De ce nu există cazuri de avioane care depășesc sau se întrec în mod imprudent?

Zborurile aeronavelor care depășesc standardele tehnice sau limitele de siguranță sunt strict interzise în industria aviației și pot avea consecințe catastrofale.

Pe 14 mai, un videoclip care arăta trei avioane apărând simultan pe cer a devenit viral pe rețelele de socializare. Videoclipul a fost postat pe Douyin de un pasager al unui zbor Spring Airlines.

În descriere, persoana a declarat că avionul de mai jos aparținea companiei Chengdu Airlines, în timp ce cel care l-a depășit la joasă altitudine aparținea companiei Shandong Airlines, o companie aeriană cunoscută pentru poreclele „Lightning Airlines” sau „Shandong Speed”.

Totuși, fenomenul cunoscut sub numele de „Shandong Express” al acestei companii aeriene nu provine din viteză. Din cauza reglementărilor stricte din domeniul aviației, este aproape imposibil pentru piloți să zboare mai repede decât limita de viteză.

Baza aerodinamică

Motivul absolut care împiedică o aeronavă comercială să își crească arbitrar viteza în aer provine din legile dinamicii fluidelor, în special din comportamentul fluxului de aer care se apropie de viteza sunetului la altitudini mari.

Un videoclip care arată trei avioane apărând simultan pe cer, cu Shandong Airlines depășind Chengdu Airlines, a devenit viral pe rețelele de socializare. Foto: Douyin.

Avioanele comerciale moderne, de la avioanele compacte cu fuselaj îngust la cele gigantice cu fuselaj lat, funcționează de obicei în mod subsonic, cu o gamă optimă de viteze de recirculare de la Mach 0,78 la Mach 0,85 (78-85% din viteza sunetului în aer).

Viteza reală a unei aeronave se măsoară în numere Mach, care sunt definite ca raportul dintre viteza obiectului și viteza sunetului în același mediu fluid înconjurător.

Deși aeronava în sine se mișcă cu o viteză mai mică decât viteza sunetului (sub Mach 1), designul curbat al suprafeței superioare a aripii forțează fluxul de aer de peste aceasta să accelereze local, generând portanță conform principiului lui Bernoulli.

Dacă un pilot apasă în mod deliberat accelerația pentru a accelera aeronava dincolo de numărul său maxim Mach, cu scopul de a depăși sau de a „face o cursă” cu o altă aeronavă, vor apărea fenomene fizice extreme.

În acel moment, se vor forma unde de șoc, limita invizibilă dintre presiunea și temperatura în creștere, care vor crea o perturbare serioasă a fluxului de aer. Consecința directă este delaminarea limitei, în care fluxul de aer nu mai aderă strâns la suprafața aerodinamică a aripii, ci este sfâșiat în spatele acesteia, creând vârtejuri turbulente.

Pe lângă limitările rezistenței aerului, aeronavele comerciale care operează la altitudini mari se confruntă și cu un spațiu de operare extrem de înghesuit, pe care oamenii de știință din domeniul aerospațial îl numesc „colțul sicriei”.

Unghiul de sicriu apare atunci când aeronava se mișcă suficient de repede și suficient de sus pentru ca presiunea să înceapă să se egalizeze între partea inferioară și superioară a aripii, determinând dispariția treptată a portanței.

Pe măsură ce o aeronavă crește altitudinea, aerul devine mai rarefiat, cu mai puține molecule de aer, în timp ce suprafața aripii rămâne neschimbată. Acest lucru forțează aeronava să zboare mai repede pentru a genera suficientă portanță pentru aripi.

Dacă o aeronavă se mișcă prea încet, se va prăbuși deoarece nu mai are suficientă portanță pentru a contracara forțele care acționează asupra ei, cum ar fi atracția gravitațională a Pământului sau forța centripetă. Când portanța este mai mică decât gravitația, aeronava se confruntă cu o angajare – ucigașul invizibil din aer.

Ilustrația prezintă conceptul unui colț de sicriu. Fotografie: PilotMall.

