- Для чего самолеты летают на большой высоте
- Как высоко летают самолеты?
- Что произойдет, если самолет поднимется слишком высоко?
- Экономия топлива
- Скорость
- Турбулентность
- Что произойдет, если самолет полетит слишком низко?
- Вот на какой высоте и скорости летают самолеты.
- Высота
- Крейсерская высота самолетов Боинг
- Крейсерская скорость самолетов Боинг
- Крейсерская скорость самолетов Иркутского авиационного завода
- Сейчас на главной
Для чего самолеты летают на большой высоте
Если вы когда-нибудь задумывались, как все же высоко летают самолеты и почему им нужно поддерживать крейсерскую высоту, вы попали по адресу!
Если вы часто летаете, вы вряд ли будете обращать особое внимание на привычные этапы полета. Самолет взлетает, затем набирает высоту в течение первых 15-20 минут полета. Как только самолет наберет крейсерскую высоту (так называется высота, на которой проходят воздушные трассы), бортпроводники начнут обход, и пилот может объявить, что вы можете отстегнуть ремни и свободно перемещаться по салону. И вот начинается спуск, и самое время пристегнуть ремни безопасности в ожидании посадки. В это время между подъемом и снижением самолет движется на постоянной высоте. Но как высоко летают самолеты? И почему они должны оставаться на заданной высоте? Если вы когда-нибудь задавали эти вопросы во время долгих часов, проведенных глядя в иллюминатор, у нас есть ответы на них прямо здесь и сейчас!
Как высоко летают самолеты?
Крейсерская высота коммерческого воздушного транспорта зависит от размера самолета. Как правило, большинство коммерческих пассажирских самолетов курсируют на высоте от 9700 до 12000 метров, или в 10-12 километрах от земли.
Турбовинтовые самолеты, представляющие собой более компактные воздушные суда, которые обычно перевозят десятки, а не сотни пассажиров, летают на меньших высотах — примерно от 7500 до 9000 метров, поскольку эти винтовые самолеты часто используются для полетов на короткие расстояния, и они могут придерживаться меньших высот просто потому, что к тому времени, когда они достигнут большей высоты, им пора будет начинать снижение.
Что произойдет, если самолет поднимется слишком высоко?
Помните историю Икара, персонажа из греческой мифологии, который подлетел слишком близко к солнцу и погиб, когда его крылья, державшиеся на воске, растаяли? Так вот пассажирские самолеты не подвержены риску оказаться расплавленными, однако у них могут начаться проблемы с давлением и кислородом в салоне, которые требуют, чтобы эти пассажирские воздушные суда оставались ниже установленных высот, впрочем не только из-за этого. Теодор Киразис, капитан Airbus A-320/321, объясняет это простым языком:
Экономия топлива
Коммерческие авиакомпании должны работать как можно эффективнее, чтобы зарабатывать деньги, а не просто взимать плату за Wi-Fi в полете (на тех редких рейсах, где он был). Это делает экономию топлива одним из наиболее важных факторов того, как высоко летают самолеты. Короткий ответ, по словам Киразиса, заключается в том, что турбореактивные двигатели сжигают меньше топлива по мере снижения плотности воздуха. Здесь задействованы определенные сложные расчеты, но, по сути, скорость и угол наклона, под которым самолет набирает высоту, определяются как погодными условиями, так и размером самолета.
Большие самолеты весят больше, отчасти потому, что они перевозят тонны, десятки тонн топлива, которое сгорает при наборе высоты.
Скорость
Чем выше летит самолет, тем до больших скоростей он может разгоняться. “Менее плотный (разряженный) воздух на больших высотах означает, что фактическая скорость, с которой самолет движется над землей, намного выше, чем показывает индикатор скорости самолета пилотам в кабине”, — говорит Киразис.
Это означает, что самолет фактически демонстрирует лучшую скорость, чем показывают приборы на борту. Но обратная сторона заключается в том, что чрезвычайно низкие температуры, в свою очередь, замедляют самолет. Чтобы сбалансировать эти эффекты, пилоты находят золотую середину между экономией топлива на большой высоте и замедляющим воздействием отрицательных температур.
Турбулентность
Никому не нравится сталкиваться с турбулентностью во время полета, но, скорее всего, это произойдет во время набора высоты и снижения. “Большой турбулентности, связанной с метеорологическими условиями можно избежать на высотах свыше 10000 метров”, — говорит Киразис, что является одной из причин, по которой коммерческие авиалайнеры так любят подниматься над штормами и оставаться на этой высоте. Исключением, по его словам, являются грозы, которые могут достигать высот в атмосфере до 15 километров. Когда происходит такая встреча, самолет должен либо пройти через шторм, либо обойти его сбоку.
Что произойдет, если самолет полетит слишком низко?
Несмотря на все пугающие и опасные вещи, которые могут произойти, когда самолет летит слишком высоко, полет на слишком низких высотах может быть столь же (а может и более) опасным. Помимо активного воздействия плохих погодных условий, на более низких высотах гораздо более интенсивный поток среди авиационных перевозчиков общего назначения, в том числе небольших коммерческих и частных самолетов, и это не исключает столкновение самолетов в воздухе.
Еще один большой риск полетов на малых высотах? Столкновение с птицами. “Большинство столкновений с птицами происходит во время взлета и посадки”, — отмечает Киразис. Полет выше 3000 метров значительно снижает риск столкновения между птицей и самолетом.
Источник статьи: How High Do Airplanes Fly, and Why?
