Почему нет случаев безрассудных обгонов или гонок самолетов?

Полеты воздушных судов, выходящих за рамки технических стандартов или ограничений безопасности, строго запрещены в авиационной отрасли и могут иметь катастрофические последствия.

14 мая в социальных сетях завирусилось видео , на котором одновременно в небе появляются три самолета. Видео было опубликовано в Douyin пассажиром рейса авиакомпании Spring Airlines.

В описании человек указал, что самолет внизу принадлежал авиакомпании Chengdu Airlines, а тот, что низко пролетал над ним, принадлежал авиакомпании Shandong Airlines, известной своими прозвищами «Молниеносная авиакомпания» или «Шаньдунская скорость».

Однако феномен, известный как «Шаньдунский экспресс» этой авиакомпании, не связан со скоростью. Из-за строгих авиационных правил пилотам практически невозможно летать быстрее разрешенной скорости.

Аэродинамическая основа

Главная причина, препятствующая произвольному увеличению скорости коммерческого самолета в воздухе, кроется в законах гидродинамики, в частности, в поведении воздушного потока, приближающегося к скорости звука на больших высотах.

Видео, на котором одновременно в небе появляются три самолета, причем самолет авиакомпании Shandong Airlines обгоняет самолет авиакомпании Chengdu Airlines, стало вирусным в социальных сетях. Фото: Douyin.

Современные коммерческие самолеты, от компактных узкофюзеляжных до широкофюзеляжных гигантов, как правило, работают в дозвуковом режиме, с оптимальным диапазоном скоростей рециркуляции от 0,78 до 0,85 Маха (78-85% от скорости звука в воздухе).

Фактическая скорость летательного аппарата измеряется в числах Маха, которые определяются как отношение скорости объекта к скорости звука в той же окружающей жидкой среде.

Хотя сам летательный аппарат движется со скоростью, меньшей скорости звука (ниже числа Маха 1), изогнутая конструкция верхней поверхности крыла заставляет воздушный поток над ней локально ускоряться, создавая подъемную силу в соответствии с принципом Бернулли.

Если пилот намеренно нажимает на рычаг газа, чтобы разогнать самолет сверх его максимального числа Маха с целью обгона или «гонки» с другим самолетом, произойдут экстремальные физические явления.

В этот момент образуются ударные волны — невидимая граница между возрастающим давлением и температурой, — которые вызывают серьезное нарушение воздушного потока. Прямым следствием является расслоение границы, когда воздушный поток перестает плотно прилегать к аэродинамической поверхности крыла и разрывается за ней, создавая турбулентные вихри.

Помимо ограничений, связанных с сопротивлением воздуха, коммерческие самолеты, работающие на больших высотах, также сталкиваются с крайне тесным рабочим пространством, которое аэрокосмические ученые называют «углом гроба».

Угол «гроба» возникает, когда самолет движется достаточно быстро и на достаточно большую высоту, чтобы давление между нижней и верхней сторонами крыла начало выравниваться, в результате чего подъемная сила постепенно исчезает.

По мере увеличения высоты полета самолета воздух становится разреженнее, в нем уменьшается количество молекул воздуха, в то время как площадь крыла остается неизменной. Это заставляет самолет лететь быстрее, чтобы создать достаточную подъемную силу для крыльев.

Если самолет движется слишком медленно, он разобьется, потому что у него больше не будет достаточной подъемной силы, чтобы противодействовать действующим на него силам, таким как гравитационное притяжение Земли или центростремительная сила. Когда подъемная сила меньше силы тяжести, самолет сваливается в штопор — невидимый убийца в воздухе.

Иллюстрация изображает концепцию уголка гроба. Фото: PilotMall.

Однако в области «крышки гроба», при быстром полете, самолет достигнет дозвуковой скорости Маха. Поток воздуха над крыльями достигает скоростей, близких к скорости звука или превышающих ее, в то время как самолет продолжает двигаться со скоростью ниже скорости звука.

При чрезмерно высоких скоростях ударные волны, образующиеся в результате столкновения воздушного потока с поверхностью крыла, имеют тенденцию толкать нос самолета к земле.

Из-за этого полёт вблизи края обрыва сродни балансированию на канате с завязанными глазами. Небольшое изменение скорости или высоты может привести к потере подъёмной силы или превышению скорости, что может иметь катастрофические последствия.

Экономическая проблема

Даже без ограничений по безопасности и физическим параметрам, «гонка скорости» коммерческих самолетов все равно будет ограничена фундаментальной структурой авиационной экономики.

В 1957 году состоялся первый полет Boeing 707. Он достиг крейсерской скорости 0,78 Маха. В 2009 году компания Boeing выпустила 787 Dreamliner. Этот самолет имеет крейсерскую скорость 0,85 Маха.

Два самолета, выпущенные с разницей в 52 года, всего на 8% быстрее. При таких значительных достижениях науки и техники, почему же самолеты не могут летать быстрее?

Причина в том, что авиационная отрасль является одним из секторов с крайне низкой рентабельностью. Расходы на топливо составляют наибольшую и наиболее нестабильную долю от общих прямых операционных затрат авиакомпании.

На сегодняшний день «Конкорд» — единственный коммерчески эксплуатируемый самолет, способный развивать сверхзвуковую скорость. Он может летать со скоростью 2,02 Маха, что позволяет совершить перелет из Нью-Йорка в Лондон примерно за 3 часа 30 минут.

Это впечатляющее число, но в эксплуатацию было введено всего 14 самолетов Concorde, и они обслуживали только два маршрута для двух авиакомпаний: British Airways и Air France. Первый коммерческий рейс Concorde состоялся в 1976 году, а последний — в 2003 году.

На сегодняшний день «Конкорд» остается единственным коммерчески эксплуатируемым самолетом, способным развивать сверхзвуковую скорость. Фото: CNN.

Для полетов на сверхзвуковой скорости самолет должен обладать высокой аэродинамичностью, то есть иметь узкую конструкцию, что ограничивает количество пассажиров. Это означало, что «Конкорд» мог перевозить всего около 100 пассажиров, что является скромным числом по сравнению с 330 пассажирами, которые может перевозить «Боинг 787-10».

Кроме того, высокие эксплуатационные расходы, распределяемые на относительно небольшое количество пассажиров, не представляли собой жизнеспособную экономическую модель. К концу 1990-х годов билет в один конец на «Конкорд» стоил до 6000 долларов , что значительно превышало цену обычного пассажирского авиабилета.

Вместо скорости авиакомпании ориентируются на прибыль, получаемую от выполнения рейсов. Поэтому современные технологии в коммерческой авиации сосредоточены исключительно на повышении эффективности.

В качестве примеров можно привести Boeing 707 и Boeing 787. Хотя у них схожие крейсерские скорости, Boeing 787 является гораздо более экономичным вариантом.

В частности, Boeing 787 потребляет всего около 5 тонн топлива в час и может перевозить примерно на 140 пассажиров больше. Для сравнения, Boeing 707 потребляет около 6,8 тонн топлива в час. Современные самолеты ориентированы на доставку максимального количества пассажиров в пункт назначения с минимальными затратами топлива и эксплуатационными расходами.

Самолёт должен летать со скоростью, достаточной для достижения высокой эффективности, но при этом сопротивление воздуха и расход топлива не должны снижать прибыль. Поэтому сегодня скорость полёта коммерческих самолётов по сути является оптимальной скоростью, находящейся между эффективностью и прибылью.

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