- Поняття мінімальної, максимальної і ідеальної висоти польоту повітряного судна
- Фактори безпеки, що впливають на оптимальну висоту польоту
- Людський фактор при виборі оптимальної висоти польоту
- Рекорди висоти, що досягаються пасажирськими літаками
Будь-яка людина, яка хоча б раз в житті користувався послугами цивільної авіації, безсумнівно, чув оголошення пілота про польотних даних, серед яких звучало поняття «висота польоту», і задавався питанням, а на якій висоті літають літаки?
Поняття мінімальної, максимальної і ідеальної висоти польоту повітряного судна
Для всіх пасажирських авіалайнерів є поняття «ідеальної висоти» польоту, при якій опір зустрічних повітряних мас мінімально, підйомна сила крил оптимальна, а витрата палива мінімальний. Всі перераховані фактори забезпечують невід'ємно важливу складову всіх комерційних авіаперевезень - швидкість і ціна.
Дана ідеальна висота вибирається командиром повітряного судна та диспетчерами в спеціально обладнаних пунктах на землі в діапазоні від 9 000 до 12 000 м, утворюючи робочий коридор польотів товщиною 3 км. Межа нижнього коридору польоту визначається фізико-хімічними властивостями повітря, який, починаючи з висоти в 9 000 м, стає досить розрідженим для того, щоб все ще забезпечувати повітряному судну підйомну силу шляхом різниці тиску над і під крилом, створювану особливої його формою, і в Водночас виключити підвищену силу тертя повітря про фюзеляж, що дозволяє повітряному судну розвинути максимальну швидкість при мінімальних витратах палива.
Пасажирський літак в повітрі
Тому, загальноприйнято вважати, що пасажирський літак летить на ідеальній висоті 10 000 м від поверхні землі.
Якщо провести вимір атмосферного тиску на висоті 9 000 м, барометр покаже всього 240 мм ртутного стовпа, а на висоті 12 000 м - вже 140 мм, і той, і інший показники в 3-4 рази нижче, ніж нормальний атмосферний тиск у поверхні землі (760 мм ртутного стовпа), але авіаконструктори закладають дані параметри з коефіцієнтами запасу в конструкції і режим нормальної роботи камер згоряння реактивних двигунів.
Оптимальна висота польоту
Всі випробувальні стенди на заводах також налаштовані під даний показник і, на основі практичних спостережень, багаторічної праці вчених і практичного досвіду при випробуванні повітряних суден, було встановлено, що саме показник атмосферного тиску в 200 мм або 20 см ртутного стовпа є ідеальним для пасажирських і вантажних авіаперельотів.
Така висота польоту літака абсолютно неприйнятна для життєдіяльності людини, тому, салон повітряного судна ретельно герметизується перед польотом, про що свідчать датчики в кабіні пілотів, а всередині судна спеціальне компресорне обладнання штучно підтримує рівень кисню і нормальний тиск на борту навіть на висоті 10 000 метрів. На випадок аварії або раптової розгерметизації салону, кожній людині миттєво надаються кисневі маски з автоматичною подачею дихальної суміші.
Ідеальна або ефективна висота польоту, яку набирає повітряне судно залежить також від особливості конструкції і його технічних характеристик. Так, літаки для ближніх (до 3 000 км) або середніх (до 7 000 м) дистанцій рідко можуть набрати висоту понад 11 000 м, коли далекомагістральні авіалайнери легко можуть подолати межу і в 12 000 м, але обмежені законами про безпечних повітряних перевезеннях і діями диспетчерських служб на землі.
Але практично жоден пасажирський авіалайнер в реальності не піднімається вище 12 000 м або 30 000 футів, крім екстрених випадків, так як повітря на цій висоті сильно втрачає щільність, що змушує літак «звалюватися» в повітряні ями в разі наявності висхідних або низхідних потоків, а реактивні двигуни не можуть достатньо ефективно використовувати силу втратили щільність повітряних мас для забезпечення оптимальної швидкості судна, що призводить до невиправдано підвищеної витрати пального і зниження граничної дальності польоту. Таким чином, максимальна висота польоту літака з пасажирами не перевищує 12 000 м.
Принцип роботи крила літака
При польоті нижче 9 000 м, навпаки, опір повітря значно і, незважаючи на ефективну роботу двигунів, літак не має можливості розвинути граничну крейсерську швидкість через сильний зустрічний потоку вітру, що також призводить до надмірної витрати палива.
