Как и почему летают самолеты? Почему летают самолеты.

Почему самолеты летают? Мечта о полете с древнейших времен сопровождала человека. Она нашла отражение в древнегреческом мифе о Дедале и Икаре, чертежи нескольких летательных аппаратов оставил после себя великий Леонардо да Винчи, о диковинных способах перемещения в воздушном пространстве фантазировал Сирано де Бержерак.

Помимо этого, в истории многих цивилизаций остались задокументированные сведения об удачных и не очень попытках отчаянных изобретателей оторваться от земли. Среди них достойны упоминания:

полеты на воздушных змеях и «небесных фонариках», первых прототипах аэростатов, в Китае еще до Средневековья,
прародитель дельтаплана, успешно прошедший испытание в Кордовском халифате в 9 веке,
первый парашют на основе набросков да Винчи в Европе начала 17-го века,
удачные полеты на планере и ракете в Османской империи в 17 веке.

Первый официально зафиксированный полет человека на летательном аппарате был совершен на воздушном конструкции братьев Монгольфье в 1783 году. Однако, построить первую рабочую модель самолета стало возможно только в начале 20-го века, после промышленной революции, серьезно ускорившей научно-технический прогресс.

Давняя мечта человечества наконец осуществилась благодаря применению двигателя внутреннего сгорания в качестве силовой установки вместо парового двигателя, архаичного и не обеспечивавшего необходимой мощности.

Почему самолеты летают?

Современные самолеты – сложные высокотехнологичные летательные аппараты с большой массой или, как принято говорить, с массой больше массы воздуха. При этом им, кажется, легко удается презреть закон всемирного тяготения и оторваться от земли. Это достигается благодаря законам аэродинамики и двум важнейшим конструктивным элементам самолета:

силовая установка ();
форма крыла.

Наличие силовой установки отличает самолет от планера, а статичность крыла – от вертолета.

Крыло самолета – поверхность со сложной, обусловленной требованиями аэродинамики форой, основное назначение которой заключается в создании подъемной аэродинамической силы, необходимой для отрыва от земли и дальнейшего полета. Подъемная сила возникает при разгоне воздушного судна за счет того, что находящееся под острым углом к встречным воздушным массам крыло создает разницу давлений.

Происходит это из-за выпуклой сверху формы крыла: проходящий над ней поток воздуха обладает меньшим давлением, чем обтекающий снизу поток. Кстати, вопреки распространенному заблуждению, крыло у самолета всего одно. Фюзеляж просто делит его на две консоли: правую и левую.

Силовая установка (двигатель) – энергетический комплекс, отвечающий за создание тяги, которая, преодолевая сопротивление воздушных масс, обеспечивает самолету поступательное движение. Другими словами, именно силовая установка при взлете разгоняет воздушное судно до скорости, при которой крыло самолета начнет создавать подъемную силу, и поддерживает необходимую тягу при движении в воздушном пространстве. Существует три группы авиадвигателей, в зависимости от способа создания тяги:

винтовые;
реактивные;
смешанного типа или комбинированные.

Таким образом, совместная работа крыла и силовой установки самолета позволяет ему взлетать и перемещаться в воздушном пространстве. Конечно, двух указанных конструктивных элементов воздушного судна недостаточно для безопасного полёта. Конструкция самолета объединяет в себе множество систем, служащих этой цели.

Почему самолеты летают на высоте 10000 метров?

Согласно бытующему мнению, самолеты летают на высоте примерно в 10 км. Это не совсем так, для каждого полета существует своя оптимальная высота, которая зависит от типа самолета и его характеристик, удельного веса воздушного судна и метеоусловий в текущий момент.

Зачастую ее выбор осуществляется даже не экипажем корабля, а диспетчерской службой на земле. Кроме того, нужно отметить, что в гражданском воздухоплавании используется правило «четности-нечетности»: движущиеся на запад, северо-запад и юго-запад лайнеры придерживаются четной высоты кратной тысячам метров (10 тысяч метров), а направляющиеся в другие стороны – нечетной (9 или 11 тысяч метров).

Первый самолет братьев Райт поднимался в воздух всего на 3 метра, современные самые легкие самолеты совершают полет на высоте до 2 километров, а для истребителей последнего поколения оптимальная высота – примерно 20 тысяч метров.

