Полет самолета - это сложный процесс, в основе которого лежат различные физические законы и явления. Чтобы понять, как взлетает самолет, нужно разобраться в этих процессах.
Подъемная сила
Основной силой, позволяющей самолету взлететь, является подъемная сила. Она возникает благодаря обтеканию крыльев самолета воздушным потоком. Из-за особой формы профиля крыла скорость потока воздуха сверху крыла оказывается больше, чем снизу. Это приводит к разности давлений - сверху давление меньше. В результате возникает выталкивающая сила, направленная перпендикулярно потоку - подъемная сила.
Чем больше скорость самолета, тем больше эта разность давлений и, соответственно, подъемная сила. Поэтому для взлета самолет разгоняется до скорости, достаточной для создания подъемной силы, превышающей его вес.
Сила тяги
Для разгона во время взлета используется сила тяги - сила, создаваемая двигателями самолета. У современных реактивных самолетов тягу обеспечивают турбореактивные или турбовинтовые двигатели. Они засасывают воздух, сжимают его и направляют струю с большой скоростью из сопла. Реактивная струя толкает самолет вперед, создавая тягу.
Чаще всего на самолете несколько таких двигателей, что позволяет создать достаточную тягу для разгона многотонной машины до взлетной скорости менее чем за минуту.
Последовательность действий при взлете
Чтобы взлететь, пилоты выполняют следующие действия:
- Запускают и разогревают двигатели до рабочего режима.
- Отпускают тормоза и начинают движение по взлетно-посадочной полосе.
- Постепенно увеличивают тягу двигателей, разгоняя самолет.
- Достигнув взлетной скорости, отрывают переднее шасси от земли.
- Продолжают разгон до скорости, при которой подъемная сила превышает вес самолета, и происходит полный отрыв от ВПП.
После этого самолет продолжает набор высоты и разгон до крейсерской скорости и высоты.
Как взлетает самолет: подъемная сила в действии
Когда самолет набирает достаточную скорость на взлетно-посадочной полосе, возникает интересный визуальный эффект, наглядно демонстрирующий работу подъемной силы.
Сначала от земли отрывается передняя стойка шасси, тогда как основные опоры еще катятся по полосе. Это происходит из-за того, что центр подъемной силы расположен ближе к передней части крыла. То есть сила, поднимающая самолет, приложена именно там.
Затем, по мере дальнейшего разгона, отрыв от земли происходит и в районе основных стоек шасси. Самолет полностью покидает полосу, продолжая набор высоты.
Факторы, влияющие на взлет
На то, как взлетает самолет, влияют различные факторы:
- Масса и загрузка самолета - чем тяжелее самолет, тем длиннее разбег и больше скорость, нужная для взлета.
- Характеристики аэродрома - длина и состояние ВПП, рельеф местности, препятствия.
- Погодные условия - сила и направление ветра, атмосферное давление, температура.
- Состояние и характеристики силовой установки - мощность и исправность двигателей.
Пилоты и диспетчеры аэропортов должны учитывать эти факторы для правильного планирования и выполнения взлета.
Особые режимы взлета
В особых ситуациях применяются нестандартные режимы взлета самолетов:
- Сокращенный взлет - с использованием реверса тяги двигателей, позволяет укоротить разбег примерно на 30%.
- Взлет с короткой полосы - требует предельной концентрации пилота и точного расчета.
- Вертикальный взлет - возможен у некоторых типов летательных аппаратов, таких как вертолет или самолет Харриер.
Такие режимы применяются обычно на военных или специализированных машинах в особых, часто экстренных, ситуациях.
Нестандартные ситуации при взлете
Иногда при взлете могут возникнуть нештатные и опасные ситуации:
- Отказ двигателя - критически опасно при разбеге или на начальной фазе набора высоты.
- Преждевременный отрыв - из-за ошибки пилота или порыва ветра.
- Недостаточная скорость - может привести к сваливанию или касанию ВПП хвостом.
- Пожар на борту - наиболее вероятен из-за неисправностей двигателей или электрооборудования.
Пилоты проходят специальную подготовку для действий в подобных чрезвычайных ситуациях, направленную на предотвращение катастрофических последствий.
Особенности взлета больших самолетов
Чем больше размеры и взлетная масса самолета, тем сложнее обеспечить его взлет. Для тяжелых лайнеров вроде Airbus A380 или Boeing 747 требуется очень длинная взлетно-посадочная полоса и 4-6 мощных турбореактивных двигателей.
Большие самолеты развивают взлетную скорость около 300 км/ч. При этом на полосе длиной 3-4 километра им требуется всего 60-70 секунд для разбега перед отрывом.
Особенности взлета истребителей
Современные военные самолеты-истребители отличаются экстремальными летными характеристиками, в том числе и при взлете.
Истребители способны взлетать с коротких грунтовых полос, используя режим форсажа и специальные взлетно-посадочные тормозные крюки. Время их разбега может составлять всего несколько секунд.