Обложка: Raphael joly / unsplash.com
Вот на какой высоте и скорости летают самолеты.
Каждый взлет и посадка самолета обычно занимает несколько минут. Все остальное время полета самолет находится в воздухе на большой высоте. Но как высоко летают самолеты, и с какой максимальной скоростью они могут двигаться? Давайте узнаем.
Высота
Высота полета самолета различается в зависимости от типа, модели самолета, его размера, наличия определенного оборудования и функций. Небольшие самолеты гражданской авиации и некоторые реактивные небольшие самолеты летают не выше 6000 метров. Большие и высокоскоростные авиалайнеры летают в верхних слоях на высоте 7000-13000 метров. Маленькие легкомоторные самолеты обычно не поднимаются выше 2000 м.
Для коммерческих пассажирских самолетов идеальная высота 10-12 км. На этой высоте почти нет вертикального воздушного потока. Именно на этой высоте самолет летит плавно благодаря небольшой плотности воздуха, небольшому сопротивлению воздуха. Также на этой высоте достигается максимальная экономия топлива на большой скорости. Именно на этой высоте пассажирские авиалайнеры летят на большой скорости.
Некоторые пассажирские бизнес-джеты летают выше: обычно их полет проходит на высоте 15000 метров. Это необходимо для максимальной экономии топлива. Обычно бизнес-джеты из-за своих размеров не могут похвастаться огромным запасом топлива. В итоге для максимальной дальности полета некоторые современные модели бизнес-джетов поднимаются на высоту 15 км.
Что касаемо военных сверхзвуковых самолетов, то, чтобы уменьшить расход топлива, военные летчики поднимают некоторые самолеты на высоту 13500-18000 метров или выше. Это необходимо для максимального снижения сопротивления воздуха.
Рекорд же высоты полета принадлежит американскому испытательному гиперзвуковому военному самолету North American X-15, который может подниматься на высоту 108 000 метров.
Вот крейсерские высоты и практические потолки нескольких распространенных моделей самолетов (Боинг в качестве примера):
Крейсерская высота самолетов Боинг
На каждой стадии полета самолет летит с разной скоростью. Так, во время взлета самолет летит со скоростью набора высоты. На высоте 10 км самолет набирает максимальную крейсерскую скорость. Далее после начала снижения скорость постепенно снижается. При посадке также выставляется скорость посадки.
Обычно скорости взлета и посадки не сильно отличаются. Они неодинаковы, но близки друг к другу.
Скорость самолета измеряется в узлах, где 1 узел = 1 морской миле/час = 1,852 км/ч.
Для взлета в зависимости от технических характеристик самолета минимальная взлетная скорость может составлять от 250 до 380 км/час.
Крейсерская скорость самолета после набора высоты связана с моделью самолета, его двигателями и техническими характеристиками.
Вот некоторые крейсерские скорости распространенных моделей самолетов:
Крейсерская скорость самолетов Боинг
Sukhoi Superjet 100 – 830 км/час
Крейсерская скорость самолетов Иркутского авиационного завода
Иркут МС-21 – 870 км/час
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.
Airbus A319 после попадания под град
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.
Единственная фотография Конкорда, летящего на сверхзвуковой скорости, апрель 1985 г.
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.
Сейчас на главной
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.
На одном из первых мест в числе задач качественного усиления авиации стоит задача повышения высотности полета.
«Кто силен в воздухе, тот в наше время вообще силен», — сказал тов. Ворошилов.
Советский самолет АНТ-6, на котором майор Юмашев установил 3 международных рекорда высоты полета с грузом.
Летчик Виктор Евсеев перед полетом в стратосферу.
Самолет конструкции инж. Поликарпова. На этом самолете летчик Коккинаки поднялся на высоту 14 575 м.
Высотный скафандр летчика Вилли Поста. Сам Вили Пост стоит слева.
Во всех странах мира ведется ожесточенная борьба за господство в воздухе. В бешеной подготовке фашистских стран к новой мировой войне борьба за мощный воздушный флот приобрела доминирующее значение.
На одном из первых мест в числе задач качественного усиления авиации стоит задача повышения высотности полета.
Один из решающих моментов в авиации — это скорость. Но летать с большими скоростями в нижних слоях атмосферы трудно вследствие большой плотности воздуха.
Авиация должна подняться на большие высоты, чтобы в разреженных слоях воздуха добиться больших скоростей полета, уйти от неблагоприятных метеорологических условий, часто господствующих в нижних слоях атмосферы, и в случае военной обстановки уйти за пределы досягаемости зенитной артиллерии.
Посмотрим, каких результатов добилась мировая авиация в борьбе за высоту.
В Италии создан специальный стратосферный центр, работающий под личным наблюдением Муссолини. В особой школе итальянские летчики проходят специальную тренировку и совершают систематические высотные полеты.
В Северо-Американских Соединенных Штатах гигантский стратостат Эксплорер-11 установил мировой рекорд высоты полета — 22 066 м. Известный американский летчик Вилли Пост совершил ряд интересных стратосферных полетов, реализовав на практике преимущества полета на большой высоте. Во время перелета из Лос-Анжелоса в Нью-Йорк в марте 1935 г. он достиг скорости до 550 км/час, в то время как в нижних слоях атмосферы его самолет имел скорость около 250 км/час.
Во Франции, Англии и Германии уже несколько лет ведутся работы по созданию специальных стратосферных самолетов, так называемых стратопланов, для полетов на высотах в 14—16 км.
