Вы купили дешёвые авиабилеты, полностью организовали свою поездку. И наконец - устраиваетесь поудобнее в кресле самолёта, слушая пояснения бортпроводников о безопасности полёта. Ещё немного, и эта махина с крыльями сдвинется с места и потихоньку тронется в сторону взлётной полосы. В этот момент, пожалуй, лучше не задумываться, как это так происходит, что целый лайнер - с людьми, багажом, едой и прочим грузом через десять-двадцать минут поднимется в небо, а через несколько часов окажется за тысячи километров от пункта отправления. А может, наоборот, если будете знать и понимать, как это происходит, вам станет интереснее? В общем, рассказываем.
Как самолёт взлетает
Самолёт останавливается на полосе, экипаж готов к взлёту, диспетчер разрешил взлёт. Лётчик отпускает тормоза и выводит двигатели на некую промежуточную тягу, затем в процессе разгона доводит тягу до взлётной.
Вопрос: почему на время взлёта и посадки выключают свет в салоне?
Ответ дилетанта: это делается потому, что взлёт и посадка самые ответственные моменты полёта, и двигателям требуется больше электроэнергии. Вот её и экономят в салоне, отдавая все «силы» двигателям.
Комментарий специалиста: самим двигателям электроэнергии требуется мало. На современном турбореактивном или турбовинтовом двигателе потребителями электроэнергии являются компьютер, управляющий самим двигателем и система генерации высокого напряжения для свечей зажигания. Есть ещё различные клапаны, управляемые подачей или снятием с них напряжения, но это мелочь. Вообще-то, логика управления двигателями такова, что даже при отключении электропитания на борту они не выключатся, а будут продолжать тянуть самолёт.
Выключают свет для того, чтобы уменьшить силу электрического тока, отбираемого от генератора. При этом генератор становится легче вращать и двигатель тратит на него меньше механической энергии, так необходимой при взлёте.
В процессе посадки двигатели работают в пониженном режиме, но на всякий случай свет тоже выключают. Вдруг самолёт не попадёт на полосу и придётся уходить на второй круг. А это то же самое, что и взлёт.
На современных самолётах есть Flight Management System (FMS) - система контроля за полётом. В неё перед полётом вводится количество топлива на борту (на Airbus А320, например, количество топлива берётся из системы измерения количества топлива автоматически и вводить отдельно его не надо), вес багажа и пассажиров, температура воздуха, скорость и направление ветра, барометрическая высота аэропорта, длина взлётно-посадочной полосы (ВПП) и т.д. Из этих данных система вычисляет оптимальную взлётную тягу. Если, например, полоса длинная, можно не давать полную тягу, а сэкономить ресурс двигателей. Самолёт всё равно успеет разогнаться и оторваться от полосы на безопасной скорости, не выкатившись при этом за пределы ВПП.
Скорость полёта
Чтобы самолёт взлетел, необходимо, чтобы подъёмная сила его крыла превысила вес самолёта. Крыло создаёт подъёмную силу тогда, когда его обдувает воздушный поток, поэтому за скорость полёта принимается скорость движения относительно массы воздуха. Напрямую подъёмную силу измерить нельзя, но, зная законы аэродинамики, в частности то, что величина подъёмной силы зависит от квадрата скорости, угла атаки крыла и положения закрылков, можно рассчитать скорость, при которой можно смело потянуть штурвал на себя. Самолёт сначала оторвёт от земли носовую стойку шасси, а затем и весь устремится вверх.
В этот момент скорость лайнера, в зависимости от его размеров и типа, составляет 220-270 километров в час. К примеру, Boeing 737 отрывается от земли со скоростью 220 километров в час, а его «старший брат» Boeing 747 – со скоростью 270 километров в час.
Если пытаться оторвать самолёт на слишком малой скорости, он не захочет отделиться от земли. Подъёмная сила будет недостаточной. Упорно пытаясь его оторвать, задирая повыше нос, можно чиркнуть хвостом по полосе. Ремонт будет о-очень дорогим!
