Полет самолета кажется на первый взгляд чудом, учитывая размеры и вес современных авиалайнеров. Однако этот процесс полностью подчиняется законам физики и аэродинамики. Рассмотрим подробно, как именно самолет способен оторваться от земли и удерживаться в воздухе. Главным фактором, позволяющим самолету лететь, является подъемная сила. Она возникает при обтекании крыльев самолета потоком воздуха благодаря особой форме профиля крыла.
Минимальная скорость для взлета пассажирского самолета
Минимальная скорость, необходимая для взлета современного пассажирского самолета, находится в пределах от 180 до 250 км/ч. Это связано с тем, что именно при такой скорости подъемная сила, создаваемая крыльями, становится достаточной, чтобы поднять в воздух десятки тонн веса.
Чем больше масса самолета, тем выше должна быть скорость для создания необходимой подъемной силы. Кроме того, на величину минимальной скорости влияют такие факторы как:
- площадь и форма крыла
- угол атаки крыла
- мощность двигателей и воздушных винтов
- плотность воздуха
При разгоне самолета на взлетной полосе наступает момент, когда скорость становится настолько большой, что остановить его в пределах полосы уже невозможно. Эта критическая отметка и называется минимальной скоростью для взлета. Достигнув этой скорости, самолет отрывается от земли и набирает высоту за счет мощной подъемной силы крыльев.
Оптимальная высота полета для экономии топлива
Большинство современных реактивных самолетов летают на высоте от 5 до 10 километров над уровнем моря. Такая высота считается оптимальной с точки зрения экономии топлива.
Дело в том, что с увеличением высоты плотность воздуха уменьшается, а значит уменьшается и сопротивление, которое оказывает воздух движению самолета. При полете на высоте 10 км самолет тратит примерно на 80% меньше топлива, чем при полете всего на 1 км.
Однако почему же тогда самолеты не летают еще выше, скажем на 15-20 километров, где сопротивление воздуха было бы еще меньше? Все дело в том, что двигателям самолетов нужен определенный минимальный запас воздуха для создания необходимой тяги.
Поэтому у каждой модели самолета есть свой предельный потолок - максимальная высота, на которой полет еще безопасен. Например, для самолета Ту-154 она составляет около 12 км.
Так что оптимальная высота 10 км - это компромисс между минимизацией расхода топлива и обеспечением необходимой мощности двигателей для управления полетом.
Управление самолетом с помощью рулей и закрылков
Чтобы понять, как летают самолеты, важно узнать, как именно осуществляется управление этими огромными машинами. Для изменения высоты полета, а также для поворотов и разворотов, самолеты используют специальные поверхности - рули и закрылки.
Рули располагаются на хвостовой части фюзеляжа - это вертикальный и горизонтальный стабилизатор. При отклонении рулей меняется поток воздуха, обтекающий хвост самолета, что приводит к изменению подъемной силы на крыльях.
Например, если поднять вверх вертикальный стабилизатор, нос самолета опустится вниз и он начнет снижаться. А если отклонить элероны (части крыла) в разные стороны, самолет развернется в горизонтальной плоскости.
Закрылки представляют собой ребра на передней кромке крыла, которые также можно отклонять, изменяя обтекание крыла воздушным потоком. Выпущенные перед посадкой закрылки увеличивают подъемную силу, позволяя сесть при меньшей скорости.
Посадка самолета происходит на минимальной скорости
Один из самых ответственных этапов полета - это посадка самолета. Чтобы благополучно приземлиться, лайнер выполняет целый комплекс мероприятий по снижению скорости.
За несколько километров до ВПП пилоты уменьшают режим работы двигателей, постепенно сбрасывая скорость. Затем на высоте примерно 300 метров выпускаются закрылки, которые увеличивают подъемную силу крыльев.
Благодаря этому самолет может лететь при более низкой скорости, не теряя высоту. К моменту касания полосы скорость снижается до минимально возможной - порядка 230-250 км/ч у пассажирских лайнеров.
Такая невысокая на первый взгляд скорость на самом деле является предельной, при которой самолет еще способен удерживаться в воздухе. Немного сбавь - и авиалайнер просто рухнет на землю как камень.
Поэтому успех посадки зависит от того, насколько удачно будет удерживать пилот узкий диапазон допустимых скоростей без фатального сваливания машины в штопор.
Аварийные ситуации в полете и дозаправка в воздухе
Любые поломки и отказы систем в полете чрезвычайно опасны для самолета. В таких аварийных ситуациях пилоты вынуждены предпринимать экстренные меры для посадки.
Одной из распространенных проблем является превышение максимально допустимой посадочной массы из-за слишком большого запаса топлива на борту. Это может привести к повреждению шасси при посадке.
Поэтому в таких случаях производится аварийный сброс топлива в воздухе, чтобы облегчить самолет. Некоторые модели даже оборудованы специальными топливными баками для этой цели.
Еще одним эффективным решением является дозаправка топливом в воздухе - от другого самолета-заправщика. Это позволяет без посадки израсходовать лишнее топливо, а затем вновь заправить баки до необходимого уровня.
Такие маневры лишний раз доказывают, насколько сложен процесс управления полетом современных авиалайнеров. И даже в экстремальных ситуациях пилоты находят способы управлять многотонной машиной. Надеемся, теперь вы лучше понимаете, как летают самолеты.