Totuși, în zona capacului sicriului, dacă aeronava zboară rapid, va atinge o viteză subsonică de Mach. Fluxul de aer peste aripi atinge viteze apropiate sau mai mari decât viteza sunetului, în timp ce aeronava se mișcă încă sub viteza sunetului.

La viteze excesiv de mari, undele de șoc formate de coliziunea fluxului de aer cu suprafața aripii tind să împingă botul aeronavei spre sol.

Asta face ca zborul lângă colțul sicriului să fie similar cu a fi legat la ochi și a te menține în echilibru pe o frânghie întinsă. O mică schimbare de viteză sau altitudine poate duce la o pierdere a portanței sau la o depășire a vitezei, ambele având potențialul de a fi catastrofale.

Problemă economică

Chiar și fără limitări de siguranță și fizice, „cursa de viteză” a aeronavelor comerciale ar fi în continuare constrânsă de structura fundamentală a economiei aviației.

În 1957, primul Boeing 707 a zburat. Acesta a atins o viteză de croazieră de Mach 0,78. În 2009, Boeing a lansat modelul 787 Dreamliner. Această aeronavă are o viteză de croazieră de Mach 0,85.

Două aeronave, ambele fabricate la o diferență de 52 de ani, sunt cu doar 8% mai rapide. Având în vedere progresele remarcabile din știință și tehnologie, de ce nu pot avioanele să zboare mai repede?

Motivul este că industria transportului aerian este unul dintre sectoarele cu marje de profit extrem de mici. Costurile cu combustibilul reprezintă cea mai mare și mai volatilă proporție din totalul costurilor operaționale directe ale unei companii aeriene.

Până în prezent, Concorde este singura aeronavă operată comercial care atinge viteze supersonice. Putea zbura cu Mach 2,02, permițând călătoria de la New York la Londra în aproximativ 3 ore și 30 de minute.

Acesta este un număr impresionant, dar doar 14 avioane Concorde au fost puse în serviciu, iar acestea au deservit doar două rute pentru două companii aeriene: British Airways și Air France. Primul zbor comercial al Concorde a avut loc în 1976, iar ultimul său zbor s-a încheiat în 2003.

Până în prezent, Concorde rămâne singura aeronavă operată comercial care atinge viteze supersonice. Foto: CNN.

Pentru a zbura supersonic, o aeronavă trebuie să fie extrem de aerodinamică, ceea ce înseamnă că trebuie să aibă un design îngust, limitând astfel numărul de pasageri. Aceasta însemna că Concorde putea transporta doar aproximativ 100 de pasageri, un număr modest în comparație cu cei 330 de pasageri pe care îi poate transporta Boeing 787-10.

În plus, costurile operaționale ridicate, distribuite pe un număr relativ mic de pasageri, nu reprezentau un model economic viabil. Până la sfârșitul anilor 1990, un bilet dus la Concorde costa până la 6.000 de dolari , un preț semnificativ mai mare decât un bilet de avion obișnuit de pasageri.

În loc de viteză, companiile aeriene operează pe baza profitului obținut din operarea zborurilor. Prin urmare, tehnologia aviației comerciale se concentrează în prezent exclusiv pe creșterea eficienței.

Luați ca exemple Boeing 707 și Boeing 787. Deși au viteze de croazieră similare, Boeing 787 este o opțiune mult mai rentabilă.

Mai exact, Boeingul 787 consumă doar aproximativ 5 tone de combustibil pe oră și poate transporta aproximativ 140 de pasageri suplimentari. Pentru comparație, Boeingul 707 consumă aproximativ 6,8 tone de combustibil pe oră. Avioanele moderne se concentrează pe transportul cât mai multor pasageri la destinație cu cele mai mici costuri posibile de combustibil și de operare.

Aeronavele trebuie să zboare cu o viteză suficient de mare pentru a atinge o eficiență ridicată, dar rezistența la înaintare și consumul de combustibil nu trebuie să reducă veniturile. Prin urmare, viteza de zbor a aeronavelor comerciale de astăzi este, în esență, viteza optimă dintre eficiență și venituri.

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