Как взлетает и летает самолет. Теоретическое описание выполнения взлета Кто дает разрешение на посадку самолета
Первое, что делает пилот в самом начале движения на полосу – выпускает шасси и закрылки. Все это необходимо, в том числе и для того, чтобы заметно снизить скорость движения самолета. Многотонная машина начинает двигаться по глиссанде – траектория, по которой происходит снижение. По многочисленным приборам пилот постоянно следит за высотой, скоростью и темпом снижения.
Особенно важна скорость и темп ее снижения. По мере приближения к земле она должна уменьшаться. Нельзя допускать слишком резкого снижения скорости, равно как и превышение ее уровня. На трехсотметровой высоте скорость составляет примерно 300-340 км в час, на двухсотметровой высоте 200-240. Пилот может регулировать скорость движения самолета подачей газа, изменением угла закрылок.
Непогода при посадке
Как садится самолет при сильном ветре? Все основные действия пилота остаются те же. Однако посадить самолет при боковом или порывистом ветре очень сложно.Непосредственно у самой земли положение самолета должно стать горизонтальным. Чтобы касание было мягким, самолет должен снижаться медленно, без резкого сброса скорости. В противном случае он может резко удариться о полосу. Именно в этот момент непогода в виде ветра, сильного снега может доставить максимум проблем пилоту.
После того как произошло касание поверхности земли, газ нужно сбросить. Закрылки убираются, с помощью педалей самолет выруливается на место стоянки.
Таким образом, казалось бы, простой процесс приземления на деле требует большого мастерства пилотирования.
Начинается с момента начала движения по взлетно-посадочной полосе для разбега и заканчивается на высоте перехода.
Взлёт считается одним из самых сложных и опасных этапов полёта: во время взлета могут отказать двигатели, работающие в условиях максимальной тепловой и механической нагруженности, самолет (относительно других фаз полёта) максимально заправлен топливом, а высота полета еще мала. Самая большая катастрофа в истории авиации произошла именно на взлёте.
Конкретные правила взлета для каждого типа воздушного судна описаны в руководстве по летной эксплуатации самолета. Коррективы могут вносить схемы выхода, особые условия (например, правила снижения шума), однако, существуют некоторые общие правила.
Для разгона двигатели обычно устанавливают на взлётный режим. Это чрезвычайный режим, продолжительность полета на нем ограничена несколькими минутами. Иногда (если позволяет длина полосы) при взлёте допустим номинальный режим.
Перед каждым взлётом штурман рассчитывает скорость принятия решения (V 1), до которой взлёт может быть безопасно прекращён, и самолёт остановится в пределах взлётно-посадочной полосы (ВПП). V 1 зависит от многих факторов, таких, как: длина ВПП, её состояние, покрытие, метеоусловия (ветер, температура), загрузка самолёта, центровка, и другие. В случае, если отказ произошёл на скорости, большей V 1 , единственным решением будет продолжить взлёт и, затем произвести посадку. Большинство типов самолётов гражданской авиации сконструированы так, что, даже если на взлёте откажет один из двигателей, мощности остальных хватит на то, чтобы, разогнав машину до безопасной скорости, подняться на минимальную высоту, с которой можно зайти на глиссаду и посадить самолёт.
Перед взлетом пилот выпускает закрылки и предкрылки в расчетное положение, чтобы увеличить подъемную силу, и в то же время минимально препятствовать разгону самолета. Затем, дождавшись разрешения диспетчера, пилот устанавливает двигателям взлетный режим и отпускает тормоза колёс. Главная задача пилота в это время — держать машину строго вдоль оси, не допуская её поперечного смещения. Особенно это важно при ветреной погоде. До определённой скорости аэродинамический руль направления неэффективен и руление происходит путем притормаживания одной из основных стоек шасси. После достижения — рулём направления. Передняя стойка шасси на разбеге, как правило, заблокирована для поворота (повороты воздушного судна с ее помощью осуществляются на рулении). Как только взлётная скорость достигнута, пилот плавно берет штурвал на себя увеличивая угол атаки. Нос самолёта приподнимается («Подъем»), а затем и весь самолёт отрывается от земли.
