Самолет летит на высоте

Понятие минимальной, максимальной и идеальной высоты полёта воздушного судна

Для всех пассажирских авиалайнеров есть понятие «идеальной высоты» полёта, при которой сопротивление встречных воздушных масс минимально, подъёмная сила крыльев оптимальна, а расход топлива минимален. Все перечисленные факторы обеспечивают неотъемлемо важную составляющую всех коммерческих авиаперевозок – скорость и цена.

Данная идеальная высота выбирается командиром воздушного судна и диспетчерами в специально оборудованных пунктах на земле в диапазоне от 9 000 до 12 000 м, образуя рабочий коридор полётов толщиной 3 км. Предел нижнего коридора полёта определяется физико-химическими свойствами воздуха, который, начиная с высоты в 9 000 м, становится достаточно разреженным для того, чтобы всё ещё обеспечивать воздушному судну подъёмную силу путём разницы давления над и под крылом, создаваемую особой его формой, и в то же время исключить повышенную силу трения воздуха о фюзеляж, что позволяет воздушному судну развить максимальную скорость при минимальном расходе топлива.

Пассажирский самолёт в воздухе

Поэтому, общепринято считать, что пассажирский самолет летит на идеальной высоте 10 000 м от поверхности земли.

Если провести измерение атмосферного давления на высоте 9 000 м, барометр покажет всего 240 мм ртутного столба, а на высоте 12 000 м – уже 140 мм, и тот, и другой показатели в 3-4 раза ниже, чем нормальное атмосферное давление у поверхности земли (760 мм ртутного столба), но авиаконструкторы закладывают данные параметры с коэффициентами запаса в конструкции и режим нормальной работы камер сгорания реактивных двигателей.

Оптимальная высота полёта

Все испытательные стенды на заводах также настроены под данный показатель и, на основе практических наблюдений, многолетних трудов учёных и практического опыта при испытании воздушных судов, было установлено, что именно показатель атмосферного давления в 200 мм или 20 см ртутного столба является идеальным для пассажирских и грузовых авиаперелётов.

Такая высота полёта самолёта абсолютно неприемлема для жизнедеятельности человека, поэтому, салон воздушного судна тщательно герметизируется перед полётом, о чём свидетельствуют датчики в кабине пилотов, а внутри судна специальное компрессорное оборудование искусственно поддерживает уровень кислорода и нормальное давление на борту даже на высоте 10 000 метров. На случай аварии или внезапной разгерметизации салона, каждому человеку мгновенно предоставляются кислородные маски с автоматической подачей дыхательной смеси.

Идеальная или эффективная высота полёта, которую набирает воздушное судно зависит также от особенности конструкции и его технических характеристик. Так, самолёты для ближних (до 3 000 км) или средних (до 7 000 м) дистанций редко могут набрать высоту свыше 11 000 м, когда дальнемагистральные авиалайнеры легко могут преодолеть предел и в 12 000 м, но ограничены законами о безопасных воздушных перевозках и действиями диспетчерских служб на земле.

Но практически ни один пассажирский авиалайнер в реальности не поднимается выше 12 000 м или 30 000 футов, кроме экстренных случаев, так как воздух на этой высоте сильно теряет плотность, что заставляет самолёт «сваливаться» в воздушные ямы в случае наличия восходящих или нисходящих потоков, а реактивные двигатели не могут достаточно эффективно использовать силу потерявших плотность воздушных масс для обеспечения оптимальной скорости судна, что приводит к неоправданно повышенному расходу горючего и снижению предельной дальности полёта. Таким образом, максимальная высота полёта самолёта с пассажирами не превышает 12 000 м.

Принцип работы крыла самолёта

При полёте ниже 9 000 м, наоборот, сопротивление воздуха значительно и, несмотря на эффективную работу двигателей, самолёт не имеет возможности развить предельную крейсерскую скорость из-за сильного встречного потока ветра, что также приводит к чрезмерному расходу топлива.

Итак, на вопрос: «А на какой же высоте летают пассажирские самолёты» ответ один – на разной, но в пределах коридора от 9 км до 12 км, в среднем, 10 км.