Однако, для большинства пассажирских лайнеров идеальная высота полета находится между 9 и 12 тысячами метров над поверхностью, то есть действительно можно говорить о 10 километрах, как средней высоте полета в гражданской авиации. Такой выбор обусловлен несколькими причинами:

банальная экономия – на большей высоте меньшая плотность воздуха, меньшее встречное сопротивление, а значит меньше и расход топлива;
на этой высоте воздушное судно меньше зависит от атмосферных явлений;
температура на 10 тысячах метров – около -50 градусов по Цельсию — хорошо подходит для охлаждения реактивных двигателей лайнеров;
большая высота обеспечивает больше времени на принятия решений экипажем, а также выполнение манёвров и планирование в случае возникновения чрезвычайной ситуации на борту;
на таких высотах отсутствует вероятность столкновения со стаями птиц, которое может привести к внештатной ситуации.

У каждого самолета существует крайнее значение высоты, при котором давление воздуха способно создавать подъемную силу. Выше 12 тысяч метров воздух становится слишком разреженным для пассажирского лайнера со средними характеристиками. Мощность двигателя падает, а объем расхода топлива резко увеличивается, а самолет начинает «заваливаться».

Почему самолеты не летают через полюса?

На самом деле, кроссполярные пассажирские рейсы, хоть их количество и невелико, на данный момент регулярно осуществляются. По крайней мере, воздушные трассы через Северный Полюс были открыты в 2001 году, и на данный момент их успешно используют авиаперевозчики США, Канады, Китая, Кореи, Сингапура, Таиланда и ОАЭ. Однако, есть два момента, осложняющих развитие подобных маршрутов:

сложности с радиолокационной поддержкой диспетчерской службой на всем протяжении маршрута;
недостаточное техническое оснащение и плохое аэронавигационное обслуживание в Сибирской части Евразийского континента.

Возможно, дальнейший технический прогресс и выполнение масштабных проектов по строительству аэронавигационных станций в местах прохождения маршрутов сделают полеты через Северный Полюс более распространенным явлением.

Экономический смысл в этом есть: подсчитано, что кроссполярные перелеты позволят исключить пересадки и на 25% сократить полетное время на маршрутах, соединяющих Северную Америку и Азию. Южный Полюс в свою очередь удален от основных воздушных магистралей, и рациональных причин на прохождение регулярных рейсов вблизи него нет.

Почему самолеты не летают через Индийский океан?

Действительно, если открыть любую карту полетов, можно обнаружить, что маршрут воздушных судов, следующих над водами Индийского океана, всегда выстраивается вдоль суши, даже если такой путь кажется более длинным.

После нескольких авиапроисшествий последних лет, стало набирать популярность мистическое околонаучное объяснение катастроф и исчезновений летательных аппаратов в этом географическом регионе. Причем особенности карты полетов воздушных судов сторонники этой теории приводят, как доказательство своей правоты. Конечно, истинный ответ далек от мистики.

Современные пассажирские самолеты летают в соответствии с нормами ETOPS – сводом требований к полетам двухмоторных воздушных судов над местностью без ориентиров. Эти нормы были разработаны Международной организацией гражданской авиации.

Согласно ETOPS, маршруты составляются так, чтобы воздушное судно всегда находилось в пределах установленного максимального времени полета до ближайшего аэропорта, куда можно было бы дотянуть в случае отказа одного их двигателей.

В настоящее время максимальный интервал по этим нормам составляет 180 минут, в зависимости от конструкции самолеты также сертифицируют на 60 и 120 минут предельного удаления от ближайшего аэродрома. Вот почему через безлюдные просторы Индийского Океана почти не проходят маршруты гражданской авиации.

Почему самолеты летают низко?

Если исключить очевидные набор высоты и заход на посадку, в повседневной жизни мы чаще наблюдаем на небольшой высоте самолеты военно-воздушных сил, МЧС или летательные аппараты сельскохозяйственного назначения. При этом есть причина, по которой пассажирские лайнеры могут в течении долгого времени совершать полет сравнительно низко. Она как правило связана с необходимостью незапланированной посадки.

В авиации существует такой параметр, как максимальная посадочная масса, которую выдерживает шасси при посадке. Обычно топливо в самолет заливается на прохождение расстояния по маршруту с навигационным запасом. В случае необходимости посадки самолета раньше запланированного, когда топлива на борту еще много и максимальная посадочная масса выше допустимого значения, излишки топлива «сжигают» полетом на низких высотах. Если этого не сделать, шасси просто не выдержит посадки.