Наиболее яркую картину напряженной борьбы за высоту дают рекордные полеты, которые выражают максимальные достижения в этой области.
В 1933 г. французский летчик Густав Лемуан поднялся на самолете Потез-50 на высоту 13 661 м. Этим полетом Лемуан побил прежний рекорд высоты английского летчика Увинса, равный 13 404 м.
Через полгода: после полета Лемуана итальянский пилот Ренато Донати поднялся на высоту 14 433 м. Для этого полета на авиационных заводах Капрони был построен специальный самолет Са-114а с мотором в 530 л. с. и четырех лопастным дюралевым винтом с изменяющимся в полете шагом. Сам пилот был одет в теплый меховой костюм и снабжен кислородным прибором для дыхания в разреженном воздухе. Рекордный полет состоялся близ Рима в апреле 1934 г. Достигнув стратосферы, Донати почувствовал сильное недомогание. Несмотря на то, что самолет продолжал еще идти вверх со скоростью 3 м/сек, Донати решил начать спуск. Постепенный спуск на землю прошел благополучно, но сразу же после посадки пилот потерял сознание, и самолет стал кружиться по аэродрому, пока подбежавшие механики не остановили его. Потеря сознания была вызвана, по словам Донати, резкой переменой внешней среды.
Задачи стратосферной авиации
Полеты на большие высоты требуют особой заботы о предохранении жизни пилота. При полете в стратосферу необходимо защищать человеческий организм от низкой температуры и низкого давления воздуха. В решении этого вопроса выявляются два пути: устройство герметических кабин или создание специальных костюмов — скафандров. При полете у нижней границы стратосферы скафандр можно заменить утепленным костюмом и кислородной маской.
Следующей столь же важной задачей является создание высотного двигателя, сохраняющего свою мощность при полете в разреженных слоях воздуха. Для нормальной работы авиадвигателя требуется определенное количество воздуха. Работая у поверхности земли, авиационный двигатель засасывает внешний воздух с давлением в 1 ат. На больших же высотах, где воздух сильно разрежен, двигатель станет получать меньшее количество воздуха, в его цилиндрах не сможет происходить нормального горения топлива, и мотор будет давать гораздо меньшую мощность.
Чтобы сохранить мощность мотора, на высотных самолетах надо устраивать специальные нагнетатели, которые засасывают разреженный воздух, сжимают его до нормального давления и затем подают в цилиндры двигателя. Нагнетатели представляют собой сложные механизмы, обладающие большим весом.
На их работу приходится затрачивать часть мощности мотора, и притом чем более разрежен внешний воздух, тем большую долю всей мощности двигателя приходится тратить на работу нагнетателя.
Устройство нагнетателя не исчерпывает всей задачи. Мощность авиационного двигателя передается на воздушный винт, который создает тянущую силу. Сила тяги винта зависит от количества ометаемого им воздуха и от той скорости, с которой масса воздуха отбрасывается винтом назад. В разреженных слоях атмосферы обычный винт, загребая меньшее количество воздуха, будет давать пониженную тягу.
Чтобы получить от винта нужную тягу, необходимо изменить его конструкцию. Высотные винты делают с большим диаметром, обычно с большим числом лопастей, и придают им большую скорость вращения. Чтобы один и тот же винт мог эффективно работать и в стратосфере и в нижних слоях воздуха, его делают с поворачивающимися во время полета лопастями.
От успешного решения задач сохранения жизни пилотов и создания высотного двигателя зависит в основном развитие стратосферной авиации. Но, кроме того, перед высотной авиацией стоит еще ряд технических задач, без решения которых нельзя говорить о создании надежных стратопланов.
Над решением всего комплекса этих сложнейших технических проблем работают авиационные фирмы и военные лаборатории всего мира, j
В течение полутора лет после полета Дотати ни одной из стран не удалось поднять свой самолет на большую высоту.
Мировой рекорд Коккинаки
Главное соперничество в борьбе за высоту развертывалось между США, Францией и Италией, которым принадлежали все рекорды высоты.
Но вот на арену мировой борьбы за лучшую авиационную технику вышла молодая социалистическая страна со своей новой промышленностью, со своими смелыми людьми, овладевшими передовой техникой. И неожиданно для всех вдруг появилось известие о том, что советский пилот поднялся на 14 575 м.
Победоносное продвижение советской авиации ввысь началось с рекордного полета летчика Евсеева 10 августа 1935 г. Виктор Евсеев совершил подъем в стратосферу, достигнув высоты 11 080 м. На этой высоте он пробыл полтора часа, в течение которых дышал кислородом; из специально сконструированного им прибора, доказавшего полную надежность во время работы. Этим полетом был установлен новый всесоюзный рекорд высоты, перекрывший более чем на километр предыдущий рекорд, установленный в 1932 г. летчиком Поповым (9 960 м).
7 сентября т. Евсеев повторил полет, достигнув высоты 12 020 м.
20 ноября 1935 г. летчику Коккинаки удалось установить новый всесоюзный рекорд высоты—13 000 м. На другой день, 21 ноября, Коккинаки снова вылетел в стратосферу. Перед подъемом специальная комиссия тщательно осмотрела весь самолет и запломбировала приборы, которые должны были показать достигнутую высоту подъема. Старт был дан в 12 ч. 35 м. В 13 ч. 37 м. Коккинаки вернулся из стратосферы. Результатом полета было достижение нового мирового рекорда: высота подъема была определена комиссией в 14 575 м.
