Сегодня путешествие на более-менее приличное расстояние невозможно вообразить без самолета. Перелет уже сам по себе становится приключением, и, конечно, за воздушными судами невероятно интересно наблюдать, хотя жители деревень и городов, расположенных рядом аэропортом, поспорят с этим фактом.Многие аэропорты для «самолетных» фанатов обустраивают специальные споты, откуда можно наблюдать за взлетом и посадкой с максимально близкого расстояния, пока самолет не скрылся за облаками. «Рамблер» выяснил, почему воздушные суда летают так высоко.
Продолжение истории после рекламы
Самолет не сможет взлететь без воздуха. У поверхности земли оптимальные условия для запуска двигателей и создания необходимой подъемной силы. Однако тот же воздух оказывает серьезное лобовое сопротивление. На высокой скорости — 800–950 км/ч — самолет меньше зависит от плотности воздуха и может лететь на высоте 10 километров. Перелеты на низкой высоте экономически нецелесообразны, так будет тратится больше топлива на преодоление сопротивления воздуха. Но и на высоте 12-15 километров пассажирские самолеты не летают, иначе им пришлось бы развивать сверхзвуковую скорость.
Пассажирские авиалайнеры летают, как правило, на высоте от 9 до 12 километров. Высота полета имеет ограничения из-за некоторых факторов. Поэтому пилоты выше заданной «отметки» судно не поднимают. Какие причины тому виной, и могут ли самолеты летать выше, читайте в материале «Рамблера».
На оптимальную высоту полета лайнеры поднимаются в первые 10 минут после взлета. Как уже отмечалось выше, это отметка от 9 до 12 километров. Зависит она от погоды, характеристики и веса судна, направления полета. Для каждого борта диспетчеры рассчитывают оптимальную высоту полета индивидуально. Но при этом эта высота варьируется именно в озвученных рамках.
Продолжение истории после рекламы
Дело в том, что на высоте от 9 до 12 километров воздух разряжен, поэтому лайнер легче преодолевает сопротивление и тратит меньше горючего. Ниже указанной высоты лететь самолету попросту опасно: можно попасть в грозу, встретить птиц, которые могут попасть в двигатель, или, например, вертолеты.
Максимальная же высота полета ограничена из-за других причин.
Во-первых, воздух на высоте крайне разряжен. Из-за этого самолетам перестает хватать мощности, чтобы нормально продолжать движение.
Во-вторых, подниматься выше 12 километров опасно, поскольку у пилотов в случае чрезвычайной ситуации будет меньше времени, чтобы вернуться на безопасную высоту. Много времени придется потратить на снижение, а порой даже секунды в случае аварийной ситуации играют решающую роль.
Продолжение истории после рекламы
И, наконец, в-третьих, пилотам необходимо постоянно держать связь с диспетчерами. На высоте качество этой связи ощутимо снижается, что может быть чревато большими проблемами.
Для работы проектов iXBT.com нужны файлы cookie и сервисы аналитики.
Продолжая посещать сайты проектов вы соглашаетесь с нашей
Политикой в отношении файлов cookie
Современные пассажирские авиалайнеры, оснащенные реактивными двигателями, основную часть времени в полете проводят на высоте около 10 км, а точнее — от 9 до 12 км. Если некоторые военные самолеты могут летать на высоте в 20 — 30 км, то пассажирским авиалайнерам приходится иметь дело с такими факторами, как экономическая эффективность и безопасность полетов.
Во-первых, это невыгодно с точки зрения расхода топлива. Чем больше высота полета, тем больше топлива надо израсходовать, чтобы её набрать. Однако полет на более низкой высоте не позволит сэкономить на керосине из-за высокого лобового сопротивления. Сила сопротивления воздуха прямо пропорциональна его плотности. На высоте 1 км плотность воздуха составляет 91% от его плотности на уровне моря. На высоте 5 км — 60%, а на 10 км — всего 34%.
Во-вторых, на низкой высоте возникает риск встречи с птицами, квадрокоптерами, вертолетами и турбовинтовыми самолетами малой авиации, что не очень благоприятно сказывается на безопасности. Кроме того, в случае одновременного отказа всех двигателей авиалайнер тем дольше сможет планировать, чем выше он находился в момент обнаружения неисправности. С высоты 10 км современные авиалайнеры могут планировать на расстояние до 150 — 200 км. О подобных прецедентах можно почитать здесь.
В третьих, низкая высота полета не позволила бы авиалайнерам избегать попадания в грозовые тучи, а повреждения градом в авиации носили бы куда более массовый характер. 10 км — это граница тропосферы и стратосферы, здесь самолетам практически не угрожают погодные явления, а турбулентность — минимальна.