Отже, на питання: «А на якій же висоті літають пасажирські літаки» відповідь одна - на різній, але в межах коридору від 9 км до 12 км, в середньому, 10 км.
Додаткова інформація! Сучасні авіаційні технології мають в своєму розпорядженні унікальні літаки, здатні долати повітряні ешелони і в 20, 30, 40, 50 і навіть 100 км, аж до входу на навколоземну орбіту. Так, світовий рекорд висоти на літаку склав 112 000 м в 2004 році на судні з ракетним двигуном Space Ship One.
Але дані висоти долаються виключно в наукових, випробувальних або військових цілях, коли потрібно або провести забір проб повітря, або здійснити тренувальний політ для астронавтів, або приховати військовий літак з екранів радарів цивільних осіб в умовах суворої секретності, а всі пасажири, члени екіпажу і пілоти довгий час готуються до сильних перевантажень, як позитивним, так і негативним на спеціальних тренажерах, що не сумісно з комерційними пасажирськими перевезеннями.
Військовий літак на висоті 25 км
Фактори безпеки, що впливають на оптимальну висоту польоту
Оптимальний висотний коридор польоту пасажирського повітряного судна вибирається за різними критеріями, але середня висота дорівнює 10 000 м. Дане відстань від землі визначено також з міркувань безпеки польотів, а саме:
- На ідеальній висоті польоту відбувається природне охолодження двигунів - на ешелоні понад 10 000 м температура повітря за бортом опускається нижче - 50 градусів Цельсія, що захищає рушійні механізми літака, що працює на високооктановому авіаційному паливі від перегріву, що виключає небезпеку загоряння і запобігає катастрофу
- На висоті понад 8 000 м, як правило, закінчуються всі впливу земної поверхні на атмосферу, отже, і зони формування хмарності, туманів, хмар і грозових фронтів, що робить політ безпечним в будь-яку негоду, звідки випливає, що вже при наборі висоти до 9 000 м, судно піднімається вище хмар і не залежить від погодних явищ.
- Повна відсутність птахів, комах та інших представників земної фауни гарантує абсолютну чистоту і ідеальний хімічний склад повітряних мас і виключає попадання сторонніх предметів в двигуни, що працюють на реактивному дії повітря, що може привести до їхнього займання і аварії в повітрі.
- Найголовніший чинник - чим вище висота польоту, тим більше часу у пілотів судна для прийняття рятівних рішень у разі виникнення надзвичайних ситуацій, що нерідко рятує життя сотень пасажирів і членів екіпажу. Тому, серед співробітників авіації існує думка, що найнебезпечніші етапи польоту - це зліт або посадка, коли при найменшій неточності в сукупності з небезпечними діями атмосфери у пілотів немає жодного права на помилку. А в горизонтальному польоті, після набори крейсерській висоти, практично будь-яка ситуація, аж до виходу з ладу всіх двигунів, вирішувана.
Таким чином, вибір мінімального висотного коридору для здійснення горизонтального перельоту повітряним судном абсолютно обгрунтований вимогами щодо безпеки комерційних авіаперевезень, коли авіакомпанія несе повну відповідальність за життя і стан здоров'я своїх клієнтів, а також, матеріальні витрати перед балансоутримувачем повітряного судна.
Людський фактор при виборі оптимальної висоти польоту
У межах встановленого повітряного коридору від 9 000 м до 12 000 м пілоти і диспетчери самостійно встановлюють ідеальну висоту польоту повітряного судна за наступними критеріями:
- Правила напряму польоту. Протягом багатьох років розвитку цивільної авіації в світі серед учасників процесу авіаперевезень склалися негласного правила щодо вибору оптимальний висоти польоту. Так, прийнято, що будь-який авіапереліт, який наразі триває в сторону сходу, північного сходу і захід-сходу, проходить на непарній висоті 9000 м і 11000 м, а в бік заходу, північного заходу і південного заходу - на парному 10 000 м і 12 000 м. Це дозволяє диспетчерам комфортно розставляти траєкторії руху літаків, виконувати пошук потрібних судів і спостерігати за радарами при знаходженні лайнерів зоні дії юрисдикції тієї чи іншої диспетчерської вишки, а в разі потреби, забезпечити підйом або зниження літака на незначні величини.