Мировое достижение в области высоты полета было завоевано Советским союзом1. При этом особенно ценным было то, что, как сказал конструктор самолета т. Поликарпов, «мы поставили мировой рекорд на серийной машине со стандартным мотором, в то время как итальянец Донати установил свой мировой рекорд на специальном самолете.»
Полет Коккинаки прошел блестяще. Он требовал громадной выдержки и стоил большого напряжения сил смелому пилоту — подлинному стахановцу авиации.
«Лететь было трудно, — рассказывает о своем полете т. Коккинаки. — Немного сказывалось утомление после предыдущего полета, сильно слепило солнце, ветер резал глаза. Как-то во время одного из последних подъемов стекла очков у меня покрылись сплошной коркой льда, и с тех пор я решил летать без очков. Плоскости самолета, мой комбинезон и шлем постепенно обледенели.
Начиная с двенадцати километров каждая сотня метров доставалась с большим трудом. Я чувствовал, что мне не хватает воздуха. Хотя кислородный прибор работал безотказно, но о стратосфере этого уже мало. Как только сделаешь вдох, — ощущаешь, что организму одного такого аппаратного питания мало. Больших напряжений также требовало и каждое, даже малейшее движение.»
Тов. Коккинаки, трезво отметив трудности высотных полетов, заявил:
«Я считаю эти мои полеты лишь началом работы по освоению стратосферы самолетом и надеюсь в дальнейшем завоевать еще большие высоты. Мой рекорд я рассматриваю как результат выполнения сталинских указаний о технике и людях, овладевших ею.»
Весною 1936 г. т. Коккинаки поручили испытание нового самолета конструктора С. В. Ильюшина ЦКБ-26.
Самолет ЦКБ-26 представляет собой металлический моноплан с двумя моторами М-85 по 800 л. с. Самолет обладал большой скороподъемностью и мог свободно набирать большую высоту. Коккинаки решил установить на нем международный рекорд высоты полета с грузом в 500 кг. До настоящего времени этот рекорд принадлежал французскому летчику Синьерину, который 21 сентября 1932 г. поднялся на самолете Бреге-198 на высоту 10285 м.
17 июля самолет Коккинаки был уже на старте. B 8 ч. 33 м. вечера пилот уверенно повел самолет в стратосферу. На высоте около 7 км Коккинаки заметил, что один из моторов стал слегка перегреваться, поэтому он на некоторое время прекратил подъем и полетел горизонтально. Мотор скоро пришел в нормальное состояние, и подъем продолжался. Искусно маневрируя, Коккинаки прошел между облаками и на высоте 9,5 км вышел в безоблачные слои воздуха. Вскоре приборы показали высоту более 11 км. Температура воздуха была —46 , т. е. значительно «теплее», чем во всех предыдущих полетах в стратосферу. В начале десятого часа вечера, когда солнце уже стало клониться к горизонту, пилот решил начать снижение, чтобы не пришлось садиться в темноте.
В 9 ч. 36 м., т. е. через 63 мин. после взлета, Коккинаки спокойно опустился на аэродроме.
Вся документация полета была направлена в Центральный аэроклуб, на основании чего его спортивная комиссия вынесла постановление: «Засвидетельствовать достигнутую пилотом В. К. Коккинаки высоту полета равной 11 458 м» и направить соответствующие материалы в президиум Международной авиационной федерации «для засвидетельствования и утверждения этого рекорда как международного».
Через несколько дней Коккинаки на том же самолете совершил еще один рейс в стратосферу, на этот раз уже с грузом в 1 т, и поднялся на 11 746 м.
Предыдущий международный рекорд высоты полета с коммерческой нагрузкой в 1 т также принадлежал французскому летчику Синьерину: в 1932 г. он поднялся на самолете Бреге-198 на высоту 8 980 м. Коккинаки во время своего полета 26 июля 1936 г. почти на 3 км перекрыл этот рекорд.
Одновременно с полетом Коккинаки очень удачно совершил стратосферный полет с грузом в 1 т летчик М. Ю. Алексеев. Полет Алексеева не был предварительно зарегистрирован в Центральном аэроклубе и поэтому не может считаться официальным рекордом. Но результат этого полета показывает новую победу нашей авиации и демонстрирует блестящие достижения конструкторской мысли в Советском союзе.
Летчик-испытатель М. Ю. Алексеев летел на транспортном самолете, сконструированном в Центральном аэродинамическом институте (ЦАГИ) бригадой инженера-конструктора А. А. Архангельского под руководством проф. А. Н. Туполева. Этот самолет представляет собой хорошо обтекаемый моноплан с убирающимся в полете шасси. Он имеет два советских мотора М-10О. Постройка произведена на заводе опытных конструкций ЦАГИ. Самолет оборудован новейшими советскими приборами. Во время полета Алексеев достиг высоты 12 123 м.
3 августа 1936 г. Коккинаки поднялся на высоту 13 110 м снова с грузом в 500 кг. Этим полетом неутомимый пилот не только перекрыл на 2825 м рекорд Синьерина, но превзошел и свое предыдущее достижение. Через несколько дней он опять поднялся в стратосферу с грузом в 1 т. В своем письме к товарищу Сталину Коккинаки писал об этом полете:
«21 августа я совершил высотный полет на двухмоторном транспортном самолете ЦКБ-26 конструкции инж. С. В. Ильюшина, имея на борту коммерческий груз в 1000 кг, и достиг высоты 12 101 м, тем самым превысил существующий международный рекорд, который принадлежал мне.
Продолжаю работать над высотными полетами.»