Сразу же после отрыва для уменьшения лобового сопротивления (на высоте не ниже 5 метров) убираются шасси, и (если имеются) выпускные фары, затем производится постепенная уборка механизации крыла. Постепенная уборка обусловлена необходимостью медленного уменьшения подъёмной силы крыла. При быстром убирании механизации самолёт может дать опасную просадку. Зимой, когда самолёт влетает в относительно тёплые слои воздуха, где эффективность двигателей падает, просадка может быть особенно глубокой. Примерно по такому сценарию произошла катастрофа «Руслана» в Иркутске.
Как только достигнута высота перехода, пилот устанавливает стандартное давление 760 мм рт. ст.. Аэропорты расположены на разных высотах, а управление воздушным транспортом осуществляется в единой системе, поэтому на высоте перехода пилот обязан перейти с системы отсчета высот от уровня ВПП (или уровня моря) на эшелон (условную высоту). После этого этап взлёта считается завершённым, и начинается следующий этап полёта: набор высоты.
Взлёт самолёта бывает нескольких видов:
- Взлёт с тормозов. Двигатели выводятся на режим максимальной тяги, на которой самолёт удерживается на тормозах; после того, как двигатели вышли на установленный режим, тормоза отпускаются, и начинается разбег.
- Взлёт с кратковременной остановкой на ВПП. Экипаж не дожидается, пока двигатели выйдут на требуемый режим, а сразу начинает разбег (двигатели должны достичь нужной мощности до определённой скорости). При этом длина пробега увеличивается.
- Взлёт без остановки (англ. rolling start ), «с ходу». Двигатели выходят на нужный режим в процессе выруливания с рулёжной дорожки на ВПП, применяется при высокой интенсивности полётов на аэродроме.
- Взлёт с применением специальных средств. Чаще всего это взлёт с палубы авианесущего корабля в условиях ограниченной длины ВПП. В таких случаях короткий разбег компенсируется трамплинами, катапультными устройствами, дополнительными твердотопливными ракетными двигателями, автоматическими удерживателями колёс шасси и т. п.
- Взлёт самолёт с вертикальным или укороченным взлётом. Например, Як-38.
- Взлёт с поверхности воды.
Человечество издавна интересовал вопрос, как же так получается, что многотонный летательный аппарат легко поднимается к небесам. Как же происходит взлет и как летают самолеты? Когда авиалайнер движется на большой скорости по взлетной полосе, у крыльев появляется подъемная сила и работает снизу вверх.
При движении воздушного судна вырабатывается разница давлений на нижнюю и верхнюю стороны крыла, благодаря чему получается подъемная сила, удерживающая воздушное судно в воздухе. Т.е. высокое давление воздуха снизу толкает крыло вверх, при этом низкое давление сверху затягивает крыло на себя. В результате крыло поднимается.
Для взлета авиалайнера, ему необходим достаточный разбег. Подъемная сила крыльев увеличивается в процессе набора скорости , которая должна превысить предельный взлетный режим. Затем пилот увеличивает угол взлета , отводя штурвал к себе. Носовая часть лайнера поднимается вверх, и машина поднимается в воздух.
Затем убираются шасси и выпускные фары . С целью уменьшения подъемной силы крыла, пилот постепенно выполняет уборку механизации. Когда авиалайнер достигнет необходимого уровня, летчик устанавливает стандартное давление, а двигателям – номинальный режим . Чтобы посмотреть, как взлетает самолет, видео предлагаем просмотреть в конце статьи.
Взлет судна выполняется под углом . С практической точки зрения этому можно дать следующее объяснение. Руль высоты – это подвижная поверхность, управляя которой можно вызвать отклонение самолета по тангажу.
Рулем высоты можно управлять углом тангажа, т.е. изменять скорость набора или потери высоты. Это происходит вследствие изменения угла атаки и силы подъема. Увеличивая скорость двигателя, пропеллер начинает крутиться быстрее и поднимает авиалайнер вверх. И наоборот, направляя рули высоты вниз, нос самолета опускается вниз, при этом скорость двигателя следует уменьшать.