Дополнительная информация! Современные авиационные технологии имеют в своём распоряжении уникальные самолёты, способные преодолевать воздушные эшелоны и в 20, 30, 40, 50 и даже 100 км, вплоть до входа на околоземную орбиту. Так, мировой рекорд высоты на самолёте составил 112 000 м в 2004 году на судне с ракетным двигателем Space Ship One.

Но данные высоты преодолеваются исключительно в научных, испытательных или военных целях, когда нужно либо провести забор проб воздуха, либо осуществить тренировочный полёт для астронавтов, либо скрыть военный самолёт с экранов радаров гражданских лиц в условиях строгой секретности, а все пассажиры, члены экипажа и пилоты долгое время готовятся к сильным перегрузкам, как положительным, так и отрицательным на специальных тренажёрах, что не совместимо с коммерческими пассажирскими перевозками.

Военный самолёт на высоте 25 км

Факторы безопасности, влияющие на оптимальную высоту полёта

Оптимальный высотный коридор полёта пассажирского воздушного судна выбирается по разным критериям, но средняя высота равна 10 000 м. Данное расстояние от земли определено также из соображений безопасности полётов, а именно:

  • На идеальной высоте полёта происходит естественное охлаждение двигателей – на эшелоне свыше 10 000 м температура воздуха за бортом опускается ниже – 50 градусов Цельсия, что защищает движущие механизмы самолёта, работающего на высокооктановом авиационном топливе от перегрева, что исключает опасность возгорания и предотвращает катастрофу
  • На высоте свыше 8 000 м, как правило, заканчиваются все влияния земной поверхности на атмосферу, следовательно, и зоны формирования облачности, туманов, туч и грозовых фронтов, что делает полёт безопасным в любую непогоду, откуда следует, что уже при наборе высоты до 9 000 м, судно поднимается выше облаков и не зависит от погодных явлений.
  • Полное отсутствие птиц, насекомых и других представителей земной фауны гарантирует абсолютную чистоту и идеальный химический состав воздушных масс и исключает попадание посторонних предметов в двигатели, работающие на реактивном действии воздуха, что может привести к их возгоранию и аварии в воздухе.
  • Самый главный фактор – чем выше высота полёта, тем больше времени у пилотов судна для принятия спасительных решений в случае возникновения чрезвычайных ситуаций, что нередко спасает жизни сотен пассажиров и членов экипажа. Поэтому, среди сотрудников авиации бытует мнение, что самые опасные этапы полёта – это взлёт или посадка, когда при малейшей неточности в совокупности с опасными воздействиями атмосферы у пилотов нет ни единого права на ошибку. А в горизонтальном полёте, после наборы крейсерской высоты, практически любая ситуация, вплоть до выхода из строя всех двигателей, решаема.

Таким образом, выбор минимального высотного коридора для совершения горизонтального перелёта воздушным судном абсолютно обоснован требованиями по безопасности коммерческих авиаперевозок, когда авиакомпания несёт полную ответственность за жизнь и состояние здоровья своих клиентов, а также, материальные издержки перед балансодержателем воздушного судна.

Человеческий фактор при выборе оптимальной высоты полёта

В пределах установленного воздушного коридора от 9 000 м до 12 000 м пилоты и диспетчеры самостоятельно устанавливают идеальную высоту полёта воздушного судна по следующим критериям:

  • Правила направления полёта. На протяжении многих лет развития гражданской авиации в мире среди участников процесса авиаперевозок сложились внегласные правила по выбору оптимальный высоты полёта. Так, принято, что любой авиаперелёт, осуществляющийся в сторону востока, северо-востока и западо-востока, проходит на нечётной высоте 9000 м и 11000 м, а в сторону запада, северо-запада и юго-запада – на чётной 10 000 м и 12 000 м. Это позволяет диспетчерам комфортно расставлять траектории движения самолётов, выполнять поиск нужных судов и наблюдать за радарами при нахождении лайнеров зоне действия юрисдикции той или иной диспетчерской вышки, а в случае необходимости, обеспечить подъём или снижение самолёта на незначительные величины.
  • В случае высокого расположения грозового фронта или приближения смешанных потоков восходящего и нисходящего воздуха (зоны турбулентности), самолёт может перемещаться в пределах воздушного коридора для облёта препятствия только с подтверждения диспетчера во избежание возможного пересечения траектории движения с другими воздушными судами. Командир воздушного судна, видя показатели изменения состава воздуха на приборах, расположенных в кабине, делает запрос на ближайшую диспетчерскую вышку, и, дождавшись разрешения, совершает необходимый маневр. Как правило, опытные лётчики анализируют погодные условия на всей траектории полётов ещё до вылета и заранее оповещают диспетчеров о возможном изменении высоты своего судна.