В течение одного месяца или точнее 35 дней летчик Коккинаки установил два международных рекорда и затем сам же перекрыл каждый из них, дав еще более высокие показания.
Закончив полеты в стратосферу с грузом в 500 и 1000 кг, Коккинаки перешел к выполнению новой задачи. 7 сентября 1936 г. он совершил подъем на том же самолете ЦКБ-26 с грузом в 2 т. Несмотря на густую облачность, смелый пилот, искусно выбирая отдельные просветы между облаками, поднял свою перегруженную машину на высоту 11 295 м.
Убедившись, что самолет перестал идти дальше вверх и летел горизонтально, пилот решил, что весь потолок выбран и начал спуск на землю, благополучно посадив машину на аэродроме. Весь полет продолжался 66 мин.
«Мне кажется, — сказал т. Коккинаки, — что все возможности машины в области высотных полетов использованы. Из шести существующих международных рекордов высоты — три установлены мною на самолете ЦКБ-26. Это лучше всего свидетельствует об исключительных качествах машины, сконструированной т. Ильюшиным».
СССР — впереди!
Через 4 дня после полета в стратосферу летчика Коккинаки с грузом в 2 т другой советский летчик майор Андрей Борисович Юмашев установил новый международный рекорд высоты полета с грузом в 5 т.
До этого времени рекорд высоты с нагрузкой в 5 т принадлежал французскому летчику Люсьену Купе, который поднялся в июле 1934 г. на самолете Фарман-221 с четырьмя моторами Гном-Рон К-14 на высоту 6649 м.
11 сентября 1936 г. т. Юмашев с воентехником 1 ранга Н. Л. Калашниковым совершили на советском самолете АНТ-6 с 4 моторами АМ-34 по 800 л. с. подъем на 8102 м, имея на борту 5 т груза.
«Чувствовали мы себя хорошо, — рассказывает Юмашев, — только очень мерзли руки, так как перчатки были недостаточно теплы, а кабина — открытая; температура воздуха на предельной высоте —37°.
Я лишь официально утвердил результаты, которые показывали и могут показывать сотни советских пилотов.»
Полет майора Юмашева еще раз показал блестящие качества нашей авиации и людей, работающих в ней.
Отвечая на поздравление вождя всех трудящихся товарища Сталина с достижением рекорда высоты, т. Юмашев писал:
«Как летчик-испытатель я сделаю все, что от меня зависит, чтобы машины, испытанные мною, были в руках героических летчиков нашей славной Красной армии грозным и бесперебойно действующим оружием.»
Дав такое обещание товарищу Сталину, Юмашев на другой же день подтвердил его новым рекордным полетом. 16 сентября 1936 г. он вместе с т. Калашниковым совершил высотный полет на самолете АНТ-6 с грузом в 10 т. Во время этого полета они достигли высоты в 6605 м, перекрыв более чем на 3000 м прежний международный рекорд.
Пять международных рекордов высоты полета на сухопутных самолетах с коммерческими нагрузками в полтонны, одну, две, пять и десять тонн были завоеваны нашими летчиками.
Из рекордов высотных полетов с грузом оставался только один — подъем максимального груза на высоту 2000 м. Итальянским пилотом Антонини был поднят на эту высоту груз в 10 т.
20 сентября 1936 г. советские пилоты решили и эту последнюю задачу. Летчик Юмашев с бортмехаником Шевердинским поднялись на самолете АНТ-6 на высоту 2000 м с грузом в 12 т.
Все шесть существующих международных рекордов полетов с грузом на высоту принадлежат теперь Советскому союзу. Год тому назад нам не принадлежало ни одного рекорда.
Таких темпов еще не знала мировая авиация!
Значение советских достижений особенно велико благодаря тому, что наши рекорды установлены не на специальных самолетах, а на серийных машинах, которые состоят на службе в нашем воздушном флоте. Эти достижения удалось осуществить благодаря высокому мастерству советских летчиков и наличию прекрасной производственной базы.
Победы советской высотной авиации еще раз показали, что под руководством партии и правительства, под личным наблюдением товарища Сталина Страна советов создала лучший в мире воздушный флот.
Москва
5/Х 1936
1Так как в ноябре 1935 г. Советский союз еще не вступил в Международную авиационную федерацию, то официально полет Коккинаки не был признан рекордным и мировым рекордом высоты оставался полет Донати.
В настоящее время рекорд Донатя превзойден французским летчиком Детре — 14 800 м и затем англичанином Свэйном, поднявшимся в сентябре 1936 г. на высоту 15 229 м.
Читайте в любое время
15 октября 1783 года воздушный шар с французским учёным Пилатром де Розье на борту оторвался от земли.
Отрывок из книги: Морозов Илья. К заоблачным глубинам. История высотных полётов. — Долгопрудный: ИД «Интеллект», 2015.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Учёные Гей-Люссак и Био проводят исследования во время полёта на аэростате в 1804 году. Максимальная высота подъёма составляла около 4 км.
Высотный полёт Глейшера и Коксуэлла. (На рисунке изображено, как Коксуэлл, рискуя упасть за борт, тянет зубами верёвку для стравливания газа.)
Экипаж «Полярной звезды» использует дыхательные приборы, проводя научные наблюдения.
Корзина аэростата «Зенит».
Полёт «Зенита» 15 апреля 1875 года.
Подготовка «Пруссии» к старту.
Ночной запуск шара-зонда. Франция, 1896 год.
Высотная экипировка воздухоплавателей начала XX века.
