Чому літаки не можуть злетіти при сильній спеці - blog
Головна › Як це працює › Чому літаки не можуть злетіти при сильній спеці
Прихід літа до деяких спекотні куточки нашої планети приносить з собою не тільки виснажливий спека, а й затримки рейсів в аеропортах. Наприклад, у Феніксі, штат Арізона, температура повітря днями досягла + 48 ° С і авіакомпанії були змушені скасувати або перенести понад 40 рейсів. В чому причина? Хіба літаки не літають в спеку? Літають, але не при всякій температурі. За повідомленнями ЗМІ, спека становить особливу проблему для літаків Bombardier CRJ, максимальна робоча температура зльоту для яких становить + 47,5 ° С. У той же час, великі літаки від Airbus і Boeing можуть літати і при температурі до + 52 ° С градусів або близько того. Розбираємося, чим викликані такі обмеження.
Принцип підйомної сили
Перш ніж пояснити, чому не кожен борт здатний злетіти при високій температурі повітря необхідно усвідомити сам принцип, як літають літаки. Звичайно, кожен пам'ятає відповідь ще зі школи: «Вся справа в підйомної сили крила». Так, це вірно, але не дуже переконливо. Щоб дійсно зрозуміти закони фізики, які тут задіяні, потрібно звернути увагу на закон імпульсу. У класичній механіці імпульс тіла дорівнює добутку маси m цього тіла на його швидкість v, напрямок імпульсу збігається з напрямком вектора швидкості.
На цьому етапі ви можете подумати, що мова йде про зміну імпульсу літака. Ні, замість цього розглянемо зміна імпульсу повітря. набігаючого на площину крила. Уявіть собі, що кожна молекула повітря - це крихітний куля, який соударяющихся з літаком. Нижче приведена діаграма, яка показує цей процес.
Принцип дії підйомної сили: крило набігає на молекули повітря і штовхає їх вниз. Вони, в свою чергу, штовхають крило вгору. Вектор руху крила на схемі: справа наліво
Рухоме крило стикається з повітряними кулями (тобто, молекулами повітря). Кулі змінюють свій імпульс, що вимагає докладання сили. Оскільки дія дорівнює протидії, сила, яку крило прикладає до кульок повітря, має ту ж величину, що і сила, з якою самі кульки впливають на крило. Це призводить до двох результатів. По-перше, забезпечується підйомна сила крила. По-друге, з'являється зворотна сила - тяга. Ви не можете досягти підйому без тяги.
Щоб генерувати підйомну силу, літак повинен рухатися, а щоб збільшити його швидкість, вам потрібна велика сила тяги. Якщо бути більш точним, то вам буде потрібно рівно стільки тяги, скільки потрібно, щоб збалансувати силу опору повітря - тоді ви летите з тією швидкістю, з якою хочете. Як правило, цю тягу забезпечують реактивний двигун або пропелер. Швидше за все, ви могли б використовувати навіть ракетний двигун, але в будь-якому випадку - вам потрібен генератор тяги.
При чому тут температура?
Якщо крило стикається всього з одним кулькою повітря (тобто молекулою), це не призведе до великої підйомної силі. Щоб збільшити підйомну силу потрібно багато зіткнень з молекулами повітря. Домогтися цього можна двома шляхами:
- рухатися швидше. збільшуючи число молекул, які входять в контакт з крилом в одиницю часу;
- сконструювати крила з більшою площею поверхні. тому що в такому випадку крило буде стикатися з великим числом молекул;
- ще один спосіб збільшення площі поверхні зіткнення - використовувати більший кут атаки за рахунок нахилу крил;
- нарешті, можна домогтися більшого числа зіткнень крила з молекулами повітря, якщо щільність самого повітря вище. тобто, кількість самих молекул в одиниці об'єму більше. Іншими словами, збільшення щільності повітря підвищує підйомну силу.
Цей висновок підводить нас до температури повітря. Що являє собою повітря? Це безліч мікрочастинок, молекул, які рухаються прямо навколо нас в різному напрямку і з різною швидкістю. І ці частинки стикаються один з одним. У міру підвищення температури середня швидкість руху молекул також збільшується. Збільшення температури призводить до розширення газу, і одночасно - до зменшення щільності повітря. Згадайте, що нагріте повітря легше холодного, саме на цьому явищі збудований принцип повітроплавання куль-монгольф'єрів.
Отже, для більшої підйомної сили потрібна або більш висока швидкість, або велика площа крила, або більший кут атаки молекул на крило. Ще одна умова: чим вище значення щільності повітря - тим більше підйомна сила. Але вірно і зворотне: чим менше щільність повітря, тим менше підйомна сила. І це актуально для жарких куточків планети. Через високу температуру щільність повітря занадто низька для деяких літаків. її недостатньо, щоб вони могли злетіти.
Звичайно, можна компенсувати зниження щільності повітря за рахунок збільшення швидкості. Але як це здійснити в реальності? В такому випадку необхідно встановлювати на літак більш потужні двигуни, або збільшувати довжину злітно-посадкової смуги. Тому для авіакомпаній набагато простіше деякі рейси просто скасувати. Або, принаймні, перенести на вечір, ранній ранок, коли температура навколишнього середовища буде нижче максимально допустимого рівня.