Авиалайнер в грозовом фронте

При опасности пересечения траекторий движения двух воздушных судов, летящих в разном направлении, диспетчер самостоятельно отдаёт команду пилоту как можно скорее изменить крейсерскую высоту. Данная работа требует большой ответственности и внимательности от сотрудников, так как даже малое отклонение от высотного курса может привести к непредсказуемым последствиям.

Диспетчер также всегда видит на радаре малейшие колебания погодных условий на пути следования каждого рейса, и, если экипаж не догадывается о грядущей непогоде, может всегда предупредить о необходимости смены высоты полёта заранее, что позволит пилотам сделать это без резких манёвров.

Обратите внимание! Со стремительным развитием гражданской авиации в мире в последние годы, в среднем в небе одновременно находится до 5000 воздушных судов, двигающихся в разных направлениях, что не исключает возможности пересечения траекторий полётов, поэтому, точность высотного позиционирования авиалайнера для безопасности уточняется вплоть до 10 метров.

Также, в небе часты случаи, когда один самолёт во время полёта попадает в зону турбулентности и экипажу приходится принимать решение о смене эшелона на месте, диспетчер, будучи осведомлённым о проблеме в данной зоне, имеет возможность скорректировать траектории движения других воздушных судов, летящих в том же направлении.

Внешний вид диспетчерской вышки

Рекорды высоты, достигаемые пассажирскими самолётами

Мало какое из воздушных судов способно занять высший гражданский эшелон в 12 000 м. Так, например, Аэробус А310 способен набрать максимальную высоту всего в 11 000 м, а что касается Боинга 737-400, то его технические характеристики позволяют достичь 12 000 м. Выше этой отметки, как правило, пассажирские самолёты не поднимаются.

Однако, истории известны случаи, когда практически одновременно в СССР и Франции были выпущены и сданы в эксплуатацию знамениты пассажирские сверхзвуковые авиалайнеры Ту144 различных модификаций и Concorde, развивавшие максимальную скорость на сверхзвуке до 2500 км/ч, и занимавшие воздушный эшелон полётов до 18 000 м, но способны были подняться до 20 000 м с длиной преодолеваемой дистанции свыше 7000 км. Перевозки пассажиров начали осуществляться с 70-х годов прошлого столетия и позволили почти вдвое сократить время в пути до точки прибытия по сравнению с обычными воздушными судами.

Но, ввиду многочисленных инцидентов, повлекших смерти многих людей, а также, повышенные расходы на топливо и сложность в техническом обслуживании быстро выгорающих воздушно-реактивных двигателей, снижающих ресурс эксплуатации воздушного судна, техника была признана ненадёжной, в результате чего, была снята с эксплуатации в начале 2000-х гг. Таким образом, Ту 144 прекратил осуществлять коммерческие перелёты по России и за рубеж ещё во времена перестройки, а Concorde совершил свой последний полёт в 2004 году.

Сверхзвуковой авиалайнер Concorde

На основании приведённых данных можно сделать вывод, что гражданская авиация нашла для себя оптимальный эшелон высоты для коммерческих перевозок, и, несмотря на то, что полёты возможны и на гораздо больших вертикальных пределах, стремление к ним не имеет никакого смысла. Именно рабочий диапазон высот с 9 до 12 км обеспечивает минимальное сопротивление воздуха, максимальную скорость и оптимальный расход горючего, что влияет как на время в пути до пункта назначения, так и на себестоимость полётов, что отражается на цене билетов для пассажиров.

