весенней распутицы. Понимая, как летает самолет и что с ним происходит, можно по примеру планеристов сознательно увеличивать дистанцию горизонтального полета, выбирая для посадки кусочек посуше.

С другой стороны, если в момент посадки вы обнаружили себя летящим там, где по всем расчетам уже должны были кататься, возможно, стоит уйти на второй круг и построить заход с учетом экранного эффекта.

Самолет набирает скорость постепенно. Фаза взлета длится продолжительный отрезок времени и начинается с процесса движения на взлетно-посадочной полосе. Различают несколько видов взлета и набора скорости.

Как происходит взлет

Аэродинамика авиалайнера обеспечивается особой конфигурацией крыла, которая практически одинакова у всех самолетов. Нижняя часть профиля крыла всегда плоская, а верхняя – выпуклая, независимо от типа самолета.

Воздух, проходящий под крылом, не изменяет своих свойств. Одновременно с этим, поток воздуха, проходящий через выпуклую верхнюю часть крыла, сужается. Таким образом, через верхнюю часть крыла проходит меньшее количество воздуха. Поэтому чтобы за единицу времени прошел тот же поток воздуха, необходимо увеличить скорость его движения.

В результате наблюдается разница давления воздуха в нижней и верхней части крыла авиалайнера. Это объясняется законом Бернулли: увеличение скорости потока воздуха приводит к снижению его давления.

Из разницы давления образуется подъемная сила. Ее действие словно толкает крыло вверх, а вместе с этим и весь самолет. Самолет отрывается от земли в тот момент времени, когда подъемная сила превосходит вес авиалайнера. Это достигается путем набора скорости (увеличение скорости движения самолета приводит к увеличению подъемной силы).

Интересно. Горизонтальный полет обеспечивается тогда, когда подъемная сила равна весу авиалайнера.

Таким образом, при какой скорости самолет оторвется от земли, зависит от подъемной силы, величина которой определяется в первую очередь массой авиалайнера. Сила тяги авиационного двигателя обеспечивает набор скорости, необходимой для увеличения подъемной силы и взлета авиалайнера.

По этому же принципу аэродинамики летает вертолет. Внешне кажется, что винт вертолета и крыло самолета имеют мало общего, однако каждая лопасть винта имеет такую же конфигурацию, обеспечивающую разницу показателей давления воздушного потока.

Скорость взлета

Чтобы пассажирский самолет оторвался от земли, необходимо развить скорость взлета, которая сможет обеспечить увеличение подъемной силы. Чем больше вес авиалайнера, тем большая скорость разгона необходима для того, чтобы самолет поднялся в воздух. Какая скорость самолета при взлете – это зависит от веса летательного аппарата.

Так, Боинг 737 оторвется от земли только в тот момент, когда скорость движения по взлетно-посадочной полосе достигнет значения 220 км/ч.

747-ая модель Боинга имеет большую массу, а, значит, для взлета необходимо развить большую скорость. Скорость самолета этой модели при взлете равняется 270 км/ч.

Самолеты модели Як 40 разгоняются до 180 км/ч, чтобы оторваться от взлетно-посадочной полосы. Это обусловлено меньшей массой самолета, по сравнению с Боингами 737 и 747.

Виды взлета

На взлет самолета влияют сразу несколько факторов:

• погодные условия;
• протяженность взлетно-посадочной полосы (ВПП);
• покрытие ВПП.

К погодным условиям, которые учитываются при взлёте самолета, относятся скорость и направление ветра, влажность воздуха и наличие осадков.

Всего различают 4 вида взлета:

• с тормозов;
• классический набор скорости;
• взлет с помощью дополнительных средств;
• вертикальный набор высоты.

Первый вариант разгона подразумевает достижение необходимого режима тяги. С этой целью авиалайнер стоит на тормозах, пока работают двигатели, и отпускается только тогда, когда необходимый режим будет достигнут. Такой метод взлета применяется в случае недостаточной протяженности взлетной полосы.

Классический метод взлета подразумевает постепенный набор тяги при движении самолета по ВПП.

Классический взлет с ВПП

Под вспомогательными средствами подразумеваются специальные трамплины. Взлет с трамплина практикуется на военных самолетах, взлетающих с авианосца. Использование трамплина помогает компенсировать отсутствие ВПП достаточной протяженности.