- У разі високого розташування грозового фронту або наближення змішаних потоків висхідного і спадного повітря (зони турбулентності), літак може переміщатися в межах повітряного коридору для обльоту перешкоди тільки з підтвердження диспетчера щоб уникнути можливого перетину траєкторії руху з іншими повітряними судами. Командир повітряного судна, бачачи показники зміни складу повітря на приладах, розташованих в кабіні, робить запит на найближчу диспетчерську вишку, і, не дозволять це зробити, робить необхідний маневр. Як правило, досвідчені льотчики аналізують погодні умови на всій траєкторії польотів ще до вильоту і заздалегідь сповіщають диспетчерів про можливу зміну висоти свого судна.
Авіалайнер в грозовому фронті
При небезпеки перетину траєкторій руху двох повітряних суден, що летять в різному напрямку, диспетчер самостійно віддає команду пілоту якомога швидше змінити крейсерську висоту. Дана робота вимагає великої відповідальності і уважності від співробітників, так як навіть невелике відхилення від висотного курсу може привести до непередбачуваних наслідків.
Диспетчер також завжди бачить на радарі найменші коливання погодних умов на шляху проходження кожного рейсу, і, якщо екіпаж не здогадується про прийдешню негоді, може завжди попередити про необхідність зміни висоти польоту заздалегідь, що дозволить пілотам зробити це без різких маневрів.
Зверніть увагу! Із стрімким розвитком цивільної авіації в світі в останні роки, в середньому в небі одночасно перебуває до 5000 повітряних суден, що рухаються в різних напрямках, що не виключає можливості перетину траєкторій польотів, тому, точність висотного позиціонування авіалайнера для безпеки уточнюється аж до 10 метрів.
Також, в небі часті випадки, коли один літак під час польоту потрапляє в зону турбулентності і екіпажу доводиться приймати рішення про зміну ешелону на місці, диспетчер, будучи обізнаним про проблему в даній зоні, має можливість скорегувати траєкторії руху інших повітряних суден, що летять в тому ж напрямку.
Зовнішній вигляд диспетчерської вишки
Рекорди висоти, що досягаються пасажирськими літаками
Мало яке з повітряних суден здатне зайняти вищий цивільний ешелон в 12 000 м. Так, наприклад, Аеробус А310 здатний набрати максимальну висоту всього в 11 000 м, а що стосується Боїнга 737-400, то його технічні характеристики дозволяють досягти 12 000 м. Вище цієї позначки, як правило, пасажирські літаки не піднімаються.
Однак, історії відомі випадки, коли практично одночасно в СРСР і Франції були випущені і здані в експлуатацію знамениті пасажирські надзвукові авіалайнери Ту-144 різних модифікацій і Concorde, які розвивали максимальну швидкість на сверхзвуке до 2500 км / год, і займали повітряний ешелон польотів до 18 000 м, але здатні були піднятися до 20 000 м з довжиною подоланої дистанції понад 7000 км. Перевезення пасажирів почали здійснюватися з 70-х років минулого століття і дозволили майже вдвічі скоротити час у дорозі до точки прибуття в порівнянні зі звичайними повітряними судами.
Але, зважаючи на численні інцидентів, які спричинили смерть багатьох людей, а також, підвищені витрати на паливо і складність в технічному обслуговуванні швидко вигоряють повітряно-реактивних двигунів, що знижують ресурс експлуатації повітряного судна, техніка була визнана ненадійною, в результаті чого, було знято з експлуатації в початку 2000-х рр. Таким чином, Ту 144 припинив здійснювати комерційні перельоти по Росії і за кордон ще за часів перебудови, а Concorde здійснив свій останній політ в 2004 році.
Надзвуковий авіалайнер Concorde
На підставі наведених даних можна зробити висновок, що цивільна авіація знайшла для себе оптимальний ешелон висоти для комерційних перевезень, і, не дивлячись на те, що польоти можливі і на набагато більших вертикальних межах, прагнення до них не має ніякого сенсу. Саме робочий діапазон висот з 9 до 12 км забезпечує мінімальний опір повітря, максимальну швидкість і оптимальний витрата пального, що впливає як на час у дорозі до пункту призначення, так і на собівартість польотів, що відбивається на ціні квитків для пасажирів.