Правила расчета идеальной высоты лайнера

Пассажирские самолеты летают на высоте 9-12 тысяч метров. Эти параметры неслучайны. Они получены методом физико-математических расчетов и способствуют достижению наименьшего расхода топлива при лучшей скорости, которую может набрать авиалайнер.

Факторы, которые влияют на выбор подходящей высоты судна:

  1. Модель самолета;
  2. Скорость движения борта;
  3. Расход авиационного топлива;
  4. Количество кислорода в воздухе или уровень его разреженности.

Обратите внимание! Аэродинамическая конструкция лайнера предполагает взаимодействие с воздушными потоками при движении. Их количество должно быть оптимальным для скорости судна и расхода топлива. Именно поэтому каждый самолет имеет свой эффективный коридор, где достигается лучшее соотношение сопротивления воздуха и сжигания авиакеросина.

Физические вычисления

Курс простейшей физики учит, что чем выше подняться в воздух, тем разреженнее он станет. Высоко в горах профессиональные альпинисты надевают кислородные маски и используют специальные баллоны со сжатым воздухом. Воздушные корабли обладают герметичной конструкцией, внутри которой людям комфортно дышать. Находиться так высоко в атмосфере без соответствующего снаряжения человек не сможет. Зачем же воздушным судам летать так высоко?

Та же физика показывает, что в разреженном воздухе снижается сопротивление воздушных масс, а значит, самолету легче лететь и достигать наибольшей скорости. Этот же параметр влияет и на расход топлива, ведь чем меньше напрягается механизм двигателя, тем меньше он питается горючим. Таким образом, не испытывая сильного лобового сопротивления воздуха машина летит быстрее и расходует керосин экономнее.

Так почему бы лайнеру не подняться еще дальше вверх? Ведь где-то там наверху в стратосфере кислорода совсем мало. Но воздушные массы необходимы судну, чтобы быть «наплаву». Воздух поддерживает воздушный борт так же, как волны корабль в море. Выше 12 тысяч метров машина начнет заваливаться и потеряет устойчивость, ведь крылья самолета не будут поддерживаться воздушными потоками.

Ответ на вопрос, на какой высоте летают пассажирские самолеты прост: на той, которая финансово выгоднее для авиакомпании и пассажиров. Чем больше расход авиационного топлива, тем больше стоимость билетов.

Важно! Самый большой расход топлива происходит на взлете, ведь чтобы поднять такую «махину» вверх быстро и плавно, требуется колоссальная энергия. Если в этот момент судно попадет в зону турбулентности, пассажиры ощутят очень сильный толчок. Именно поэтому в момент, когда происходит набор высоты всем пассажирам авиалайнера нужно находиться на своих посадочных местах, надежно зафиксировав себя ремнями безопасности.

Служба авиадиспетчеров

Идеальную высоту, на которую поднимется самолет, высчитывает диспетчер. Он находится в специальном штабе перед монитором мощного компьютера, где видит все авиаобъекты в небе, которые находятся рядом с конкретным бортом. Оборудование помещения позволяет контролировать ход всего полета каждого судна. В режиме настоящего времени диспетчеры отслеживают:

  • Местоположение самолета;
  • Метеорологические условия за бортом;
  • Ожидаемую атмосферу впереди;
  • Зоны возможной турбулентности на пути;
  • Вертикальные и боковые эшелоны следования авиалайнера;
  • Исправность работы всех систем в самолете;
  • Поступающие запросы пилотов на бортах и дают оперативные ответы.

Работники невидимого фронта – профессия авиадиспетчера

Авиалайнеры в небе летают не бесконтрольно. В облаках постоянно находятся тысячи воздушных кораблей. Чтобы не допустить их столкновения, соблюдаются строгие «правила воздушного движения». Каждый лайнер движется по своей дороге или реактивному маршруту. При прокладке маршрута или коридора следования учитываются погодные условия, природные катаклизмы, вооруженные конфликты на территории стран, над которыми будет проходить полет.