Шутки шутками, но определенный налет серьезности появляется в подобной ситуации не только у обремененного авиационными знаниями человека. Тем более, что вышеупомянутая сорокатонная «дура» — это, вобщем-то, средний по размерам самолет российских ВВС СУ-24. Ну, а если этот «посерьезневший» человек окажется свидетелем неторопливого, но о-о-очень уверенного взлета самого большого в мире транспортного самолета АН-225 «Мрия» («Мечта» по-украински, кто не знает)?.. Комментировать больше ничего не буду. Добавлю лишь, что взлетный вес этой «птички» — 600 тонн.

Да, впечатления на этой почве могут быть очень глубокими. Но, как бы то ни было, эмоции здесь совершенно ни при чем. Физика. Одна голая физика. Именно подчиняясь законам физики, поднимаются в воздух все летательные аппараты, начиная с легких спортивных самолетов и заканчивая тяжелыми транспортниками и, казалось бы, уж совсем бесформенными вертолетами, непонятно как удерживающимися в воздухе. И происходит все это за счет подъемной силы да еще силы тяги двигателя.

Словосочетание «подъемная сила» знакомо практически любому человеку, но удивительно то, что далеко не каждый может сказать, откуда же она все-таки берется, эта самая сила. А между тем объяснить ее происхождение можно просто, буквально «на пальцах», не влезая в математические дебри.

Как известно, главная несущая поверхность самолета — это крыло. Оно практически всегда имеет определенный профиль, у которого нижняя часть плоская, а верхняя выпуклая (по определенному закону). Воздушный поток, проходя под нижней частью профиля, почти не меняет своей структуры и формы. Зато, проходя над верхней частью, он сужается, ведь для него верхняя поверхность профиля — это как вогнутая стенка в трубе, по которой этот самый поток как бы протекает.

Теперь, чтобы через эту «продавленную» трубу прогнать за определенное время тот же обьем воздуха, его нужно двигать быстрее, что и происходит на самом деле. Осталось вспомнить закон Бернулли из любимого школьного курса физики, который гласит, что чем выше скорость потока, тем ниже его давление. Таким образом, давление над профилем (а значит и над всем крылом) ниже давления под ним.

Возникает сила, которая старается «выдавить» крыло, а значит и весь летательный аппарат вверх. Это и есть та самая вышеупомянутая подъемная сила. Как только она становится больше веса — ура! Мы в воздухе! Мы летим! И, кстати, чем выше наша скорость, тем больше подъемная сила. Если же в дальнейшем подъ

емная сила и вес сравняются по величине, то самолет перейдет в горизонтальный полет. А хорошую скорость нам придаст мощный авиационный двигатель или, точнее, сила тяги, которую он создает.

Используя этот принцип можно, теоретически, заставить взлететь (и успешно летать) предмет любой массы и формы. Главное — точно все рассчитать с точки зрения аэродинамики и других авиационных наук и правильно изготовить этот самый предмет. Упоминая о форме, я имею ввиду, главным образом, вертолет. Аппарат, совсем не похожий внешне на самолет, в воздухе держится по той же причине. Ведь каждая лопасть его главного, говоря авиационным языком, несущего (очень характерное слово, выше уже встречалось) винта — это то же крыло с аэродинамическим профилем.

Двигаясь в воздушном потоке при вращении винта, лопасть создает подъемную силу, которая, кстати, не только поднимает вертолет, но и двигает его вперед. Для этого ось вращения винта немного наклоняется (создается «перекос» винта), и появляется горизонтальная составляющая подъемной силы, исполняющая роль силы тяги самолетного двигателя. Винт как бы тянет одновременно вверх и вперед. В результате получаем уверенный и очень надежный полет такого, вобщем-то, «странного» аппарата, как вертолет. И, между прочим, достаточно красивый полет. Я неоднократно наблюдал с земли пилотаж боевого вертолета МИ-24 — зрелище просто завораживающее.

Кстати, хочу заметить, что винты самолетов с винтовыми двигателями (турбо или поршневыми) сродни вертолетным и используют тот же принцип (догадались какой?). Только подъемная сила здесь полностью «переквалифицировалась» в силу тяги. Говоря по-вертолетному, «перекос» винта — 90 градусов.