Взлет с использованием RATO
RATO (Rocket Assisted Take Off) - система взлета с помощью ракетных ускорителей, иногда применяется на военных самолетах, особенно при взлете с кораблей.
Ускоритель представляет собой твердотопливный ракетный двигатель большой тяги, устанавливаемый под фюзеляжем. После отрыва он отстреливается.
Взлет с грунта или палубы корабля
В условиях боевых действий самолетам приходится взлетать не только с бетонных полос, но и с грунтовых, песчаных, заснеженных площадок, а также с палуб авианосцев.
Для таких случаев на военных самолетах предусмотрены специальные воздухозаборники, предотвращающие попадание посторонних частиц в двигатель, а шасси часто имеют дополнительные грязезащитные щитки.
Влияние погодных условий
Метеоусловия сильно влияют как на стандартный взлет самолетов, так и на нештатные ситуации при нем.
Сильный встречный ветер, низкая облачность, осадки усложняют взлет, снижая видимость ВПП и управляемость. Боковой ветер может привести к сносу самолета при разбеге.
Особенности взлета на большой высоте
Взлет и посадка на высокогорных аэродромах имеет свои сложности. Из-за разреженности воздуха снижаются подъемная сила крыла и тяга двигателей самолета.
Приходится увеличивать длину разбега для набора взлетной скорости. Также возможно применение взлетных ракетных ускорителей для быстрого разгона.
Влияние загрузки и центровки самолета
От того, насколько загружен самолет и как распределена эта загрузка, во многом зависят характеристики его взлета.
Перегруз или смещение центра тяжести за допустимые пределы могут привести к отказу в управлении на взлетно-посадочной прямой или даже к катастрофе.
Аварийная эвакуация пассажиров при неудачном взлете
В случае отказа двигателей или возникновения пожара во время разбега лайнер может не набрать взлетную скорость и остановиться на ВПП.
Тогда необходима экстренная эвакуация пассажиров с использованием надувных трапов. Такая ситуация крайне опасна из-за возможного возгорания топлива.
Особенности взлета на аэродромах с короткими ВПП
Некоторые аэропорты имеют небольшую длину взлетно-посадочных полос по рельефным или иным причинам.
Чтобы взлететь с таких ВПП, применяют предельные режимы двигателей, минимальный запас топлива, особые процедуры набора высоты после отрыва.
Полетные происшествия из-за ошибок при взлете
Некоторые авиакатастрофы в истории произошли по причине ошибок пилотов или отказов техники именно на этапе взлета.
Наиболее распространенные факторы: потеря управления, столкновение с препятствиями, отказ двигателей, возгорание на борту.
Правила безопасного взлета
Чтобы снизить риски аварий при взлете, пилоты и авиадиспетчеры должны неукоснительно соблюдать установленные правила:
- Тщательная предполетная подготовка
- Проверка исправности всех систем
- Соблюдение ограничений по загрузке
- Контроль взлетной полосы перед стартом
Тренировка навыков взлета на тренажерах
Пилоты регулярно отрабатывают действия как при штатном, так и при аварийных взлетах в наземных тренажерах.
С их помощью моделируются полеты в различных условиях - отказ двигателя, боковой ветер, гололед на ВПП и прочее.
Конструктивные особенности современных самолетов
При создании новых типов воздушных судов их конструкция совершенствуется с учетом опыта эксплуатации предыдущих моделей.
К примеру, крыло и шасси усиливают, чтобы выдерживать возросшие аэродинамические и ударные нагрузки при взлете и посадке самолетов увеличенных размеров и взлетного веса.
Сравнение взлета пассажирских и грузовых самолетов
Большие грузовые самолеты, такие как Ан-124 или C-5 Galaxy, имеют свои особенности взлета по сравнению с пассажирскими лайнерами сопоставимых размеров.
Несмотря на больший взлетный вес, длина разбега у них часто меньше, так как груз укладывают с учетом оптимального распределения массы по длине фюзеляжа.
Процедуры, сокращающие длину разбега
На многих аэродромах используют специальные методики выполнения взлета, позволяющие экономить длину ВПП даже на самолетах большой взлетной массы.
К ним относятся: использование взлетных щитков, сдув поверхности крыльев струями из двигателей, отработка техники пилотирования на предельно допустимых углах атаки.
Особенности взлета на малых и сверхлегких самолетах
У небольших по размерам и весу летательных аппаратов своя специфика взлета. Им требуется гораздо меньшая взлетная скорость и длина разбега. Но малый запас тяги делает такие самолеты очень чувствительными к внешним условиям.
Техника взлета на буксире или с использованием катапульты
Некоторые легкие летательные аппараты не имеют собственного двигателя и взлетают при помощи внешней тяги - автомобиля, лебедки, катапульты. Это планеры, парапланы, дельтапланы.
Аварийный взлет через препятствия
В экстренных ситуациях, когда взлетной полосы нет или она заблокирована, самолет может взлететь прямо через низкие препятствия - ограждения, кустарники, деревья.
Это крайне опасный маневр, требующий от пилота высочайшего мастерства и хладнокровия для предотвращения катастрофы.