Эшелон движения каждого судна – это диапазон высот, в пределах которых летит лайнер. Без разрешения диспетчера авиалайнеры не поднимаются выше или не опускаются ниже своего эшелона. Существует также понятие бокового эшелонирования. Два борта могут находиться в воздухе на расстоянии не меньше 10 тысяч метров друг от друга, чтобы не допустить столкновения или завихрения воздушных потоков.

Дополнительная информация. Существуют утвержденные правила, по которым высота, на которую поднимается самолет, зависит от направления его движения. Суда, летящие в восточном направлении, занимают четные высоты, например, 30 или 36 тысяч футов. Авиалайнеры, которые движутся на запад, находятся всегда на нечетных высотах, например, 33 или 39 тысяч футов.

Как летают непассажирские самолеты

Пассажирский самолет набирает разную максимальную высоту. На 12 тыс. м поднимаются гражданские борта с реактивным двигателем. Рекорд среди таких самолетов принадлежит Боингу 737-400. Самая большая высота, на которую способны Аэробусы А310, – 11 тысяч метров.

Военный самолет

На каких высотах летают самолеты перехватчики? Военные суда совершают рейсы с особой целью. Они имеют свою форму конструкции, спроектированы таким образом, чтобы достигать большей скорости, оставаясь незамеченными. Военным самолетам разреженный воздух помогает развивать сверхзвуковую скорость, поэтому их диапазон высот выше 15 км.

В зависимости от специфики предназначения и технических особенностей судна, некоторые из них поднимаются на высоту больше 25 километров. Российский Миг25 является рекордсменом по максимальной высоте полета – 37 км 650 м. Такая высота была зафиксирована на тестовых испытаниях самолета.

Грузовые лайнеры летают на тех же высотах, что и пассажирские. Принцип экономичности здесь применим так же, как с гражданскими перевозками. Маленькие самолеты, скорость которых 250-300 км/ч, обычно летают не выше 2000 м, в зависимости от модели судна и его технических характеристик.

Общие правила расчета высоты самолета

В целом существует несколько факторов, которые влияют на выбор оптимальной высоты самолета:

  • Модель самого самолета
  • Его скорость движения
  • Расход топлива
  • Количество кислорода в воздухе

Чем выше мы будем подниматься над землей, тем разреженней будет становиться воздух вокруг. На больших высотах скалолазы и альпинисты используют специальные кислородные маски, а салоны самолетов герметичны и содержат достаточное количество воздуха для комфортного дыхания. Эти факторы говорят о том, что человек не сможет находиться так высоко в атмосфере без использования специального оборудования.

Однако для самолетов и вообще любых быстролетающих аппаратов такой разреженный воздух играет на руку, так как он снижает сопротивление воздушных потоков. Это влияет на общий расход топлива, так как меньше энергии тратится на преодоление силы трения о воздух, соответственно, нужно меньше топлива для большей скорости. Поэтому наблюдается зависимость скорости от возможной высоты.

Очень высоко авиалайнер тоже не сможет летать, так как воздушные потоки, пусть и разреженные, но необходимы ему для поддержки крыльев, работая по аналогии воды для корабля. Поэтому выше 12000 метров пассажирские самолеты не будут летать, так как потеряют так нужную им воздушную опору. Получается, чем больше высота полета, тем меньший расход топлива и меньше цена на билет; этими двумя факторами и руководствуются авиационные компании.

В наше время в небе осуществляют перелеты очень много самолетов. За слежением и высчитыванием идеальной высоты следят авиадиспетчерские службы. Используя свое оборудование, они обрабатывают и отвечают на запросы пилотов, следят за погодой, зонами турбулентности, и за тем, что бы самолеты летали каждый по своему маршруту во избежание столкновений.

При создании маршрута учитывается прогноз погоды, атмосферное давление, возможные стихийные бедствия, политические ситуации на территории государств. Существует некий диапазон высот, в пределах которых обычно пролетает лайнер, и на изменение высоты выше или ниже требуется разрешение диспетчера – этот диапазон именуют эшелоном. Кроме того, есть еще боковое эшелонирование; это когда расстояние между двумя бортами составляет более 10000 метров, и удерживается во избежание завихрений воздуха.

