Dlaczego nie ma przypadków, gdy samoloty nieostrożnie wyprzedzają lub ścigają się?

W branży lotniczej loty samolotów przekraczające normy techniczne i limity bezpieczeństwa są surowo zabronione i mogą mieć katastrofalne skutki.

14 maja w mediach społecznościowych pojawiło się nagranie , na którym widać trzy samoloty pojawiające się jednocześnie na niebie. Film został opublikowany na Douyin przez pasażera samolotu linii Spring Airlines.

W opisie osoba ta stwierdziła, że ​​samolot poniżej należał do linii lotniczych Chengdu Airlines, a samolot, który go nisko wyprzedzał, należał do linii lotniczych Shandong Airlines, znanych pod pseudonimami „Lightning Airlines” lub „Shandong Speed”.

Jednak zjawisko znane jako „Shandong Express” w przypadku tej linii lotniczej nie wynika z prędkości. Ze względu na surowe przepisy lotnicze, pilotom praktycznie nie udaje się przekroczyć dozwolonej prędkości.

Podstawa aerodynamiczna

Podstawowym powodem, dla którego samoloty komercyjne nie mogą dowolnie zwiększać prędkości w powietrzu, są prawa dynamiki płynów, a w szczególności zachowanie się strumienia powietrza zbliżającego się do prędkości dźwięku na dużych wysokościach.

Filmik pokazujący trzy samoloty pojawiające się jednocześnie na niebie, gdy linie Shandong Airlines wyprzedzają linie Chengdu Airlines, stał się viralem w mediach społecznościowych. Zdjęcie: Douyin.

Nowoczesne samoloty komercyjne, od kompaktowych samolotów wąskokadłubowych po szerokokadłubowe giganty, zwykle działają w trybie poddźwiękowym, a optymalny zakres prędkości recyrkulacji wynosi od Mach 0,78 do Mach 0,85 (78–85% prędkości dźwięku w powietrzu).

Rzeczywistą prędkość samolotu mierzy się w liczbach Macha, które definiuje się jako stosunek prędkości obiektu do prędkości dźwięku w otaczającym go ośrodku płynnym.

Mimo że sam samolot porusza się z prędkością mniejszą od prędkości dźwięku (poniżej Mach 1), zakrzywiony kształt górnej powierzchni skrzydła powoduje, że strumień powietrza nad nim przyspiesza lokalnie, wytwarzając siłę nośną zgodnie z zasadą Bernoulliego.

Jeżeli pilot celowo naciśnie przepustnicę, aby przyspieszyć samolot poza jego maksymalną liczbę Macha, mając na celu wyprzedzenie lub „ściganie się” z innym samolotem, wystąpią ekstremalne zjawiska fizyczne.

W tym momencie powstają fale uderzeniowe, niewidzialna granica gwałtownie rosnącego ciśnienia i temperatury, powodując poważne zakłócenia w przepływie powietrza. Bezpośrednim następstwem jest rozwarstwienie granicy, gdzie strumień powietrza nie przylega już ściśle do powierzchni aerodynamicznej skrzydła, lecz jest rozrywany za nią, tworząc turbulentne wiry.

Oprócz ograniczeń związanych z oporem powietrza, samoloty komercyjne operujące na dużych wysokościach zmagają się także z niezwykle ciasną przestrzenią operacyjną, którą naukowcy zajmujący się aeronautyką nazywają narożnikiem trumiennym.

Kąt trumny powstaje, gdy samolot porusza się wystarczająco szybko i na tyle wysoko, że ciśnienie między spodem a górą skrzydła zaczyna się wyrównywać, co powoduje stopniowy zanik siły nośnej.

Wraz ze wzrostem wysokości samolotu powietrze staje się rzadsze i zawiera mniej cząsteczek, a powierzchnia skrzydeł pozostaje niezmieniona. Zmusza to samolot do szybszego lotu, aby wytworzyć wystarczającą siłę nośną dla skrzydeł.

Jeśli samolot porusza się zbyt wolno, rozbije się, ponieważ nie ma już wystarczającej siły nośnej, aby przeciwdziałać działającym na niego siłom, takim jak przyciąganie ziemskie czy siła dośrodkowa. Gdy siła nośna jest mniejsza od grawitacji, samolot doświadcza przeciągnięcia – niewidzialnego zabójcy w powietrzu.

Ilustracja przedstawia koncepcję narożnika trumienowego. Zdjęcie: PilotMall.

