Waarom zijn er geen voorbeelden van vliegtuigen die roekeloos inhalen of racen?

Het is in de luchtvaartindustrie ten strengste verboden om met vliegtuigen te vliegen die de technische normen of veiligheidslimieten overschrijden, en dit kan catastrofale gevolgen hebben.

Op 14 mei ging een video waarop drie vliegtuigen tegelijkertijd in de lucht te zien waren, viraal op sociale media. De video was geplaatst op Douyin door een passagier van een vlucht met Spring Airlines.

In de beschrijving gaf de persoon aan dat het vliegtuig op de foto toebehoorde aan Chengdu Airlines, terwijl het vliegtuig dat het laag inhaalde van Shandong Airlines was, een luchtvaartmaatschappij die bekendstaat onder de bijnamen "Lightning Airlines" of "Shandong Speed".

Het fenomeen dat bekendstaat als de "Shandong Express" van deze luchtvaartmaatschappij heeft echter niets met snelheid te maken. Door strenge luchtvaartvoorschriften is het voor piloten vrijwel onmogelijk om sneller te vliegen dan de maximumsnelheid.

Aerodynamische basis

De absolute reden waarom een ​​commercieel vliegtuig zijn snelheid in de lucht niet zomaar kan verhogen, ligt in de wetten van de vloeistofdynamica, met name in het gedrag van luchtstromen die op grote hoogte de geluidssnelheid benaderen.

Een video waarop drie vliegtuigen tegelijk in de lucht verschijnen, waarbij Shandong Airlines Chengdu Airlines inhaalt, is viraal gegaan op sociale media. Foto: Douyin.

Moderne commerciële vliegtuigen, van compacte smalrompvliegtuigen tot gigantische breedromptoestellen, vliegen doorgaans in subsonische modus, met een optimaal recirculatiesnelheidsbereik van Mach 0,78 tot Mach 0,85 (78-85% van de geluidssnelheid in lucht).

De werkelijke snelheid van een vliegtuig wordt gemeten in Mach-getallen, die gedefinieerd zijn als de verhouding tussen de snelheid van het object en de geluidssnelheid in hetzelfde omringende vloeibare medium.

Hoewel het vliegtuig zelf met een snelheid lager dan de geluidssnelheid beweegt (lager dan Mach 1), zorgt het gebogen ontwerp van het bovenvlak van de vleugel ervoor dat de luchtstroom eroverheen lokaal versnelt, waardoor liftkracht ontstaat volgens het principe van Bernoulli.

Als een piloot opzettelijk het gashendel opendraait om het vliegtuig boven het maximale Mach-getal te versnellen, met als doel een ander vliegtuig in te halen of ermee te "racen", zullen er extreme fysische verschijnselen optreden.

Op dat moment zullen schokgolven, de onzichtbare grens van stijgende druk en temperatuur, ontstaan ​​en een ernstige verstoring van de luchtstroom veroorzaken. Het directe gevolg is grensdelaminatie, waarbij de luchtstroom niet langer nauw aansluit op het aerodynamische oppervlak van de vleugel, maar erachter uiteengereten wordt, waardoor turbulente wervels ontstaan.

Naast de beperkingen van luchtweerstand hebben commerciële vliegtuigen die op grote hoogte opereren ook te maken met een extreem krappe werkruimte, die luchtvaartwetenschappers de 'doodskisthoek' noemen.

De zogenaamde 'kisthoek' treedt op wanneer het vliegtuig snel genoeg en hoog genoeg beweegt, waardoor de druk tussen de onder- en bovenkant van de vleugel gelijk wordt en de liftkracht geleidelijk verdwijnt.

Naarmate een vliegtuig hoger vliegt, wordt de lucht ijler, met minder luchtmoleculen, terwijl het vleugeloppervlak onveranderd blijft. Dit dwingt het vliegtuig om sneller te vliegen om voldoende lift voor de vleugels te genereren.

Als een vliegtuig te langzaam beweegt, stort het neer omdat het niet langer voldoende liftkracht heeft om de krachten die erop inwerken, zoals de zwaartekracht van de aarde of de middelpuntzoekende kracht, tegen te werken. Wanneer de liftkracht kleiner is dan de zwaartekracht, treedt er een overtrek op – de onzichtbare moordenaar in de lucht.

De illustratie toont het concept van een doodskisthoek. Foto: PilotMall.