15 октября 1783 года воздушный шар с французским учёным Пилатром де Розье (Pil?tre de Rozier) на борту оторвался от земли и поднялся на несколько десятков метров удерживаемый верёвкой. Сбылась мечта человечества о подъёме в небо. В Европе началось увлечение воздухоплаванием. Оболочки многих первых аэростатов — монгольфьеров — наполнялись горячим воздухом, который довольно быстро остывал. Ограничен был и запас взятого на борт топлива, которым служила солома. Эти обстоятельства значительно сокращали продолжительность и высоту полёта.
1 декабря 1783 года состоялся первый полёт на шарльере — более совершенном типе аэростата, оболочка которого наполнялась уже водородом (позднее для этой цели стал также применяться светильный газ — смесь водорода, метана и других горючих газов). Шарльеры были лишены присущих монгольфьерам недостатков, ограничивающих продолжительность и высоту полёта, являлись менее пожароопасными и обладали большей в 3,5 раза подъёмной силой при равном объёме. В дальнейшем практически все полёты совершались именно на них.
Первые подъёмы показали ошибочность бытовавшего в то время представления о том, что живые существа неизбежно задохнутся под облаками даже на небольшой высоте. Впрочем, подобные опасения всё же были не напрасны. Уже во время второго полёта на шарльере, в ходе которого профессор Жак Александр Сезар Шарль (Jacques Alexandre César Charles) поднялся приблизительно на 3 км, воздухоплаватель испытал состояние кислородного голодания и боль в ушах от быстрого изменения давления. Последующий опыт подтвердил появление болезненных ощущений на высоте. Например, с ухудшением самочувствия столкнулись в 1803 году знаменитый тогда воздухоплаватель Этьен-Гаспар Робер (Étienne Gaspard Robert) и его спутник. В 1804 году трое итальянских аэронавтов при восхождении на 6 км почувствовали головокружение и тошноту. Иногда неприятности возникали уже начиная с высоты 2—2,5 км.
Помимо ухудшения самочувствия большие трудности вызывал холод. На высоте 6 км температура воздуха составляет приблизительно минус 24оC, опускаясь до минус 43оC к 9 км. Это не только доставляло неудобства (например, онемение пальцев затрудняло проведение исследований и управление аэростатом), но и являло собой серьёзную опасность, представляя угрозу здоровью и даже жизни. Тёплая одежда в полной мере защитить воздухоплавателей не могла.
Основными измеряемыми параметрами были температура и давление окружающего воздуха на различных высотах. Термометр и барометр присутствовали на борту в каждом исследовательском полёте. Изучалось и множество других самых разнообразных вопросов; например, в 1786 году была сделана первая попытка измерений электрического напряжения в атмосфере при подъёме на аэростате.
В том же 1804 году Парижской академией наук были организованы два восхождения, проходившие при участи известных физиков Жозефа Луи Гей-Люссака (Joseph Louis Gay-Lussac) и Жана-Батиста Био (Jean-Baptiste Biot). Но наиболее активно научные полёты с подъёмом на большую высоту начали проводить только в третьей четверти XIX века в Англии и во Франции. По инициативе метеоролога Джеймса Глейшера (James Glaisher) в 1850 году в Англии возникло метеорологическое общество, а в 1866 году — и научное воздухоплавательное общество. На основании данных, полученных Глейшером во время многочисленных подъёмов, был выведен общий закон изменения температуры воздуха с высотой; установлено влияние, оказываемое на распределение температуры облачностью, влажностью, временем года и т. д. Результатами его наблюдений пользовались до конца XIX века во многих научных работах. С 1892 года исследовательские полёты, тщательно организованные в научном отношении, стало проводить Берлинское воздухоплавательное общество. В России после Я. Д. Захарова в 1804 году и Михаила Александровича Рыкачева в 1873 году научных наблюдений на аэростатах не проводилось до конца 1880-х годов, когда появилось военное воздухоплавание и был образован воздухоплавательный отдел при Императорском Русском Техническом Обществе.
Первое время исследователи пользовались обыкновенными измерительными приборами, но постепенно становилась очевидной необходимость их доработки. Было установлено отрицательное влияние застоя воздуха около термометра, влияние на измерительные приборы солнечных лучей и т. д. С конца 1880-х годов вопросу разработки специальных приборов стало уделяться серьёзное внимание.
Для измерения давления воздуха (по которому, в частности, определялась высота) применялись ртутные и анероидные барометры и самопишущие барографы. На точность показаний ртутных барометров влияло вертикальное ускорение аэростата; погрешность к показаниям анероидных приборов давали частые перемены давления воздуха. Разница в показаниях ртутного и анероидного барометров могла составлять более 2—3 мм (что соответствует разнице в высоте 30—50 м и более)3. Подобные особенности осложняли работу аэронавтов по проведению измерений и затрудняли обработку их результатов.
Помимо уникальных условий для исследований, немаловажным (а, возможно, в некоторых случаях и главным) обстоятельством, способствовавшим стремлению подняться как можно выше, была конкуренция между воздухоплавателями. Так, 5 сентября 1862 года англичане Глейшер и Генри Трейси Коксуэлл (Henry Tracey Coxwell) совершили едва не стоивший им жизни высотный полёт, во время которого несколько раз теряли сознание4. Глейшер предположил, что им удалось подняться на 11 км. Некоторыми современниками сама такая возможность справедливо ставилась под сомнение, однако именно намерение побить рекорд англичан было в числе побудительных мотивов к высотным полётам французских воздухоплавателей Жозефа Кроче-Спинелли (Joseph Croce-Spinelli), Теодора Сивеля (Théodore Sivel) и Гастона Тиссандье (Gaston Tissandier).