Особенности полета непассажирских самолетов

По вполне разным причинам пассажирские летательные аппараты имеют очень разную высоту полета. Если гражданский борт оснащен реактивным двигателем, то он будет лететь на расстоянии около 12000 метров от земли. Из числа подобных самолетов достижение подобной высоты принадлежит Boeing 737-400. Характеристики самолета Аэробус А310 позволяют набрать высоту в 11 тысяч метров.

Самолеты, перевозящие грузы, они же грузовые лайнеры, мало чем отличаются от обычных пассажирских самолетов, и обладают тем же принципом экономичности. Самолеты, скорость которых составляет около 300 км/ч, летают на высоте в 2000 метров. Этот параметр так же зависит от модели самолета и его технических параметров.

Что касается негражданских самолетов, то они обладают специально спроектированной конструкцией, которая помогает им брать сверхзвуковые скорости и не быть обнаруженными. Боевые летательные аппараты преимущественно летают на высотах превышающих 15 тысяч метров. Некоторые из них, благодаря своей специфической конструкции и вовсе способны брать высоту в 25 километров.

В свое время МиГ-21 являлся наиболее распространенным боевым летательным аппаратом в мире, в СССР его выпускали в разных модификациях в период с 1959 по 1985 год. Летательный аппарат отлично себя показал в период военных действий во Вьетнаме; благодаря своей поразительной маневренности он умел уклоняться от летящих в него ракет и более чем благополучно сражаться с американским F-4 Phantom. В свое время он поставил несколько рекордов по высоте полета.

МиГ-25 – король неба

Однако рекорд высоты на самолете сейчас уже принадлежит легендарному МиГ-25, который набрал высоту на тестовых испытаниях в 37650 метров. Несмотря на свое не очень привлекательное название, вселяющий страх вид и хорошие технические показатели, он действительно обладает одной из наиболее высоких возможных высот среди самолетов своего класса. Этот аппарат был разработан СССР специально для борьбы с американскими сверхзвуковыми бомбардировщиками, которые так и не были созданы.

У самолета очень высокая скорость полета, и он способен нести на борту существенный бомбовой груз. Из расчета своих технических параметров истребитель мог бы прекрасно справляться с обороной воздушного пространства от проникновения американцев. Однако надежды, которые полагались на него, так и не оправдались.

Несмотря на свои превосходные технические данные, он все же имел недостатки в собственной конструкции, к тому же, исчез главный аспект, с целью которого он создавался. Все эти факторы означали, что его конкурентоспособность значительно ослабла сравнительно с лучшими истребителями того времени, к тому же содержание МиГ-21 обходилось дешевле. Поэтому самолет вскоре перестал присутствовать в мировых военных арсеналах, за исключением некоторых возможных отдельных единиц.

МиГ-25 обладает поистине поражающими воображение способностями. Его скорость в обычном режиме составляет Мах 2,5, однако это не предел — самолет способен развить Мах 3, но этого никто не делает, так как появляется вероятность разрушения двигателя. Воздушный аппарат предназначался для ведения воздушной разведки, оснащался мощными ракетами Р-40 типа воздух-воздух с радиусом действия 80 километров, обладал продвинутым фотографическим и электронным спецоборудованием.

Одним из главных недостатков МиГ-25 стал большой вес, значительно больший, нежели у его западных конкурентов. Его маневренность и управление сильно страдали на высоких скоростях и небольших высотах; в обстоятельствах обычного воздушного боя его радар обладал довольно ограниченными способностями по сравнению с другими вражескими истребителями, а трудности пилотирования на небольших высотах означали, что быть эффективным в подобных операциях он попросту не сможет. Подобные несовершенства самолета могли быть прощены, если бы его использовали хотя бы один раз в операции перехвата на большой высоте, однако намного чаще его использовали для других целей.

Почти все эти самолеты были сняты с вооружения стран после развала СССР. Он послужил базой для создания одного из лучших истребителей – МиГ-31. Тем не менее рекорд максимальной высоты полета самолета по сей день принадлежит ему.

Записи созданы 1930

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх