Varför finns det inga fall där flygplan vårdslöst kör om eller tävlar?

Det är strängt förbjudet inom flygindustrin att flyga flygplan som överskrider tekniska standarder eller säkerhetsgränser och kan få katastrofala konsekvenser.

Den 14 maj spreds en video som visade tre flygplan samtidigt i luften viralt på sociala medier. Videon publicerades på Douyin av en passagerare på ett Spring Airlines-flyg.

I beskrivningen uppgav personen att planet nedanför tillhörde Chengdu Airlines, medan det som lågt omkörde det tillhörde Shandong Airlines, ett flygbolag känt för sina smeknamn "Lightning Airlines" eller "Shandong Speed".

Fenomenet som kallas "Shandong Express" för detta flygbolag beror dock inte på hastighet. På grund av strikta flygregler är det nästan omöjligt för piloter att flyga snabbare än hastighetsgränsen.

Aerodynamisk grund

Den absoluta anledningen till att ett kommersiellt flygplan hindrar det från att godtyckligt öka sin hastighet i luften härrör från fluiddynamikens lagar, särskilt beteendet hos luftflöden som närmar sig ljudets hastighet på höga höjder.

En video som visar tre flygplan som syns samtidigt på himlen, där Shandong Airlines kör om Chengdu Airlines, har blivit viral på sociala medier. Foto: Douyin.

Moderna kommersiella flygplan, från kompakta smalkroppsflygplan till wide body-jättar, opererar vanligtvis i subsoniskt läge, med ett optimalt recirkulerande hastighetsområde från Mach 0,78 till Mach 0,85 (78–85 % av ljudets hastighet i luft).

Den faktiska hastigheten för ett flygplan mäts i Mach-tal, vilka definieras som förhållandet mellan objektets hastighet och ljudets hastighet i samma omgivande fluidum.

Även om flygplanet självt rör sig med en hastighet som är långsammare än ljudets hastighet (under Mach 1), tvingar den böjda designen på vingens övre yta luftflödet över det att accelerera lokalt, vilket genererar lyftkraft enligt Bernoullis princip.

Om en pilot avsiktligt trycker på gasreglaget för att accelerera flygplanet bortom dess maximala Mach-tal, i syfte att köra om eller "tävla" med ett annat flygplan, kommer extrema fysiska fenomen att inträffa.

Vid den tidpunkten kommer chockvågor, den osynliga gränsen mellan stigande tryck och temperatur, att bildas och skapa en allvarlig störning i luftflödet. Den direkta konsekvensen är gränsdelaminering, där luftflödet inte längre fäster tätt vid vingens aerodynamiska yta utan slits isär bakom den, vilket skapar turbulenta virvlar.

Förutom begränsningarna av luftmotståndet möter kommersiella flygplan som opererar på hög höjd också ett extremt trångt operationsutrymme, vilket flyg- och rymdforskare kallar kisthörnet.

Kistvinkeln uppstår när flygplanet rör sig tillräckligt snabbt och tillräckligt högt för att trycket börjar utjämnas mellan vingens undersida och topp, vilket gör att lyftkraften gradvis försvinner.

När ett flygplan ökar på höjden blir luften tunnare, med färre luftmolekyler, medan vingytan förblir oförändrad. Detta tvingar flygplanet att flyga snabbare för att generera tillräckligt med lyftkraft för vingarna.

Om ett flygplan rör sig för långsamt kommer det att krascha eftersom det inte längre har tillräckligt med lyftkraft för att motverka de krafter som verkar på det, såsom jordens gravitationskraft eller centripetalkraft. När lyftkraften är mindre än gravitationen upplever flygplanet stall – den osynliga dödsorsaken i luften.

Illustrationen visar konceptet med ett kisthörn. Foto: PilotMall.

Men i området kring kistlocket, om flygplanet flyger snabbt, kommer det att nå subsonisk Mach. Luftflödet över vingarna når hastigheter nära eller högre än ljudets hastighet, medan flygplanet fortfarande rör sig under ljudets hastighet.

Vid alltför höga hastigheter tenderar stötvågor som bildas av luftflödets kollision med vingytan att trycka flygplanets nos mot marken.

Detta gör att flygning nära kistan kan liknas vid att ha förbundna ögon och balansera på lina. En liten förändring i hastighet eller höjd kan leda till förlust av lyftkraft eller för hög hastighet, vilka båda kan vara katastrofala.

Ekonomiskt problem

Även utan säkerhets- och fysiska begränsningar skulle "hastighetskapplöpningen" för kommersiella flygplan fortfarande begränsas av flygekonomins grundläggande struktur.

År 1957 lyfte den första Boeing 707. Den uppnådde en marschfart på Mach 0,78. År 2009 lanserade Boeing 787 Dreamliner. Detta flygplan har en marschfart på Mach 0,85.

Två flygplan, båda tillverkade med 52 års mellanrum, är bara 8 % snabbare. Med sådana anmärkningsvärda framsteg inom vetenskap och teknik, varför kan inte flygplan flyga snabbare?

Anledningen är att flygbranschen är en av de sektorer med extremt små vinstmarginaler. Bränslekostnaderna står för den största och mest volatila andelen av ett flygbolags totala direkta driftskostnader.

Hittills är Concorde det enda kommersiellt trafikerade flygplanet som uppnått överljudshastigheter. Det skulle kunna flyga med en hastighet av Mach 2,02, vilket skulle göra det möjligt att resa från New York till London på cirka 3 timmar och 30 minuter.

Det är ett imponerande antal, men endast 14 Concorde-plan togs någonsin i bruk, och de trafikerade endast två linjer för två flygbolag: British Airways och Air France. Concordes första kommersiella flygning var 1976, och dess sista flygning avslutades 2003.

Hittills är Concorde det enda kommersiellt trafikerade flygplanet som uppnått överljudshastigheter. Foto: CNN.

För att flyga överljudslikt måste ett flygplan vara mycket aerodynamiskt, vilket innebär att det måste ha en smal design, vilket begränsar antalet passagerare. Detta innebar att Concorde bara kunde transportera cirka 100 passagerare, ett blygsamt antal jämfört med de 330 passagerare som Boeing 787-10 kan transportera.

Dessutom var de höga driftskostnaderna, fördelade över ett relativt litet antal passagerare, inte en hållbar ekonomisk modell. I slutet av 1990-talet kostade en enkelbiljett på Concorde så mycket som 6 000 dollar , ett pris betydligt högre än en vanlig flygbiljett.

Istället för hastighet baseras flygbolagen på vinsten från att genomföra flygningar. Därför fokuserar kommersiell flygteknik för närvarande enbart på att öka effektiviteten.

Ta Boeing 707 och Boeing 787 som exempel. Även om de har liknande marschhastigheter är Boeing 787 ett mycket mer kostnadseffektivt alternativ.

Mer specifikt förbrukar Boeing 787 endast cirka 5 ton bränsle per timme och kan transportera cirka 140 ytterligare passagerare. Som jämförelse förbrukar Boeing 707 cirka 6,8 ton bränsle per timme. Moderna flygplan fokuserar på att få flest passagerare till sin destination med lägsta möjliga bränsle- och driftskostnader.

Flygplan måste flyga med en hastighet som är tillräckligt hög för att uppnå hög effektivitet, men luftmotstånd och bränsleförbrukning får inte minska intäkterna. Därför är flyghastigheten för kommersiella flygplan idag i huvudsak den optimala hastigheten mellan effektivitet och intäkter.

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