В 1890-х годах для высотных исследований атмосферы начали применяться небольшие беспилотные шары-зонды. Они оснащались лёгкими самопишущими баротермографами, позволявшими измерять давление и температуру. Наблюдение шаров-зондов с земли давало возможность проводить измерения направления и скорости ветра, получать информацию о циркуляции атмосферы. Шары-зонды позволяли проводить измерения в стратосфере на недоступной человеку высоте, некоторым из них уже в конце XIX века удалось подняться выше 20 км.
Сам термин «стратосфера» ввёл французский метеоролог Леон Тейсерен де Бор (Léon Teisserenc de Bor), заявивший в 1902 году об открытии «изотермического слоя», находящегося на высоте более 10—11 км. Это заключение было сделано на основании многочисленных наблюдений с помощью шаров-зондов. Данные о том, что на этой высоте прекращается снижение температуры, получали и другие исследователи, но многие отказывались верить в их достоверность. Немецкий учёный Хуго Гергезель (Hugo Hergesell) в 1896 году даже начал развивать теорию, позволявшую исправить полученное экспериментально значение температуры на высоте 14 км на минус 68оC вместо минус 53оC5.
Возвращаясь к полётам человека, высотными в XVIII—XIX веках могли называться и подъёмы, не превышавшие 2 км, ввиду их редкости. Однако применительно к воздухоплаванию того времени высотными всё же уместнее считать восхождения на 3—4 км и более. Они имели высотную специфику, связанную с разреженным воздухом и низкой температурой, и, в отличие от других, требовали защиты экипажа от неблагоприятного воздействия среды. Вопросу жизнеобеспечения при высотных полётах посвящён следующий параграф.
Высотные полёты и проблема жизнеобеспечения
Воздухоплаватели не были первыми, кто столкнулся с неблагоприятными условиями большой высоты. Ещё задолго до полётов на аэростатах с симптомами гипоксии, вызванными влиянием пониженного парциального давления кислорода, люди встречались при восхождении на горы. Иезуитский священник Хосе де Акоста (José de Acosta) ещё в XVI веке описал симптомы, которые он испытал во время пребывания в Андах, и ввёл термин «горная болезнь». Позволив совершать подъёмы на недоступную ранее высоту, появление воздухоплавания обострило вопрос о необходимости защиты человека. Влияние высоты на организм стало целенаправленно изучаться и нередко ставилось в задачу исследовательских полётов.
Многими учёными выдвигались разные гипотезы о причинах высотной болезни. Первым, кто стал серьёзно изучать проблему ухудшения самочувствия при подъёме и объяснил, какое влияние понижение барометрического давления оказывает на человека, был французский физиолог Поль Бер (Paul Bert), занимавшийся также вопросами водолазной медицины. Ему удалось раскрыть основные физиологические механизмы этого процесса и определить пути защиты от неблагоприятного воздействия. Результаты исследований самого Бера, его предшественников и современников были обобщены в книге «Барометрическое давление», опубликованной в 1878 году6.
При постоянном процентном содержании кислорода (около 21%) с подъёмом на высоту уменьшается его парциальное давление, и для того, чтобы обеспечить человеку нормальное парциальное давление (150 мм рт. ст.), необходимо увеличивать процентное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе. 22 марта 1874 года, по совету Бера, воздухоплаватели Сивель и Кроче-Спинелли в полёте на аэростате «Полярная звезда» впервые применили кислород для дыхания. Небольшой его запас находился в мягких баллонах.
15 апреля 1875 года Кроче-Спинелли, Сивель и Тиссандье на аэростате «Зенит» поднялись на 8600 м. Перед этим они проходили подготовку под руководством Бера, в том числе тренировались в барокамере. Воздухоплаватели взяли с собой кислородное оборудование — над корзиной аэростата крепились три ёмкости со смесью воздуха (30%) и кислорода (70%). Дышать нужно было через каучуковые трубки с мундштуками, проходившие через флаконы с ароматической жидкостью. На борту имелись два анероидных барометра для измерения высоты в диапазонах 0—4 и 4—9 км, спиртовой термометр для измерения температуры до минус 30оC, другой термометр, специальный барометр для измерения максимальной высоты, спектроскоп, компасы, карты, бинокль.
Я хотел крикнуть: “Мы на высоте 8000 метров!”. Но язык у меня был точно парализован. Вдруг глаза мои закрылись, и я упал без чувств. Это было приблизительно в 1 ч. 30 м.
В 2 ч. 8 м. я на минуту пришёл в себя. Шар быстро спускался. У меня достало сил перерезать верёвку одного мешка с балластом, чтобы ослабить скорость спуска, и записать в книжечке следующие строки; привожу их дословно:
“Мы спускаемся; температура –8о; я бросаю балласт; давление – 315. Мы спускаемся. Сивель и Кроче всё ещё без чувств на дне корзины. Спускаемся очень быстро”.
Едва успел я написать эти строки, как меня охватила дрожь, и я снова упал в изнеможении. Ветер дул сильно снизу вверх, то есть показывал, что мы очень быстро спускаемся. Через несколько минут я почувствовал, что меня трясут за руку, и узнал Кроче; он пришёл в себя. “Бросайте балласт, — сказал он мне, — мы спускаемся”. Но я мог только с трудом открыть глаза и даже не заметил, очнулся ли Сивель.