Да, авиация — это очень красиво. Слова восхищения применимы в разговоре о полете любого достаточно совершенного летательного аппарата. Будь то внешне неторопливый гигант «Мрия», трудяга-штурмовик СУ-25 или юркий спортивный пилотажник. Вся эта красота является результатом подчас многолетней кропотливой работы ученых и авиационных инженеров, аэродинамиков, двигателистов, прочнистов и т. д.

И авиационная наука на самом деле столь же сложна, сколь и интересна. Но в основе ее лежит, вобщем-то, простой физический принцип образования подъемной силы, суть которого, при желании, можно очень легко обьяснить, и который, тем не менее, помогает осуществить вековое стремление человечества к полету…

Почему летают птицы?

Крыло птицы устроено так, что создает силу, противодействующую силе тяжести. Ведь птичье крыло не плоское, как доска, а выгнутое . Это значит, что струя воздуха, огибающая крыло, должна пройти по верхней стороне более длинный путь, чем по вогнутой нижней. Чтобы оба воздушных потока достигли оконечности крыла одновременно, воздушный поток над крылом должен двигаться быстрее, чем под крылом. Поэтому скорость течения воздуха над крылом увеличивается, а давление уменьшается.

Разность давлений под крылом и над ним создает подъемную силу, направленную вверх и противодействующую силе тяжести.

Для кого-то актуально сейчас, для кого-то после - купить дешевый авиабилет онлайн. Это можно здесь! (Жмите на картинку!)

Зайдя на сайт, задайте направление, дату вылета (прилета), задайте количество билетов и вам компьютер автоматически выдаст таблицу с рейсами на данное число и на ближайшие рейсы, варианты, их стоимость.
Бронировать билет нужно, при возможности, как можно ранее и выкупать быстрее, пока действует бронь. Иначе, дешевые билеты "уплывут". Все подробности, узнать популярные направления с Украины, заказать авиа и ЖД билеты из любой точки в любую точку можно, зайдя по указанной картинке - на сайте по адресу http://711.ua/cheap-flights/.

Самолеты - очень сложные устройства, порой пугающие своей сложностью обывателей, людей, не знакомых с аэродинамикой.

Масса современных воздушных лайнеров может достигать 400 тонн, но они спокойно держатся в воздухе, быстро перемещаются и могут пересекать огромные расстояния.

Почему самолет летает?

Потому что у него, как и у птицы, есть крыло!

Если откажет двигатель - ничего страшного, самолет долетит на втором. Если отказали оба двигателя - история знает случаи, что и в таких обстоятельствах садились на посадку. Шасси? Ничего не мешает самолету сесть на брюхо, при соблюдении определенных мер пожарной безопасности он даже не загорится. Но самолет никогда не сможет лететь без крыла. Потому что именно оно создает подъемную силу.

Самолеты непрерывно "наезжают" на воздух своими крыльями, установленными под небольшим углом к вектору скорости воздушного потока. Этот угол в аэродинамике называется "угол атаки". "Угол атаки" - это угол наклона крыла к невидимому и абстрактному "вектору скорости потока". (см. рис 1)

Наука гласит, что самолет летает потому, что на нижней поверхности крыла создается зона повышенного давления, благодаря чему на крыле возникает аэродинамическая сила, направленная перпендикулярно крылу вверх. Для удобства понимания процесса полета, эту силу раскладывают по правилам векторной алгебры на две составляющие: силу аэродинамического сопротивления Х

(она направлена вдоль воздушного потока) и подъемную силу Y (перпендикулярную вектору скорости воздуха). (см. рис 2)

При создании самолета крылу уделяется огромное внимание, потому что именно от него будет зависеть безопасность выполнения полетов. Глядя в иллюминатор, пассажир замечает, что оно гнется и вот-вот сломается. Не бойтесь, оно выдерживает просто колоссальные нагрузки.

В полете и на земле у самолета крыло "чистое", оно имеет минимальное сопротивление воздуху и достаточную подъемную силу, чтобы удержать самолет на высоте, летящим на огромной скорости.

Но когда приходит время взлета или посадки, самолету нужно лететь как можно медленнее, чтобы с одной стороны не исчезла подъемная сила, а с другой колеса выдержали касание земли. Для этого площадь крыла увеличивается: выпускаются закрылки (плоскости в задней части) и предкрылки (в передней части крыла).

Если нужно еще уменьшить скорость, то в верхней части крыла выпускаются спойлеры, которые играют роль воздушного тормоза и уменьшают подъемную силу.