На высоте 15 км плотность воздуха примерно вдвое ниже, чем на высоте 10 км. Казалось бы, можно сэкономить ещё больше топлива за счет снижения лобового сопротивления, однако слишком низкая плотность воздуха на большой высоте приводит к критическому снижению подъемной силы. Для того чтобы скомпенсировать этот эффект, современным авиалайнерам пришлось бы развивать значительно более высокую скорость и преодолевать звуковой барьер, на что они не рассчитаны конструктивно.
На высоте 15 — 18 км могли совершать рейсы Конкорд и Ту-144, но дороговизна эксплуатации этих сверхзвуковых моделей не позволяла им конкурировать с «традиционными» дозвуковыми авиалайнерами. К примеру, билет на Конкорд в одну сторону из Нью-Йорка в Лондон в 2000-м году стоил ~ 10 тыс. долларов, в пересчете на современные деньги это около 17 тыс. долларов.
Высота полета – один из важнейших авиационных параметров. От нее зависят, в частности, скорость и расход топлива. Иногда от выбора высоты зависит и безопасность полета. Так, например, пилотам приходится менять высоту при резком изменении метеоусловий, из-за густого тумана, плотной облачности, обширного грозового фронта или турбулентной зоны. Какой должна быть высота полета В отличие от скорости самолета (когда чем быстрее, тем лучше), высота полета должна быть оптимальной. Причем у каждого типа самолетов она своя. Никому в голову не придет сравнивать высоты, на которых летают, к примеру, спортивные, пассажирские или многоцелевые боевые самолеты. И все же и здесь есть свои рекордсмены.
Продолжение истории после рекламы
На какой высоте летают пассажирские самолеты Самолеты гражданских воздушных линий по праву составляют самую большую группу современной авиации. По данным на 2015 год в мире насчитывалось 21,6 тыс. многоместных летающих аппаратов, из которых треть – 7,4 тыс. – это крупные широкофюзеляжные пассажирские лайнеры.
Продолжение истории после рекламы
При определении оптимальной высоты полета (эшелона) диспетчер или командир экипажа руководствуются следующим. Как известно, чем больше высота, тем более разряжен воздух и тем легче лететь самолету – поэтому есть смысл подняться выше. Однако крыльям самолета нужна опора, а на предельно большой высоте (например, в стратосфере) ее явно недостаточно, и машина начнет «заваливаться», а двигатели глохнуть.
Вывод напрашивается сам собой: командир (а сегодня и бортовой компьютер) выбирает «золотую середину» – идеальное соотношение силы трения и подъемной силы. В результате, у каждого типа пассажирских лайнеров (с учетом метеоусловий, технических характеристик, продолжительности и направления полета) своя оптимальная высота.
Продолжение истории после рекламы
Почему самолеты летают на высоте 10000 метров? В целом, высота полета гражданских самолетов варьируется в пределах от 10 до 12 тыс. метров при полете на запад и от 9 до 11 тыс. метров – на восток. 12 тыс. метров – это максимальная высота для пассажирских самолетов, выше которой двигатели начинают «задыхаться» от нехватки кислорода. Из-за этого высота 10000 метров считается наиболее оптимальной.
На какой высоте летают истребители Высотные критерии истребителей несколько иные, что объясняется их предназначением: в зависимости от поставленной задачи вести боевые действия приходится на различных высотах. Техническая оснащенность современных истребителей позволяет им действовать в диапазоне от нескольких десятков метров до десятков километров.
Продолжение истории после рекламы
Однако запредельные высоты у истребителей нынче «не в моде». И этому есть свое объяснение. Современные средства ПВО и ракеты истребителей класса «воздух-воздух» способны уничтожать цели на любых высотах. Поэтому главная проблема для истребителя – раньше обнаружить и уничтожить противника, а самому остаться незамеченным. Оптимальная высота полета истребителя 5-го поколения (практический потолок) – 20000 метров.
Граница между атмосферой Земли и космосом проходит по линии Кармана, на высоте 100 км над уровнем моря.
Итак, атмосфера. Воздушный океан, который плещется у нас над головой, а мы живем на самом его дне. Иначе говоря, газовая оболочка, вращающаяся вместе с Землей, наша колыбель и защита от разрушительного ультрафиолетового излучения. Вот как это выглядит схематично:
Тропосфера. Простирается до высоты 6-10 км в полярных широтах, и 16-20 км в тропиках. Зимой граница ниже, чем летом. Температура с высотой падает на 0.65°C каждые 100 метров. В тропосфере находится 80% общей массы атмосферного воздуха. Здесь, на высоте 9-12 км, летают пассажирские самолеты. Тропосфера отделена от стратосферы озоновым слоем, который служит щитом, защищающим Землю от разрушительного ультрафиолетового излучения Солнца (поглощает 98% УФ-лучей). За озоновым слоем жизни нет.
