Чому немає випадків, коли літаки безрозсудно обганяють або здійснюють перегони?

Польоти літаків, що перевищують технічні стандарти або межі безпеки, суворо заборонені в авіаційній галузі та можуть мати катастрофічні наслідки.

14 травня в соціальних мережах стало вірусним відео , на якому видно, як у небі одночасно з'являються три літаки. Відео було опубліковано на Douyin пасажиром рейсу Spring Airlines.

В описі людина зазначила, що літак нижче належить авіакомпанії Chengdu Airlines, тоді як той, що низько його обганяє, належить Shandong Airlines, авіакомпанії, відомій під прізвиськами «Lightning Airlines» або «Shandong Speed».

Однак феномен цієї авіакомпанії, відомий як «Шаньдунський експрес», не пов’язаний зі швидкістю. Через суворі авіаційні правила пілотам практично неможливо летіти швидше, ніж дозволено.

Аеродинамічна основа

Абсолютна причина, яка перешкоджає комерційному літаку довільно збільшувати свою швидкість у повітрі, полягає в законах гідродинаміки, зокрема в поведінці потоку повітря, що наближається до швидкості звуку на великих висотах.

Відео, на якому видно три літаки, що одночасно з'являються в небі, причому авіакомпанія Shandong Airlines обганяє авіакомпанію Chengdu Airlines, стало вірусним у соціальних мережах. Фото: Douyin.

Сучасні комерційні літаки, від компактних вузькофюзеляжних до широкофюзеляжних гігантів, зазвичай працюють у дозвуковому режимі з оптимальним діапазоном рециркуляційної швидкості від 0,78 до 0,85 Маха (78-85% швидкості звуку в повітрі).

Фактична швидкість літака вимірюється числами Маха, які визначаються як відношення швидкості об'єкта до швидкості звуку в тому ж навколишньому рідкому середовищі.

Хоча сам літак рухається зі швидкістю, меншою за швидкість звуку (нижче 1 Маха), вигнута конструкція верхньої поверхні крила змушує повітряний потік над ним локально прискорюватися, створюючи підйомну силу згідно з принципом Бернуллі.

Якщо пілот навмисно натискає на дросельну заслінку, щоб розігнати літак вище максимального числа Маха, з метою обгону або «перегонів» з іншим літаком, відбуватимуться екстремальні фізичні явища.

У цей момент утворюються ударні хвилі, невидима межа зростаючого тиску та температури, які створюють серйозні порушення в потоку повітря. Прямим наслідком є ​​розшарування межі, коли повітряний потік більше не прилягає щільно до аеродинамічної поверхні крила, а розривається за нею, створюючи турбулентні вихори.

Окрім обмежень опору повітря, комерційні літаки, що експлуатуються на великих висотах, також стикаються з надзвичайно обмеженим робочим простором, який вчені-аерокосмічні науковці називають «кутком труни».

Кут труни виникає, коли літак рухається достатньо швидко та високо, щоб тиск між нижньою та верхньою частинами крила почав вирівнюватися, що призвело до поступового зникнення підйомної сили.

Зі збільшенням висоти польоту літака повітря стає розрідженішим, з меншою кількістю молекул повітря, тоді як площа крила залишається незмінною. Це змушує літак летіти швидше, щоб створити достатню підйомну силу для крил.

Якщо літак рухається занадто повільно, він розіб'ється, оскільки у нього більше немає достатньої підйомної сили, щоб протидіяти силам, що на нього діють, таким як гравітаційне тяжіння Землі або доцентрова сила. Коли підйомна сила менша за силу тяжіння, літак переживає зрив – невидимий вбивця в повітрі.

На ілюстрації зображено концепцію кута труни. Фото: PilotMall.

Однак, в районі кришки труни, якщо летіти швидко, літак досягне дозвукової швидкості Маха. Потік повітря над крилами досягає швидкостей, близьких до швидкості звуку або вищих за неї, тоді як літак все ще рухається зі швидкістю, нижчою за швидкість звуку.

На надмірно високих швидкостях ударні хвилі, що утворюються внаслідок зіткнення повітряного потоку з поверхнею крила, прагнуть штовхнути ніс літака до землі.

Через це політ біля кута труни схожий на балансування на канату із зав’язаними очима. Невелика зміна швидкості або висоти може призвести до втрати підйомної сили або перевищення швидкості, що може мати катастрофічні наслідки.

Економічна проблема

Навіть без обмежень безпеки та фізичних обмежень, «перегони швидкості» комерційних літаків все одно будуть обмежені фундаментальною структурою авіаційної економіки.

У 1957 році перший Boeing 707 злетів у повітря. Він досяг крейсерської швидкості 0,78 Маха. У 2009 році Boeing випустив 787 Dreamliner. Цей літак має крейсерську швидкість 0,85 Маха.

Два літаки, обидва виготовлені з різницею в 52 роки, швидші лише на 8%. З таким вражаючим прогресом науки і техніки, чому літаки не можуть літати швидше?

Причина полягає в тому, що галузь повітряного транспорту є одним із секторів із надзвичайно низькою нормою прибутку. Витрати на паливо становлять найбільшу та найволатильнішу частку загальних прямих операційних витрат авіакомпанії.

На сьогоднішній день «Конкорд» – єдиний комерційно експлуатований літак, який досягає надзвукової швидкості. Він міг літати зі швидкістю 2,02 Маха, що дозволяло йому подорожувати з Нью-Йорка до Лондона приблизно за 3 години 30 хвилин.

Це вражаюча цифра, але в експлуатацію було введено лише 14 літаків Concorde, і вони обслуговували лише два маршрути для двох авіакомпаній: British Airways та Air France. Перший комерційний рейс Concorde відбувся у 1976 році, а останній – у 2003 році.

На сьогоднішній день Concorde залишається єдиним комерційно експлуатованим літаком, який досяг надзвукової швидкості. Фото: CNN.

Щоб літати на надзвуковій швидкості, літак повинен бути дуже аеродинамічним, тобто мати вузьку конструкцію, що обмежує кількість пасажирів. Це означало, що Concorde міг перевозити лише близько 100 пасажирів, що є скромною кількістю порівняно з 330 пасажирами, яких може перевозити Boeing 787-10.

Крім того, високі експлуатаційні витрати, розподілені на відносно невелику кількість пасажирів, не були життєздатною економічною моделлю. До кінця 1990-х років квиток в один кінець на Concorde коштував до 6000 доларів , що значно вище, ніж звичайний пасажирський квиток на літак.

Замість швидкості, авіакомпанії працюють на основі прибутку, отриманого від виконання рейсів. Тому технології комерційної авіації наразі зосереджені виключно на підвищенні ефективності.

Візьмемо, наприклад, Boeing 707 та Boeing 787. Хоча вони мають схожу крейсерську швидкість, Boeing 787 є набагато економічнішим варіантом.

Зокрема, Boeing 787 споживає лише близько 5 тонн палива на годину та може перевозити приблизно 140 додаткових пасажирів. Для порівняння, Boeing 707 споживає близько 6,8 тонн палива на годину. Сучасні літаки зосереджені на тому, щоб доставити якомога більше пасажирів до місця призначення з найнижчими витратами на паливо та експлуатацію.

Літаки повинні летіти зі швидкістю, достатньо високою для досягнення високої ефективності, але опір повітря та витрата палива не повинні знижувати дохід. Тому швидкість польоту комерційних літаків сьогодні є по суті оптимальною швидкістю між ефективністю та доходом.

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