Самолет становится похож на ощетиневшегося зверя, медленно приближающегося к земле.

Все вместе: закрылки, предкрылки и спойлеры - называется механизацией крыла. Механизацию выпускают летчики вручную из кабины перед взлетом или посадкой.

На этот процесс задействуется, как правило, гидравлическая система (реже электрическая). Механизм выглядит очень интересно, и является в то же время очень надежным.

На крыле имеются рули (по-авиационному элероны), подобные корабельным (не зря самолет называется воздушным судном), которые отклоняются, наклоняя самолет в нужную сторону. Обычно они отклоняются синхронно на левой и правой стороне.

Также на крыле имеются аэронавигационные огни , которые предназначены для того, чтобы со стороны (с земли или другого самолета) было всегда видно, в какую сторону летит самолет. Дело в том, что слева всегда горит красный, а справа - зеленый. Иногда рядом с ними ставят белые "мигалки", которые очень хорошо видно ночью.

Большинство характеристик самолета напрямую зависит от крыла, его аэродинамического качества и других параметров. Внутри крыла расположены баки с топливом (от размеров крыла очень сильно зависит максимальный объем заправляемого топлива), на передней кромке ставятся электрические обогреватели, чтобы в дождь там не нарастал лед, в корневой части крепятся шасси...

Скорость самолета достигается при помощи силовой установки или турбины . За счет силовой установки, создающей силу тяги, самолет способен преодолевать сопротивление воздуха.

Самолеты летают по законам физики

В основе аэродинамики как науки заложена теорема Николая Егоровича Жуковского, выдающегося русского ученого, основателя аэродинамики, которая была сформулирована еще в 1904 году . Спустя год, в ноябре 1905 года Жуковский изложил свою теорию создания подъемной силы крыла летательного аппарата на заседании Математического общества.

Почему самолеты летают так высоко?

Высота полета современных реактивных самолетов находится в пределах от 5000 до 10000 метров над уровнем моря . Это объясняется очень просто: на такой высоте плотность воздуха намного меньше, а, следовательно, меньше и сопротивление воздуха. Самолеты летают на больших высотах, потому что при полете на высоте 10 километров самолет расходует на 80% меньше горючего, чем при полете на высоте в один километр.

Однако почему же тогда они не летают еще выше, в верхних слоях атмосферы, где плотность воздуха еще меньше?

Дело в том, что для создания необходимой тяги двигателем самолета необходим определенный минимальный запас воздуха . Поэтому у каждого самолета имеется наибольший безопасный предел высоты полета, называемый также «практический потолок». К примеру, практический потолок самолета Ту-154 составляет около 12100 метров.

Часто, наблюдая за летящим в небе самолётом, мы задаёмся вопросом, как самолёт поднимается в воздух. Как он летит? Ведь самолёт значительно тяжелее воздуха.

Почему поднимается дирижабль

Мы знаем, что аэростаты и дирижабли поднимает в воздух сила Архимеда . Закон Архимеда для газов гласит: «Н а тело, погружённое в газ, действует выталкивающая сила, равная силе тяжести вытесненного этим телом газа» . Эта сила противоположна по направлению силе тяжести. То есть, сила Архимеда направлена вверх.

Если сила тяжести равна силе Архимеда, то тело находится в равновесии. Если же сила Архимеда больше силы тяжести, то тело поднимается в воздухе. Так как баллоны аэростатов и дирижаблей заполняют газом, который легче воздуха, то сила Архимеда выталкивает их вверх. Таким образом, сила Архимеда является подъёмной силой для летательных аппаратов легче воздуха.

Но сила тяжести самолёта значительно превышает силу Архимеда. Следовательно, поднять самолёт в воздух она не может. Так почему же он всё-таки взлетает?

Подъёмная сила крыла самолёта

Возникновение подъёмной силы часто объясняют разностью статических давлений воздушных потоков на верхней и нижней поверхности крыла самолёта.

Рассмотрим упрощённый вариант появления подъёмной силы крыла, которое располагается параллельно потоку воздуха. Конструкция крыла такова, что верхняя часть его профиля имеет выпуклую форму. Воздушный поток, обтекающий крыло, разделяется на два: верхний и нижний. Скорость нижнего потока остаётся практически неизменной. А вот скорость верхнего возрастает за счёт того, что он должен преодолеть больший путь за то же время. По закону Бернулли, чем выше скорость потока, тем ниже давление в нём. Следовательно, давление над крылом становится ниже. Из-за разницы этих давлений возникает подъёмная сила , которая толкает крыло вверх, а вместе с ним поднимается и самолёт. И чем больше эта разница, тем больше и подъёмная сила.