Стратосфера. От озонового слоя до высоты 50 км. Температура продолжает падать, и, на высоте 40 км, достигает 0°C. Следующие 15 км температура не меняется (стратопауза). Здесь могут летать метеозонды и стратостаты*.
Мезосфера. Простирается до высоты 80-90 км. Температура падает до -70°C. В мезосфере сгорают метеоры, на несколько секунд оставляя светящийся след на ночном небе. Мезосфера слишком разрежена для самолетов, но, в то же время, слишком плотна для полетов искусственных спутников. Из всех слоев атмосферы она самая недоступная и малоизученная, поэтому ее называют “мертвой зоной”. На высоте 100 км проходит линия Кармана, за которой начинается открытый космос. На этом официально заканчивается авиация и начинается космонавтика. Кстати, линия Кармана юридически считается верхней границей расположенных внизу стран.
Термосфера. Оставив позади условно проведенную линию Кармана выходим в космос. Воздух становится еще более разреженным, поэтому полеты тут возможны только по баллистическим траекториям. Температура колеблется от -70 до 1500°C, солнечная радиация и космическое излучение ионизируют воздух. На северном и южном полюсах планеты частицы солнечного ветра, попадая в этот слой, вызывают полярные сияния, видимые в низких широтах Земли. Здесь же, на высоте 150-500 км летают наши спутники и космические корабли, а чуть выше (550 км над Землей) – прекрасный и неподражаемый телескоп Хаббл (кстати, люди поднимались к нему пять раз, т.к. телескоп периодически требовал ремонта и технического обслуживания).
Термосфера простирается до высоты 690 км, дальше начинается экзосфера.
Экзосфера. Это внешняя, рассеянная часть термосферы. Состоит из ионов газа, улетающих в космическое пространство, т.к. сила притяжения Земли больше на них не действует. Экзосферу планеты также называют “короной”. “Корона” Земли имеет высоту до 200 000 км, это примерно половина расстояния от Земли до Луны. В экзосфере могут летать только беспилотные спутники.
*Стратостат – аэростат для полетов в стратосферу. Рекордная высота подъема стратостата с экипажем на борту на сегодня составляет 19 км. Полет стратостата “СССР” с экипажем из 3-х человек состоялся 30 сентября 1933 года.
**Перигей – ближайшая к Земле точка орбиты небесного тела (естественного или искусственного спутника)
***Апогей – наиболее отдаленная от Земли точка орбиты небесного тела
Для работы проектов iXBT.com нужны файлы cookie и сервисы аналитики.
Продолжая посещать сайты проектов вы соглашаетесь с нашей
Политикой в отношении файлов cookie
Самые высокогорные поселения в мире находятся на высоте около 5000 метров над уровнем моря. Выше люди не живут хотя бы по той причине, что воздух становится слишком разреженным: для долговременного нахождения на большей высоте в атмосфере просто недостаточно кислорода.
Альпинисты начинают активно использовать баллоны с кислородом во время восхождения начиная с высоты ~ 7000 метров. Современные пассажирские самолеты летают ещё выше, однако нехватки кислорода люди на борту не испытывают. Предлагаю разобраться, как решена проблема с воздухом для дыхания в коммерческих авиалайнерах.
Итак, основную часть времени в полете авиалайнеры проводят на высоте около 10 км, это обусловлено экономическими факторами, о которых можно почитать здесь. На данной высоте концентрация кислорода такая же, как и у поверхности земли — около 21%. А вот атмосферное давление составляет всего около ~ 210 мм рт. ст. против среднестатистических 750 мм рт. ст., что считаются нормой на земле. Иными словами, плотность воздуха здесь недостаточная для дыхания, в таких условиях человек может потерять сознание уже через 2 минуты.
Регуляторы в области авиации, такие как FAA, требуют от производителей самолетов, чтобы давление воздуха в салоне авиалайнера во время полета соответствовало атмосферному давлению на высоте не более 2400 метров, то есть не ниже 570 мм рт. ст. Считается, что это та граница, выше которой люди с не самым крепким здоровьем начинают испытывать недомогание.
