Любой человек, который хотя бы раз в жизни пользовался услугами гражданской авиации, несомненно, слышал объявление пилота о полётных данных, среди которых звучало понятие «высота полёта», и задавался вопросом, а на какой высоте летают самолёты?
Содержание:
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.
https://www.youtube.com/watch?v=K9ovkpn-VVc