Хвостовая часть авиалайнера укомплектована рулем направления и тормозами на обе стороны колес.
Как летают авиалайнеры
Отвечая на вопрос, почему летают самолеты, следует вспомнить закон физики. Разница давлений воздействует на подъемную силу крыла.
Скорость потока будет больше, если давление воздуха будет низким и с точностью, наоборот.
Поэтому, если скорость авиалайнера большая, то его крылья приобретают подъемную силу, которая толкает воздушное судно.
Еще на подъемную силу крыла авиалайнера влияют некоторые обстоятельства: угол атаки, скорость и плотность потока воздуха, площадь, профиль и форма крыла.
Современные лайнеры имеют минимальную скорость от 180 до 250 км/час , при которых осуществляется взлет, планирует в небесах и не падает.
Высота полета
Какая же предельная и безопасная высота полета самолета.
Не все суда имеют одинаковую высоту полета , «воздушный потолок» может колебаться на высоте от 5000 до 12100 метров . На больших высотах плотность воздуха минимальная, при этом лайнер достигает наименьшего сопротивления воздуха.
Двигателю лайнера необходим фиксированный объем воздуха для сжигания, потому как двигатель не создаст нужной тяги. Также, при полетах на большой высоте, самолет экономит топливо до 80% в отличие от высоты до километра.
За счет чего самолет находится в воздухе
Чтобы ответить, почему самолеты летают, необходимо поочередно разобрать принципы его перемещения в воздухе. Реактивный авиалайнер с пассажирами на борту достигает несколько тонн, но при этом, легко взлетает и осуществляет тысячекилометровый перелет.
На движение в воздухе влияют и динамические свойства аппарата, конструкции агрегатов, формирующие полетную конфигурацию.
Силы, влияющие на движение самолета в воздухе
Работа авиалайнера начинается с запуска двигателя. Небольшие суда работают на поршневых двигателях, вращающих воздушные винты, при этом создается тяга, помогающая воздушному судну перемещаться в воздушном пространстве.
Большие авиалайнеры работают на реактивных двигателях, которые в процессе работы выбрасывают много воздуха, при этом реактивная сила приводит летательный аппарат к движению вперед.
Почему же самолет взлетает и находится долгое время в воздухе? Так как форма крыльев имеет разную конфигурацию: сверху округлая, а снизу плоская , то поток воздуха с обеих сторон не одинаковый. Сверху крыльев воздух скользит и становится разреженным, а давление его меньше, чем воздух снизу крыла. Потому, посредством неравномерного давления воздуха и форме крыльев, возникает сила, приводящая к взлету самолета вверх.
Но чтобы авиалайнер мог легко оторваться от земли, ему необходимо на высокой скорости совершить разбег по взлетной полосе.
Из этого следует вывод, чтобы авиалайнер беспрепятственно находился в полете, ему необходим движущийся воздух, который рассекают крылья и создает подъемную силу.
Взлет самолета и его скорость
Многих пассажиров интересует вопрос, какую скорость развивает самолет при взлете? Существует ошибочное представление, что скорость взлета для каждого самолета одинакова. Чтобы ответить на вопрос, какая скорость самолета при взлете, следует обратить внимание на немаловажные факторы.
- Авиалайнер не имеет строго фиксированной скорости. Подъемная сила воздушного лайнера зависит от его массы и длины крыльев . Взлет совершается тогда, когда при встречном потоке создается подъемная сила, которая на много больше массы самолета. Поэтому, взлет и скорость воздушного аппарата зависит от направления ветра, атмосферного давления, влажности, осадков, длины и состояния взлетной полосы.
- Чтобы создать подъемную силу и удачно выполнить отрыв от земли, самолету необходимо набрать максимальную взлетную скорость и достаточный разбег . Для этого требуются длинные взлетные полосы. Чем большегрузный самолет, тем требуются длиннее взлетно-посадочная полоса.
- Для каждого самолета существует своя шкала взлетных скоростей, потому что все они имеют свое предназначение: пассажирский, спортивный, грузовой. Чем легче самолет, тем взлетная скорость значительно ниже и наоборот.