In het gebied van de 'kistdeksel' zal het vliegtuig bij hoge snelheden echter een subsonische Mach-snelheid bereiken. De luchtstroom over de vleugels bereikt snelheden die dicht bij of hoger zijn dan de geluidssnelheid, terwijl het vliegtuig zelf nog steeds onder de geluidssnelheid beweegt.

Bij extreem hoge snelheden hebben schokgolven, die ontstaan ​​door de botsing van de luchtstroom met het vleugeloppervlak, de neiging om de neus van het vliegtuig naar de grond te duwen.

Hierdoor is vliegen in de buurt van de hoek van de doodskist vergelijkbaar met geblinddoekt balanceren op een strakkoord. Een kleine verandering in snelheid of hoogte kan leiden tot verlies van draagkracht of overtoeren, wat beide catastrofale gevolgen kan hebben.

Economisch probleem

Zelfs zonder veiligheids- en fysieke beperkingen zou de "snelheidswedstrijd" van commerciële vliegtuigen nog steeds worden beperkt door de fundamentele structuur van de luchtvaarteconomie.

In 1957 maakte de eerste Boeing 707 zijn eerste vlucht. Het toestel bereikte een kruissnelheid van Mach 0,78. In 2009 lanceerde Boeing de 787 Dreamliner. Dit vliegtuig heeft een kruissnelheid van Mach 0,85.

Twee vliegtuigen, die 52 jaar na elkaar zijn gebouwd, zijn slechts 8% sneller. Met zulke opmerkelijke vooruitgang in wetenschap en technologie, waarom kunnen vliegtuigen dan niet sneller vliegen?

De reden hiervoor is dat de luchtvaartindustrie een van de sectoren is met extreem kleine winstmarges. Brandstofkosten vormen het grootste en meest volatiele deel van de totale directe operationele kosten van een luchtvaartmaatschappij.

Tot op heden is de Concorde het enige commercieel geëxploiteerde vliegtuig dat supersonische snelheden heeft bereikt. Het kon vliegen met Mach 2,02, waardoor een reis van New York naar Londen in ongeveer 3 uur en 30 minuten mogelijk was.

Dit is een indrukwekkend aantal, maar er zijn slechts 14 Concordes in gebruik genomen, en die vlogen slechts op twee routes voor twee luchtvaartmaatschappijen: British Airways en Air France. De eerste commerciële vlucht van de Concorde was in 1976 en de laatste in 2003.

Tot op heden is de Concorde het enige commercieel geëxploiteerde vliegtuig dat supersonische snelheden heeft bereikt. Foto: CNN.

Om supersonisch te vliegen, moet een vliegtuig zeer aerodynamisch zijn, wat betekent dat het een smal ontwerp moet hebben, waardoor het aantal passagiers beperkt is. Dit betekende dat de Concorde slechts ongeveer 100 passagiers kon vervoeren, een bescheiden aantal vergeleken met de 330 passagiers die de Boeing 787-10 kan vervoeren.

Bovendien waren de hoge operationele kosten, verdeeld over een relatief klein aantal passagiers, geen rendabel economisch model. Eind jaren negentig kostte een enkeltje met de Concorde maar liefst $6.000 , een prijs die aanzienlijk hoger lag dan die van een regulier passagiersticket.

In plaats van snelheid, baseren luchtvaartmaatschappijen hun activiteiten op de winst die ze behalen met het uitvoeren van vluchten. Daarom richt de technologie in de commerciële luchtvaart zich momenteel uitsluitend op het verhogen van de efficiëntie.

Neem bijvoorbeeld de Boeing 707 en de Boeing 787. Hoewel ze vergelijkbare kruissnelheden hebben, is de Boeing 787 een veel kosteneffectievere optie.

Concreet verbruikt de Boeing 787 slechts ongeveer 5 ton brandstof per uur en kan hij circa 140 extra passagiers vervoeren. Ter vergelijking: de Boeing 707 verbruikt ongeveer 6,8 ton brandstof per uur. Moderne vliegtuigen zijn erop gericht om zoveel mogelijk passagiers naar hun bestemming te brengen met zo laag mogelijke brandstof- en operationele kosten.

Vliegtuigen moeten met een voldoende hoge snelheid vliegen om een ​​hoog rendement te behalen, maar de luchtweerstand en het brandstofverbruik mogen de inkomsten niet verminderen. Daarom is de vliegsnelheid van commerciële vliegtuigen tegenwoordig in wezen de optimale snelheid tussen efficiëntie en inkomsten.

Bron: https://znews.vn/vi-sao-khong-co-chuyen-may-bay-vuot-au-dua-toc-do-post1652089.html