Но в этом случае невозможно объяснить, почему подъёмная сила появляется, когда профиль крыла имеет вогнуто-выпуклую или двояковыпуклую симметричную форму. Ведь здесь воздушные потоки проходят одинаковое расстояние, и разницы давлений нет.

На практике профиль крыла самолёта располагается под углом к воздушному потоку. Этот угол называется углом атаки . А поток воздуха, сталкиваясь с нижней поверхностью такого крыла, скашивается и приобретает движение вниз. Согласно закону сохранения импульса на крыло будет действовать сила, направленная в противоположном направлении, то есть, вверх.

Но эта модель, описывающая возникновение подъёмной силы, не учитывает обтекание верхней поверхности профиля крыла. Поэтому в данном случае величина подъёмной силы занижается.

На самом деле всё намного сложнее. Подъёмная сила крыла самолёта не существует как самостоятельная величина. Это одна из аэродинамических сил.

Набегающий поток воздуха воздействует на крыло с силой, которая называется полной аэродинамической силой . А подъёмная сила - это одна из составляющих этой силы. Вторая составляющая – сила лобового сопротивления. Вектор полной аэродинамической силы – это сумма векторов подъёмной силы и силы лобового сопротивления. Вектор подъёмной силы направлен перпендикулярно вектору скорости набегающего воздушного потока. А вектор силы лобового сопротивления – параллельно.

Полная аэродинамическая сила определяется как интеграл от давления вокруг контура профиля крыла:

Y – подъёмная сила

Р – тяга

dΩ – граница профиля

р – величина давления вокруг контура профиля крыла

n – нормаль к профилю

Теорема Жуковского

Как образуется подъёмная сила крыла, впервые объяснил русский учёный Николай Егорович Жуковский, которого называют отцом русской авиации. В 1904 г. он сформулировал теорему о подъёмной силе тела, которое обтекается плоскопараалельным потоком идеальной жидкости или газа.

Жуковский ввёл понятие циркуляции скорости потока, что позволило учесть скос потока и получить более точное значение подъёмной силы.

Подъемная сила крыла бесконечного размаха равна произведению плотности газа (жидкости), скорости газа (жидкости), циркуляции скорости потока и длины выделенного отрезка крыла. Направление действия подъемной силы получается поворотом вектора скорости набегающего потока на прямой угол против циркуляции.

Подъёмная сила

Плотность среды

Скорость потока на бесконечности

Циркуляция скорости потока(вектор направлен перпендикулярно плоскости профиля, направление вектора зависит от направления циркуляции),

Длина отрезка крыла (перпендикулярно плоскости профиля).

Величина подъёмной силы зависит от многих факторов: угла атаки, плотности и скорости воздушного потока, геометрии крыла и др.

Теорема Жуковского положена в основу современной теории крыла.

Самолёт может взлететь только в том случае, если подъёмная сила больше его веса. Скорость он развивает с помощью двигателей. С увеличением скорости увеличивается и подъёмная сила. И самолёт поднимается вверх.

Если подъёмная сила и вес самолёта равны, то он летит горизонтально. Двигатели самолёта создают тягу – силу, направление которой совпадает с направлением движения самолёта и противоположно направлению лобового сопротивления. Тяга толкает самолёт сквозь воздушную среду. При горизонтальном полёте с постоянной скоростью тяга и лобовое сопротивление уравновешены. Если увеличить тягу, самолёт начнёт ускоряться. Но и лобовое сопротивление увеличится тоже. И вскоре они снова уравновесятся. И самолёт будет лететь с постоянной, но большей скоростью.

Если скорость уменьшается, то становится меньше и подъёмная сила, и самолёт начинает снижаться.

Приход лета в некоторые жаркие уголки нашей планеты приносит с собой не только изнурительный зной, но и задержки рейсов в аэропортах. Например, в Фениксе, штат Аризона, температура воздуха на днях достигла +48°С и авиакомпании были вынуждены отменить или перенести свыше 40 рейсов. В чём причина? Разве самолёты не летают в жару? Летают, но не при всякой температуре. По сообщениям СМИ, жара представляет особую проблему для самолётов Bombardier CRJ, максимальная рабочая температура взлёта для которых составляет +47,5°С. В то же время, большие самолёты от Airbus и Boeing могут летать и при температуре до +52°С градусов или около того. Разбираемся, чем вызваны такие ограничения.