Взлет пассажирского реактивного самолета Boeing 737
- Разбег авиалайнера по взлетной полосе начинается, когда двигатель достигнет 800 оборотов в минуту, пилот потихоньку отпускает тормоза и держит рычаг управления на нейтральном уровне. Затем самолет продолжает движение на трех колесах;
- Перед отрывом от земли скорость лайнера должна достигнуть 180 км в час . Затем летчик тянет рычаг, что приводит к отклонению щитков – закрылков и поднятию носовой части самолета. Далее разгон производится на двух колесах;
- После, с приподнятой носовой частью, авиалайнер разгоняется на двух колесах до 220 км в час , а затем производится отрыв от земли.
Поэтому, если вы хотите подробнее узнать, как взлетает самолет, на какую высоту и с какой скоростью, мы предлагаем вам эту информацию в нашей статье. Надеемся, что от воздушного путешествия вы получите огромное удовольствие.
Двигатель исправен, и самолет отруливает на стартовую позицию. Пилот ставит двигатель на малые обороты, механики уносят из-под колес козелки и поддерживают крылья за края.
Воздушное судно направляется на взлетно-посадочную полосу.
Взлет
На ВПП лайнер ставят против ветра, потому что так легче взлетать. Потом диспетчер дает разрешение на взлет. Пилот внимательно оценивает обстановку, включает двигатель на полные обороты и давит штурвал вперед, поднимая хвост. Авиалайнер увеличивает скорость. Крылья готовятся к подъему. И вот подъемная мощь крыльев преодолевает вес самолета, и он отрывается от поверхности земли. Некоторое время подъемная мощь крыльев наращивается, благодаря чему самолет набирает нужную высоту. При подъеме пилот держит штурвал немного отклоненной назад.
Полет
При достижении требуемой высоты пилот смотрит на альтиметр и потом сбавляет обороты двигателя, доводя их до уровня средних, чтобы лететь горизонтально.
Во время полета пилот наблюдает не только за приборами, но и за ситуацией в воздухе. Получает команды от диспетчера. Он сосредоточен и готов в любой момент оперативно отреагировать и принять единственное правильное решение.
Посадка
Перед тем как приступить к спуску летательного аппарата пилот сверху оценивает место посадки и сбавляет обороты двигателя, немного наклоняет самолет вниз и приступает к спуску.
За весь период спуска он постоянно делает расчет:
Как лучше осуществить посадку
В какую сторону лучше повернуть
Как осуществить заход, чтобы при посадке выйти против ветра
От правильного расчета на посадку в основном зависит и сама посадка. Ошибки при таком расчете могут быть чреваты поломкой воздушного судна, а иногда привести к катастрофе.
Когда земля приближается, самолет начинает планировать. Двигатель почти остановлен, и посадка начинается против ветра. Впереди самый ответственный момент – касание земли. Самолет на громадной скорости приземляется. Причем, меньшая скорость самолета в момент касания колес о землю, дает более безопасную посадку.
По мере приближения к земле, когда судно отделяют всего несколько метров, пилот медленно тянет назад штурвал. Это дает плавное поднятие руля высоты и горизонтальное положение самолета. При этом работа мотора остановлена и скорость постепенно уменьшается, поэтому и подъемная мощь крыльев тоже сводится на нет.
Пилот по–прежнему вытягивает штурвал на себя, при этом нос судна поднимается, а ее хвост, наоборот, опускается. Подъемная мощь для поддерживания самолета в воздухе иссякает, и его колеса мягко соприкасаются с землей.
Авиалайнер еще пробегает по земле некоторое расстояние и останавливается. Пилот добавляет обороты двигателю и рулит на место стоянки. Его встречают механики. Все этапы завершены успешно!
Наверняка ведь будет кое-кому интересно узнать некие технические детали своего перелета из пункт А в пункт Б. Что творится за закрытой передней дверью в те минуты, когда половина салона готова простить всем и вся любые грехи, стать праведником и начать худеть с понедельника?