Во время полёта
Но наш экипаж взлетел мастерски, и вот мы в воздухе. Дальше самолёту надо забраться повыше, туда, где воздух более разреженный. От плотности воздуха зависит сила сопротивления полёту. С этой силой борется тяга двигателей. Меньше плотность воздуха на высоте – меньше потребная для горизонтального полёта тяга – меньше расход топлива. Экономия!
Турбовинтовые самолёты поднимаются на высоту примерно 7-8 км, большие турбореактивные лайнеры – 11-12 км, шустрые «бизнес-джеты» – ещё на пару километров выше. А королями высоты, конечно, являются военные самолёты.
Набрав после взлёта безопасную высоту, экипаж включает автопилот, который теперь будет вести самолёт в зависимости от установленного ему режима работы. Например, продолжать набор высоты до заданной, при этом поддерживая заданные скорость и курс. Вблизи крупных аэропортов с большой концентрацией самолётов в воздухе есть вероятность, что диспетчер будет часто вмешиваться в этот процесс, задавая новый курс, требуя изменить скорость или прекратить набор высоты на заданном уровне. Всё это делается для безопасного вывода нашего самолёта на маршрут к аэропорту прибытия.
Улетев из загруженной зоны, экипаж наконец получает разрешение лететь по маршруту, который введён в навигационную систему и согласован со службой воздушного движения. Автопилот ведёт самолёт по маршруту, состоящему из цепочки поворотных пунктов, между которыми самолёт летит по прямой.
Достигнув заданной высоты, автопилот переводит самолёт в горизонтальный полёт. Тяга двигателей снижается для горизонтального полёта с оптимальной скоростью (вручную или автоматом тяги). Далее самолёт летит, пока не приблизится на определённое расстояние к аэропорту посадки.
Экипаж сам принимает решение, с какой точки маршрута начать снижение. Запросив разрешение диспетчера на снижение, лётчик получает высоту, до которой ему разрешено снижаться. Выставив её значение на пульте автопилота, лётчик переводит самолёт на снижение. Автопилот выдерживает заданную вертикальную скорость снижения, автомат тяги убирает газ, чтобы не росла скорость: ведь самолёт теперь «катится с горки».
А экипаж тем временем готовится к посадке: уточняет погоду в аэропорту приземления, номер посадочной полосы, на которую придётся садиться и т.п. В зависимости от номера полосы уточняется маршрут завершающей фазы полёта.
Посадка самолёта
Что значит номер полосы и как он влияет на построение предпосадочного маршрута?
Представим себе, что полоса аэропорта на карте расположена горизонтально, т.е. с запада на восток. Если садиться на её западный конец, то самолёт будет лететь курсом на восток, т.е. курсом 90°. Номер полосы в этом случае будет 09 (от 90 градусов убирается «задний» ноль, но так как номер должен быть двухзначным числом, то добавляется ноль спереди). Если самолёт садится с противоположного конца, то он будет лететь курсом 270°. Убираем «задний» ноль и получаем полосу номер 27. Так что уже зная только номер, можно себе представить, как полоса сориентирована по азимуту, и с какой стороны будет заход на посадку. В больших аэропортах бывает по две параллельных полосы. Чтобы их различать, добавляют латинские буквы L (левая) и R (правая). В нашем примере, если номер полосы был бы 09L, то с противоположной стороны эта же полоса была бы 27R. Параллельная ей была бы 09R и 27L соответственно.
Снижение самолёта продолжается, диспетчер передаёт всё новые значения высот, до которых самолёту разрешено снизиться, которые лётчик тут же вводит в автопилот.
Экипаж не будет целиться носом самолёта прямо в начало предложенной ему полосы. На полосу надо зайти так, чтобы сначала оказаться на её оси в точке, отстоящей от начала полосы на несколько десятков километров и при этом быть развёрнутым носом в сторону полосы. Чем больше самолёт, тем с большего расстояния ему надо начать предпосадочное снижение на полосу по прямой. Для этого в базе данных навигационной системы существуют вспомогательные навигационные точки, которые лётчик может оперативно выбрать и включить в маршрут, а автопилот поведёт по нему самолёт.