У современных моделей авиалайнеров давление на борту может превышать и 600 мм рт. ст., однако чем больше разница между давлением внутри и снаружи самолета, тем прочнее, а значит и тяжелее должна быть конструкция планера. Для того чтобы обеспечивать минимальное давление в 580 мм рт. ст. на высоте 10000 метров, салон и кабину пилотов в авиалайнерах стали делать герметичными еще в начале 1940-х годов.
Разумеется, того кислорода, что есть на борту во время взлета, недостаточно для всего перелета, а значит, необходимо было создать систему для «проветривания» салона. Возить с собой баллоны с воздухом слишком накладно, так что пришлось искать способ, как превратить воздух за бортом во что-то подходящее для дыхания. И здесь на выручку пришли реактивные двигатели. Своими вращающимися лопастями они сжимают поступающий воздух (то есть увеличивают давление), что позволяет в последствии эффективнее его сжигать в камерах сгорания.
Для системы вентиляции салона стали отбирать часть воздуха из компрессора, установленного перед двигателем. Этот воздух после сжатия имеет температуру свыше 200°C, а потому сначала его остужают в специальном теплообменнике. Затем воздух подается в систему рециркуляции, а оттуда попадает в салон. Для полноценного проветривания необходимо не только подавать свежий воздух, но и куда-то убирать «старый». Эту задачу решили путем установки выпускного клапана в хвостовой части фюзеляжа.
И всё-таки воздух в самолете нельзя назвать идеальным, ведь его влажность обычно находится около отметки в 20%. Для сравнения, средняя влажность воздуха в Сахаре составляет 25%, а в чилийской пустыне Атакама, которая считается самой «сухой» на Земле — 17%. Столь низкая влажность воздуха в салоне авиалайнера объясняется тем, что разреженный и очень холодный (около -50°C) воздух на высоте 10 км не способен удерживать большое количество влаги, а после нагрева в компрессоре дополнительно высушивается. Впрочем, непосредственно для самолета это только на пользу: низкая влажность препятствует появлению конденсата и следующей за ним коррозии.
Для работы проектов iXBT.com нужны файлы cookie и сервисы аналитики.
Продолжая посещать сайты проектов вы соглашаетесь с нашей
Политикой в отношении файлов cookie
В современном мире прогресс не стоит на месте, ускоряется все: смартфоны, интернет, да и вообще жизнь в целом. Поэтому каждый желает перемещаться как можно быстрее. Однако современные пассажирские самолеты способны развивать максимальную скорость всего 950 км/час, и совершенно не желают ускоряться. Например, пассажирам, как и 50 лет назад приходится тратить целых 8 часов на столь утомительный по времени перелет из Лондона в Нью-Йорк. Но, почему нельзя просто поднять скорость современных самолётов в 2-2,5 раза, чтобы перелеты были практически не заметны? С этим мы постараемся сегодня разобраться.
Известно, что изначально пассажирские самолеты проектируются, как дозвуковые, поэтому и летать быстрее скорости звука, которая на 10 000 метрах составляет 1 078 км/ч не могут. Всерьез ожидать каких-либо нововведений в ближайшие несколько лет, а также рассчитывать на то, что вскоре скорость пассажирских самолетов увеличится не приходится.
К тому же, не стоит упускать тот момент, что летать с большей скоростью означает иметь как минимум дополнительные затраты на горючее, которое и так стоит не дешево. Дополнительные затраты будут покрываться за счет цены на авиабилеты, которые в свою очередь не смогут нормально конкурировать с билетами на обычный рейс. В итоге летать будет некому. Поэтому увеличивать скорость самолета, чтобы уменьшить время перелета в настоящее время просто невыгодно. Но, многие с этим могут не согласиться, поскольку будут считать, что всегда найдутся клиенты на такие рейсы.
Чтобы более подробно разобраться с этим вопросом необходимо вернуться немного назад в прошлое. В конце 60-х годов для перевозки пассажиров использовались специально спроектированные сверхзвуковые самолеты: «Конкорд» и «Ту-144», которые летали быстрее звука, поэтому пассажиры преодолевали расстояние гораздо быстрее, чем в настоящее время. Но почему их перестал использовать?
Англо-французский «Конкорд» и советский «Ту-144» — это единственные сверхзвуковые самолеты за всю историю гражданского авиастроения, которые совершали коммерческие рейсы. Внешних различий между этими двумя моделями было мало, поэтому многие считали их близнецами. Кроме похожего дизайна оба самолета были оснащены четырьмя двигателями и имели схему «бесхвостка», которая характера именно не для дозвуковых, а для сверхзвуковых самолетов.