Принцип подъёмной силы

Прежде чем пояснить, почему не каждый борт способен взлететь при высокой температуре воздуха необходимо осознать сам принцип, как летают самолёты. Конечно, каждый помнит ответ ещё со школы: «Всё дело в подъёмной силе крыла». Да, это верно, но не очень убедительно. Чтобы действительно понять законы физики, которые здесь задействованы, нужно обратить внимание на закон импульса . В классической механике импульс тела равен произведению массы m этого тела на его скорость v, направление импульса совпадает с направлением вектора скорости.

На этом этапе вы можете подумать, что речь идёт об изменении импульса самолёта. Нет, вместо этого рассмотрим изменение импульса воздуха , набегающего на плоскость крыла. Представьте себе, что каждая молекула воздуха - это крошечный шар, который соударяется с самолётом. Ниже приведена диаграмма, которая показывает этот процесс.

Движущееся крыло сталкивается с воздушными шарами (то есть, молекулами воздуха). Шары изменяют свой импульс, что требует приложения силы. Поскольку действие равно противодействию, сила, которую крыло прикладывает к шарикам воздуха, имеет ту же величину, что и сила, с которой сами шарики воздействуют на крыло. Это приводит к двум результатам. Во-первых, обеспечивается подъёмная сила крыла. Во-вторых, появляется обратная сила - тяга. Вы не можете достичь подъёма без тяги .

Чтобы генерировать подъёмную силу, самолёт должен двигаться, а чтобы увеличить его скорость, вам нужна большая сила тяги. Если быть более точным, то вам потребуется ровно столько тяги, сколько нужно, чтобы сбалансировать силу сопротивления воздуха - тогда вы летите с той скоростью, с которой хотите. Как правило, эту тягу обеспечивают реактивный двигатель или пропеллер. Скорее всего, вы могли бы использовать даже ракетный двигатель, но в любом случае - вам нужен генератор тяги.

При чём здесь температура?

Если крыло сталкивается всего с одним шариком воздуха (то есть молекулой), это не приведёт к большой подъёмной силе. Чтобы увеличить подъёмную силу нужно много столкновений с молекулами воздуха. Добиться этого можно двумя путями:

двигаться быстрее , увеличивая число молекул, которые входят в контакт с крылом в единицу времени;
сконструировать крылья с большей площадью поверхности , потому что в таком случае крыло будет сталкиваться с большим числом молекул;
ещё один способ увеличения площади поверхности соприкосновения - использовать больший угол атаки за счёт наклона крыльев;
наконец, можно добиться большего числа столкновений крыла с молекулами воздуха, если плотность самого воздуха выше , то есть, количество самих молекул в единице объёма больше. Иными словами, увеличение плотности воздуха повышает подъёмную силу.

Этот вывод подводит нас к температуре воздуха. Что представляет собой воздух? Это множество микрочастиц, молекул, которые движутся прямо вокруг нас в разном направлении и с разной скоростью. И эти частицы сталкиваются друг с другом. По мере повышения температуры средняя скорость движения молекул также увеличивается. Увеличение температуры приводит к расширению газа, и одновременно - к уменьшению плотности воздуха . Вспомните, что нагретый воздух легче холодного, именно на этом явлении выстроен принцип воздухоплавания шаров-монгольфьеров.

Итак, для большей подъёмной силы нужна либо более высокая скорость, либо большая площадь крыла, либо больший угол атаки молекул на крыло. Ещё одно условие: чем выше значение плотности воздуха - тем больше подъёмная сила. Но верно и обратное: чем меньше плотность воздуха, тем меньше подъёмная сила. И это актуально для жарких уголков планеты. Из-за высокой температуры плотность воздуха слишком низкая для некоторых самолётов , её недостаточно, чтобы они могли взлететь.

Конечно, можно компенсировать снижение плотности воздуха за счёт увеличения скорости. Но как это осуществить в реальности? В таком случае необходимо устанавливать на самолёт более мощные двигатели, либо увеличивать длину взлётно-посадочной полосы. Поэтому для авиакомпаний гораздо проще некоторые рейсы просто отменить. Или, по крайней мере, перенести на вечер, раннее утро, когда температура окружающей среды буде ниже максимально допустимого предела.