Вертикальный взлет осуществляется только при наличии специальных двигателей. Благодаря вертикальной тяге взлет происходит аналогично взлету вертолета. Оторвавшись от земли, такой самолет плавно переходит в горизонтальный полет. Ярким примером самолетов с вертикальным взлетом является ЯК-38.

Взлет Боинга 737

Чтобы точно разобраться, как самолет взлетает и набирает скорость, следует рассмотреть конкретный пример. Для всех пассажирских реактивных самолетов схема взлета и набора высоты одинакова. Разница заключается лишь в достижении величины необходимой скорости взлетающего самолета, что обуславливается весом авиалайнера.

Прежде чем самолет придет в движение, нужно чтобы двигатель достиг необходимого режима работы. Для самолета Боинг 737 это значение составляет 800 оборотов в минуту. При достижении этой отметки пилот отпускает тормоз. Самолет берет разбег на трех колесах, ручка управления находится в нейтральном положении.

Чтобы оторваться от земли, самолет этой модели должен набрать сначала скорость 180 км/ч. На этой скорости возможно поднятие носа летательного аппарата, дальше самолет разгоняется на двух колесах. Для этого пилот плавно опускает управление вниз, в результате щитки-закрылки отклоняются, а носовая часть поднимается вверх. В таком положении самолет продолжает разгоняться, двигаясь по ВПП. Авиалайнер оторвется от земли тогда, когда разгон достигнет 220 км/ч.

Следует понимать, что это усредненное значение скорости. При встречном ветре скорость меньше, так как ветер способствует более легком отрыву авиалайнера от земли, дополнительно увеличивая подъемную силу.

Разгон самолета усложняется при высокой влажности воздуха и наличии осадков. В этом случае скорость отрыва должна быть больше, чтобы самолет взлетел.

Важно! Решение о том, какую скорость можно считать достаточной для набора высоты принимает пилот, оценив погодные условия и особенности взлетно-посадочной полосы.

Скорость в полете

Скорость полета самолета зависит от модели и особенностей конструкции. Обычно указывается максимально возможная скорость, однако на практике такие показатели достигаются редко и самолеты летают на крейсерской скорости, которая, как правило, составляет около 80% от максимального значения.

К примеру, скорость пассажирского самолета Эйрбас А380 составляет 1020 км/ч, это значение указано в технических характеристиках самолета и является максимально возможной скоростью полета. Полет же осуществляется на крейсерской скорости, которая для этой модели самолета составляет около 900 км/ч.

Боинг 747 рассчитан на полет со скоростью 988 км/ч, но полеты совершаются на крейсерской скорости, которая варьируется в пределах 890-910 км/ч.

Интересно. Компания Boeing занимается разработкой самого быстрого пассажирского авиалайнера, максимальная скорость которого будет достигать 5000 км/ч.

Как садится самолет

Самые ответственные моменты при полете – это взлет и посадка авиалайнера. Движение в небе обычно обеспечивается автопилотом, в то время как посадка и взлет осуществляются пилотами.

Посадка – это то, что больше всего волнует пассажиров, так как этот процесс сопровождается пугающими ощущениями при снижении высоты, а затем толчком при приземлении авиалайнера на взлетно-посадочную полосу.

Нередко, спрашивая о том, как прошел полет, можно получить ответ, что посадка была мягкой. Именно мягкая посадка считается показателем мастерства пилота.

Подготовка к посадке начинается в воздухе, на высоте 25 м над уровнем порога взлетно-посадочной полосы для больших самолетов, и 9 м – для маленьких летальных аппаратов. До момента, когда самолет зайдет на посадку, уменьшаются вертикальная скорость снижения и подъемная скорость крыла. Уменьшение скорости обуславливает снижение подъемной силы, благодаря чему самолет может приземлиться.

Самолеты садятся на взлетно-посадочную полосу не сразу. При посадке сначала происходит контакт с ВПП, и самолет приземляется на стойки шасси. Затем авиалайнер продолжает движение по ВПП на колесах, постепенно снижая скорость. Именно момент контакта с ВПП сопровождается тряской в салоне и вызывает беспокойство у пассажиров.

Как правило, посадочная скорость примерно равна либо незначительно отличается от скорости взлета. Так, Боинг 747 сможет сесть на скорости около 260 км/ч.

Видео

Когда садится самолет, все решения о необходимости уменьшения скорости принимает пилот. Таким образом, мягкая посадка характеризует профессиональные навыки пилота. Однако следует помнить, что особенности приземления авиалайнера также зависят от ряда климатических факторов и особенностей ВПП.