Кстати, эту переднюю дверь пассажиры очень часто путают с дверью в туалет. Иногда долго и упорно пытаются ее открыть, при том, что на самолетах моей компании надпись, предупреждающая о том, что доступ только для экипажа выполнена большими красными буквами и гораздо виднее, чем на нижеприведенном фото.
Многим обывателям современный самолет кажется чем-то сродни звездолету - кнопочки, дисплейчики, рычажочки. Поэтому немудрено, что вера в неограниченность конструкторской мысли зачастую превышает реальные возможности самолетов наших дней.
Действительно, чем не космический корабль?
И это при том, что В737NG был разработан двадцать лет назад и выглядит уже довольно архаично по сравнению с самыми современными моделями:
Фото кабины Airbus A350
Неужели всей этой приблуде все еще нужны люди? Более того, в количестве двух?
Многие действительно считают, что все посадки лайнер выполняет в автоматическом режиме. То есть пилот там нужен только лишь для того, чтобы нажать волшебную кнопу «LANDING» или как там ее зовут?
Тем не менее, есть и такие скептики, которые на полном серьезе считают, что достижения современной технической мысли не могут реализовать алгоритм посадки без человека:
«Не следует путать автоматический заход на посадку и саму посадку, т.е. касание колёсами шасси бетона ВПП. Полностью автоматическая посадка возможна лишь при участии наземных аппаратных радиотехнических посадочных систем. Именно из-за их недостаточной разрешающей способности такая посадка связана с риском и в настоящее время не практикуется».
Возможность автоматического приземления самолета не является чем-то недавно изобретенным. Этому шоу уже несколько десятилетий. Многие модели, практические сошедшие с арены, прекрасно умели это делать 30 и более лет назад.
Однако, вопреки распространенному мнению, автоматическая посадка до сих пор не является основным способом возвращения самолета на землю. До сих пор подавляющее большинство посадок выполняется по старинке - вручную.
Почему?
Самое главное - для автоматической посадки все же нужны определенные условия. Современное оборудование (отмечу - сертифицированное оборудование) пока не позволяет выполнять автоматическое приземление на любую полосу в любой точке мира. Важно - система автоматической посадки не является автономной, то есть ей требуется внешнее оборудование, которой должно быть установлено для данной ВПП или аэродрома.
Наиболее распространенный вид посадки сегодня - точный заход ILS (ИЛС) с наведением по курсу и глиссаде (то есть, финальное снижение на прямой перед приземлением). Их формируют лучи особой формы, излучаемые наземными антеннами. Самолетное оборудование распознает эти сигналы и определяет положение самолета относительно центральной зоны, т.е., продолженной осевой линии ВПП. Соответственно, кто-то (пилот) или что-то (автопилот) видит индикацию отклонений и делает все возможное, чтобы всегда лететь по центру.
Видео автоматической посадки - вид на главный пилотажный прибор. Внизу и справа можно увидеть «ромбики» (с 01:02) это индикаторы положения курса и глиссады относительно самолета. Если они в центре - значит, лайнер летит идеально.
Крест в центре прибора - директорные стрелочки, удерживая их в центре, пилот или автопилот обеспечивают необходимые угловые скорости разворота или углы набора/снижения для того, чтобы выйти на нужную траекторию полета (необязательно при заходе на посадку - они могут обеспечивать траекторное наведение почти весь полет)
«Так в чем прикол, Денис Сергеевич, если Вы говорите, что автопосадка изобретена давно и прекрасно работает, почему же до сих она не применяется в каждом полете?»
Увы, система имеет множество ограничений. Начнем с того, что далеко не на каждом аэродроме есть система ИЛС. Это довольно дорогостоящая система, оправдывающая себя при наличии интенсивного движения и частой плохой погоды.
Кроме того, даже при наличии ИЛС, автоматическая посадка может быть не разрешена из-за других ограничений. Например, в горном Улан-Удэ мы не можем выполнять автоматическую посадку, т.к. угол наклона глиссады превышает допуск для выполнения оной. Чего уж говорить о Шамбери, в котором и глиссада значительно круче, и полоса всего два километра!