Выполнив последний разворот в сторону полосы, самолёт летит строго по прямой (по оси полосы), постепенно снижаясь, постепенно выпуская закрылки на всё больший угол с тем, чтобы скорость полёта уменьшалась, а подъёмная сила оставалась способной держать самолёт в воздухе. На некотором расстоянии от полосы навигационная система начинает надёжно улавливать радиосигналы курсового и глиссадного маяков аэропорта.
Тогда автопилот переходит в режим посадки: продолжает вести самолёт строго вдоль оси полосы, основываясь на сигнале курсового маяка. И одновременно по глиссаде - воображаемой линии, которая начинается в точке, где самолёту полагается коснуться колёсами полосы, и направленной под углом около 3° вверх и в сторону самолёта. Таким образом самолёт с небольшой вертикальной скоростью приближается к земле. Ранее заданная лётчиком вертикальная скорость снижения или заданная высота горизонтального полёта до входа в глиссаду уже не имеют значения.
На этом этапе автомат тяги обеспечивает постоянство скорости полёта, добавляя или убирая тягу. Выпуск закрылков увеличивает сопротивление полёту - тягу нужно увеличить, километров за пять до полосы пошли на выпуск стойки шасси - ещё добавить оборотов. На менее «крутых» самолётах лётчик тягу регулирует вручную по указателю скорости.
Чтобы было проще отслеживать скорость полёта и исключить возможность ошибки (на этом этапе полёта это очень опасно!) указатели скорости оборудованы так называемыми «жучками» (bugs). Их можно вручную двигать по дуге шкалы, устанавливая против нужного значения скорости (на новых самолётах с электронным отображением данных тоже есть «жучки» на шкале скорости).
Задолго до посадки экипаж определяет посадочный вес самолёта с учётом сгоревшего топлива и по таблице выставляет цветные «жучки» в нужные места. Потом не надо будет делать никаких вычислений в уме, считывать значения скоростей и т.п. Надо будет просто удерживать стрелку против нужного «жучка», и всё.
Таблица определения характерных скоростей самолёта АТР-42 в зависимости от посадочной массы
Значения скоростей в авиации выражены в узлах - морских милях в час. Морская миля равна 1,852 км
Указатель скорости с четырьмя «жучками» и подвижным жёлтым индексом
На случай ошибки и потери скорости ниже допустимой все гражданские самолёты оборудованы системой тряски штурвала (stick shaker). Если скорость мала, штурвал в прямом смысле слова начинает трясти, включается звуковая и световая сигнализация. Если лётчик продолжает «испытывать судьбу», и скорость продолжает падать, срабатывает толкатель штурвала (stick pusher), заставляющий самолёт опустить нос и разогнаться хотя бы за счёт потери высоты. Если запаса высоты нет, то логика управления не даст толкателю сработать и тем самым вогнать самолёт в землю.
Так вот. В начале захода, когда закрылки и шасси ещё убраны - летим, выдерживаем стрелку против самого «скоростного жучка», перед выпуском закрылков на малый угол снижаем скорость до следующего «жучка». И так поэтапно, до так называемого «выдерживания» самолёта, когда он летит горизонтально на высоте меньше метра, тяга двигателей убрана до полётного минимума. Самолёт теряет остатки скорости и опускается сначала на основные стойки, а затем и на носовую.
Хотя для полёта скорость уже недостаточна, но она всё ещё очень большая - 150-200 км/час. Самолёт в начале послепосадочного пробега тормозят реверсированием тяги двигателей, а затем - дисковыми тормозами в основных колёсах.
Всё, прилетели. Следуйте указаниям стюардесс и до новых приятных полётов!
Что еще почитать?
Как проходит дезинфекция самолета во время или после эпидемий.