Jednak w obszarze wieka trumny, przy szybkim locie, samolot osiągnie prędkość Macha poddźwiękowego. Strumień powietrza nad skrzydłami osiąga prędkości bliskie lub wyższe od prędkości dźwięku, podczas gdy samolot nadal porusza się z prędkością niższą od dźwięku.

Przy zbyt dużych prędkościach fale uderzeniowe powstające w wyniku zderzenia strumienia powietrza z powierzchnią skrzydła powodują, że nos samolotu kieruje się w stronę ziemi.

To sprawia, że ​​latanie w pobliżu narożnika trumny przypomina balansowanie na linie z zawiązanymi oczami. Niewielka zmiana prędkości lub wysokości może doprowadzić do utraty siły nośnej lub przekroczenia prędkości, co może mieć katastrofalne skutki.

Problem ekonomiczny

Nawet bez ograniczeń bezpieczeństwa i fizycznych „wyścig prędkości” samolotów komercyjnych nadal byłby ograniczony przez podstawową strukturę gospodarki lotniczej.

W 1957 roku odbył się pierwszy lot Boeinga 707. Osiągnął on prędkość przelotową Mach 0,78. W 2009 roku Boeing wprowadził na rynek model 787 Dreamliner. Samolot ten osiąga prędkość przelotową Mach 0,85.

Dwa samoloty, oba wyprodukowane w odstępie 52 lat, są szybsze tylko o 8%. Skoro nauka i technologia postępują tak imponująco, dlaczego samoloty nie mogą latać szybciej?

Powodem jest to, że branża transportu lotniczego należy do sektorów o wyjątkowo niskich marżach zysku. Koszty paliwa stanowią największą i najbardziej zmienną część całkowitych bezpośrednich kosztów operacyjnych linii lotniczych.

Jak dotąd Concorde jest jedynym komercyjnie użytkowanym samolotem, który osiągał prędkość naddźwiękową. Mógł latać z prędkością Ma 2,02, co pozwalało na podróż z Nowego Jorku do Londynu w około 3 godziny i 30 minut.

To imponująca liczba, ale do służby trafiło tylko 14 Concordów, które obsługiwały tylko dwie trasy dla dwóch linii lotniczych: British Airways i Air France. Pierwszy komercyjny lot Concorde'a odbył się w 1976 roku, a ostatni w 2003 roku.

Do tej pory Concorde pozostaje jedynym komercyjnie użytkowanym samolotem, który osiąga prędkość naddźwiękową. Zdjęcie: CNN.

Aby latać z prędkością naddźwiękową, samolot musi być wysoce aerodynamiczny, co oznacza, że ​​musi mieć wąską konstrukcję, ograniczającą liczbę pasażerów. Oznaczało to, że Concorde mógł przewieźć tylko około 100 pasażerów, co stanowi niewielką liczbę w porównaniu z 330 pasażerami, których może przewieźć Boeing 787-10.

Co więcej, wysokie koszty operacyjne rozkładające się na stosunkowo niewielką liczbę pasażerów nie stanowiły opłacalnego modelu ekonomicznego. Pod koniec lat 90. bilet w jedną stronę na Concorde'a kosztował nawet 6000 dolarów , czyli znacznie więcej niż standardowy bilet pasażerski.

Zamiast na szybkości, linie lotnicze działają w oparciu o zysk z obsługi lotów. Dlatego technologia lotnictwa komercyjnego koncentruje się obecnie wyłącznie na zwiększaniu wydajności.

Weźmy na przykład Boeinga 707 i Boeinga 787. Chociaż mają podobną prędkość przelotową, Boeing 787 jest znacznie bardziej opłacalną opcją.

Dokładniej, Boeing 787 zużywa zaledwie około 5 ton paliwa na godzinę i może przewieźć około 140 dodatkowych pasażerów. Dla porównania, Boeing 707 zużywa około 6,8 tony paliwa na godzinę. Nowoczesne samoloty koncentrują się na przewiezieniu jak największej liczby pasażerów do celu przy najniższych możliwych kosztach paliwa i eksploatacji.

Samolot musi lecieć z prędkością wystarczająco dużą, aby osiągnąć wysoką wydajność, ale opór powietrza i zużycie paliwa nie mogą obniżać przychodów. Dlatego prędkość lotu samolotów komercyjnych jest obecnie w zasadzie optymalną wartością między wydajnością a przychodami.

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