То есть, существуют ограничения для автоматической посадки - по максимальному и минимальному углу наклона глиссады, а так же по значению ветра - в основном бокового и/или попутного.
То есть, как это ни странно, если погода «жуть», то посадку, хошь-не хошь, а приходится выполнять по-чкаловски. Вручную. А если еще и глиссада крутая, как в Шамбери, то полет совсем не такой скучный, как обычно.
Кроме того
Может быть хорошая погода и глиссада в пределах нормы, но полоса «кривая» и автоматическая посадка может быть большим риском с точки зрения грубого приземления - все же самолет еще не обучен прогнозировать изменение рельефа впереди. Такие ВПП, как Норильск (19), Томск (21), Ростов (22) - не очень приспособлены для автоматической посадке благодаря специфическому изгибу ВПП и каждая такая посадка превращается в игру с расшифровкой.
На некоторых ВПП вроде и профиль ничего, но благодаря каким-то природным или техническим явлениям, глиссада нестабильна и самолет «гуляет». Соответственно, глупый автопилот пытается гулять вместе с отклонениями, а умный человек так не делает. Пример - киргизский Ош.
Многие производители либо напрямую указывают, либо рекомендуют выполнять посадки лишь на ВПП, сертифицированные для выполнения заходов по второй и третьей категории (ILS CAT II/III). В этом случае существует некая гарантия того, что глиссада гулять не будет, а ВПП не кривая. Хотя даже при посадке на такие ВПП и на любые другие в условиях, когда операции CAT II/III не производятся, т.е., ИЛС работает по САТ I, тот же мр.Боинг рекомендует быть очень внимательным при выполнении автоматических посадок - т.к. в хорошую погоду аэродромные службы не обязаны обеспечивать «чистоту» лучей, поэтому возможны помехи - как от самолета, летящего впереди Вас, так и от наземных объектов, которые вполне себе могут располагаться в зоне действия курсового и глиссадного лучей.
Поэтому, как ни странно, хорошая погода еще не является основанием для того, чтобы чувствовать себя расслабленным, доверившись автопилоту.
Опять же, необязательно выполнять заход по ИЛС (даже и в ручном режиме), т.к. обычно схемы захода довольно «размашистые». В хорошую погоду зачастую предпочтительным смотрится визуальный заход на посадку - пилот не будет выполнять всю схему, а выберет более оптимальную траекторию, более короткую, что позволит сэкономить время, топливо, и разгрузить диспетчера.
Правда, в России такие заходы не очень практикуются по различным причинам. На Западе, особенно в США - очень и очень часто.
Итак, выше мы поговорили про слабую помехозащищенность системы ИЛС, в связи с чем не на каждой ВПП, оборудованной ИЛСом возможна автопосадка. Неужели человечество уперлось в непреодолимые трудности?
Конечно же нет!
Идет постепенное внедрение новой системы точного захода на посадку, основанной на счислении координат посредством спутниковой навигации. Для более точного счисления в районе аэродрома устанавливается специальная станция (ЛККС), и, как итог, получаем очень и очень точную позицию самолета в пространстве. И, соотетственно, траектория, рассчитываемая по данной позиции не зависит от сугробов на земле или машинок, пересекающих посадочный курс. Кроме того, одна такая корректирующая станция позволяет покрыть несолько аэродромов (например, для московского аэроузла достаточно одной). Следует понимать, что поддержание работоспособности данной системы значительно менее затратно, чем содержание ИЛС.
В России установлено несколько десятков ЛККС, однако, официально (с недавнего времени) работает только в Тюмени. Наша компания стала первой из пассажирских, кто выполнил подобный заход в этом городе.
И такая ситуация с ЛККС уже несколько лет. Не спрашивайте меня, почему - я сам в недоумении, бо это очень глупая ситуация.
Правда, для того, чтобы выполнять такие заходы, требуется установка специального оборудования на самолеты. Учитывая то, что в России до сих пор данный заход не очень популярен, операторы не спешат дорабатывать свои лайнеры.
Тем не менее, рано или поздно, подобные системы вытеснят ИЛС из аэропортов.