Помню, что Кроче отцепил аспиратор и бросил его за борт, затем также выбросил балласт, одеяла и ещё что-то. Но всё это помнится мне крайне смутно, и на этом обрываются дальнейшие воспоминания, потому что тут я опять впал в забытьё, и даже на этот раз более сильное, чем перед тем: мне казалось, что я засыпаю вечным сном»7.
Несмотря на взятый с собой кислород, Сивель и Кроче-Спинелли погибли. Вероятно, трагедии способствовало то обстоятельство, что при развитии острого кислородного голодания организм человека перестаёт подавать сигнал об опасности. Вдобавок и без того небольшой запас кислорода должен был расходоваться экономно. Причиной острой гипоксии могло также стать засасывание воздуха через нос.
Трагическое известие о гибели воздухоплавателей распространилось далеко за пределы Франции и побудило многих обратить пристальное внимание на вопросы, связанные с высотными полётами. Так, русский физиолог Иван Михайлович Сеченов в 1879 году занялся исследованиями, позволившими установить непосредственную причину гибели аэронавтов8. Выведенная им формула для определения парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе на различных высотах стала основой для определения величины необходимой человеку добавки кислорода.
Использование дополнительного кислорода для дыхания было оправданно и открывало перед воздухоплаванием новые возможности, но сложность и исключительно научное значение не способствовали развитию высотных полётов. На отношение к ним сильно повлияли и события с «Зенитом». Например, астроном и метеоролог Камиль Фламмарион (Camille Flammarion), совершавший полёты на аэростатах, после гибели Кроче-Спинелли и Сивеля писал: «На основании этих прискорбных опытов можно заключить, что наибольшая высота, за которую человек не должен переходить, равняется 8000 м»9. Ещё меньше необходимости идти на риск стало с началом запусков шаров-зондов.
Между тем в конце XIX века Германскому обществу воздухоплавания удалось заинтересовать своими идеями военных. В 1892 году по распоряжению кайзера Вильгельма II метеорологи впервые получили крупные ассигнования для организации исследовательских полётов. В результате были установлены новые рекорды. 4 декабря 1894 года профессор Артур Берсон (Arthur Berson) на аэростате «Феникс» достиг высоты 9155 м. 31 июля 1901 года Берсон и метеоролог Рейнхард Зюринг (Reinhard Süring) на аэростате «Пруссия» поднялись на 10 500 м, приблизившись к нижней границе стратосферы (по предположению Зюринга, максимальная высота, достигнутая в этом полёте, могла составлять 10 800 м).
«Поднимаясь всё выше, мы не чувствовали особенного ухудшения своего состояния, если не считать того, что нас начала охватывать слабость. Слабость становилась всё ощутимее. На высоте приблизительно 10 000 метров мы, однако, сумели сделать ещё четыре серии наблюдений с паузами по шесть минут. Достигнув высоты 10 230 метров и тщательно провентилировав кислородом свои лёгкие, мы провели ещё одну серию наблюдений. Мы всё время, без перерыва вдыхали кислород и, кроме того, были достаточно хорошо защищены от холода. Поэтому мы решили подняться ещё выше», — рассказывал Р. Зюринг о полёте 31 июля10.
Но Берсон и Зюринг тоже не избежали потери сознания. Как и экипаж «Зенита», они получали кислород через трубки с мундштуками, что не исключало дыхания через нос. Чтобы устранить эту проблему, в начале XX века стали использоваться дыхательные маски. Они были лишены указанного недостатка, зато имели множество других, из-за чего даже с появлением масок трубки с мундштуками оставались на службе до 1930-х годов.
И хотя рекордный полёт «Пруссии» не был полностью успешным и жизнь воздухоплавателей в нём подверглась огромному риску, можно сказать, что в начале XX века человеком была освоена уже вся высота тропосферы. «Ключом» к этому стало решение проблемы жизнеобеспечения. Путь дальше — полёты в стратосфере — требовал применения новых технологий, впервые задумываться о которых стали в XIX веке благодаря развитию водолазного дела и воздухоплавания.
Информация о книгах издательского дома «Интеллект» — на сайте www.id-intellect.ru
1 Цитируется по: Чернов А. А. Путешествия на воздушном шаре. — Л.: Гидрометеоиздат, 1975, 232 с.
2 Воздухоплавание и авиация в России до 1907 г. Сборник документов и материалов / Под ред. В. А. Попова. — М.: Оборонгиз, 1956, 952 с.
3 Воздухоплавание и исследование атмосферы / под ред. М. М. Поморцева. — СПб, 1897, № 3, 119 с.
4 Glaisher J., Flammarion C., de Fonvielle W., Tissandier G. Voyages aériens. — Paris: L. Hachette et cie, 1870, 612 p.
5 Rochas M. L’invention du ballon-sonde // La Météorologie, 2003, № 43, р. 48—52.
6 Bert P. La pression barométrique: recherchés de physiologie expérimentale. — Paris, 1878, 1171 p.
7 Тиссандье Г., Фламмарион К. Путешествия по воздуху. — М., 1899, 383 с.
8 Сеченов И. М. Собрание сочинений. Т. 1: Экспериментальные исследования. — М.: Моск. ун-т, 1907, 261 с.
9 Святский Д. О. Что такое стратосфера. — М.; Л.: ОНТИ НКТП СССР, 1935, 120 с.
10 Цитируется по: Чернов А. А. Путешествия на воздушном шаре. — Л.: Гидрометеоиздат, 1975, 232 с.
Статьи по теме