«Конкорд» и «Ту-144» летали на высоте 20 000 метров, при этом максимальная скорость первого составляла 2 179 км/ч, а второго 2 500 км/ч. Летали они выше дозвуковых самолетов, поскольку на такой высоте воздух менее плотный, что в свою очередь гарантировало значительно меньшее сопротивление и трение, что в свою очередь положительно влияло также и на управляемость судна.
Благодаря сверхзвуковой скорости самолёту «Конкорд» требовалось всего 3 часа 20 минут для совершения перелета из Лондона в Нью-Йорк. К примеру, современные самолеты тратят на этот же путь 8 часов, что на 4 часа и 40 минут дольше. Да, времени на перелет затрачивалось намного меньше, но чтобы увидеть полную картину, необходимо учитывать еще и стоимость перелета из Лондона в Нью-Йорк, которая составляла порядка 8 000 долларов. Если брать в расчет инфляцию, то в настоящее время стоимость этого же перелета составляла бы более 33 000 долларов. Сумма значительная и не думаю, что 4 часа сэкономленного времени стоит таких затрат.
Если говорить об расходах, то можно сравнить стоимость эксплуатации сверхзвукового «Конкорда» и дозвукового «Боинга». В первом случае эксплуатация сверхзвукового самолета составляла в те времена 3 800 долларов в час или чуть более 23 500 долларов в час если посчитать в современных ценах, при этом в расчете учитывается только время когда самолет был в движении, а не находился на техническом обслуживании или просто простаивал. В то время как стоимость эксплуатации «Боинга 747» — 3 500 долларов в час или $22 366 в современных ценах.
С первого взгляда разница в расходах между сверхзвуковым самолетом «Конкорд» и дозвуковым «Боинг 747» незначительная. Однако, стоит учитывать, на какое количество пассажиров рассчитаны эти судна. Вместительность «Конкорд» составляла от 108 до 144 пассажиров в зависимости от компоновки салона, но обычно в самолете вмещалось только 108 человек. Вместительность «Боинга 747» намного больше от 366 до 452 человек. Из этого следует, что расходы на каждого пассажира сверхзвукового «Конкорда» если посчитать в современных ценах составляли примерно от 217,7 до 163,3 долларов, в то время расходы на каждого пассажира дозвукового «Боинг 747» всего от 61,1 до 49,5 долларов. Исходя из полученных данных, можно сказать, что разница в расходах между сверхзвуковым «Конкорд» и дозвуковым «Боингом 747» действительно значительная. Пользоваться боингом в три раза дешевле.
Сверхзвуковой самолет «Конкорд» являлся убыточным, ведь у него было небольшое количество посадочных мест, малый спрос на билет из-за их высокой стоимости и дорогое производство. Однако, каждый раз, когда бюджетные средства заканчивались, власти вкладывали в проект еще больше денег думая только о репутации. Самолет был в эксплуатации на протяжении долгого времени, за это время он успел побывать во многих аэропортах по всему миру и перевести более 3 миллионов пассажиров.
Если говорить о советском «Ту-144», который был создан в ответ на изготовленный сверхзвуковой «Конкорд». То в отличие от своего конкурента, «Ту-144» смог полетать только по одному маршруту Москва – Алма-Ата – Москва. После его сняли с рейса. В то же время «Конкорд» прослужил до 2003 года.
Стоимость билета на данный рейс Москва – Алма-Ата составлял 83 рубля 70 копеек или 122,8 долларов. Если учитывать инфляцию, то сейчас стоимость составляла бы 198 долларов. Однако, стоимость билета на дозвуковой самолет «Ту-154» на тот же рейс из Москвы в Алма-Ату составлял всего 62 рубля. Разница в расходах, как и в первом варианте со сверхзвуковым «Конкорд» и дозвуковым «Боингом» значительная. Учитывая тот факт, что средняя зарплата составляла всего 160 рублей, то позволить такие дорогие билеты мог себе далеко не каждый и поэтому в конечном итоге покупать их стало некому.
«Ту-144» как и «Конкорд» далеко не экономичные самолеты, и при их постройке в первую очередь задумывались только о престиже. За все время эксплуатации, сверхзвуковой самолет «Ту-144» успел совершить всего 55 пассажирский рейса, в том числе грузовые перевозки.
Современные самолеты лишены удовольствия летать со сверхзвуковой скоростью по нескольким причинам. Во-первых, их изначально проектируют как дозвуковые самолеты, а во-вторых, развивать сверхзвуковую скорость не выгодно, затраты на такие перелеты слишком значительные и не соответствуют реальному спросу. Поскольку полеты в жизни практически каждого из нас не происходят каждый день, чтобы это могло как-то существенно сэкономить наше время.
