Iedomājieties ainu.
Jūs sēžat pie iluminatora, gatavs pacelties. Lidmašīna lēnām sāk ripot pa skrejceļu, tad paātrinās arvien straujāk. Dažu sekunžu laikā šī milzīgā, vairākus desmitus vai pat simtus tonnu smagā mašīna ar pārsteidzošu vieglumu atraujas no zemes.
Tajā brīdī pasažieriem bieži prātā nāk jautājums:
Kā tik smaga lidmašīna var lidot?
Galu galā tas šķiet pretrunā ar veselo saprātu. Mēs visi zinām, ka smags priekšmets krīt gravitācijas ietekmē. Akmens, automašīna vai pat kravas automašīna acīmredzami nevar pacelties no zemes. Tad kāpēc Airbus A350, kas sver vairāk nekā 280 tonnas, Boeing 777 vai pat Airbus A380, kas pacelšanās brīdī var pārsniegt 500 tonnas, spēj pacelties gaisā?
Noslēpums nav “maģiskā” tehnoloģijā vai dzinēju pārmērīgā jaudā. Patiesībā lidojuma princips balstās uz salīdzinoši vienkāršiem fizikas likumiem, kas atklāti pirms vairākiem gadsimtiem un pilnveidoti, pateicoties gadu desmitiem ilgiem aeronavtikas pētījumiem.
Aizraujoši ir tas, ka lidmašīna necīnās pret gravitāciju: tā vienkārši iemācās to līdzsvarot.
Visa lidojuma laikā uz gaisa kuģi vienlaikus iedarbojas vairāki spēki. Piloti, dzinēji, spārni un borta sistēmas strādā kopā, lai uzturētu šo līdzsvaru ar iespaidīgu precizitāti.
Tieši šī meistarība mūsdienās ļauj miljoniem pasažieru katru dienu droši ceļot, dažkārt pat vairāk nekā 15 stundas bez pārtraukuma.
Šajā rakstā mēs soli pa solim atklāsim, kā tik gigantiska mašīna var palikt gaisā. Mēs runāsim par cēlējspēku, spārnu lomu, dzinējiem, četriem lidojuma spēkiem, kā arī par daudziem mītiem, kas joprojām pastāv.
Jūs redzēsiet, ka, izprotot šos principus, lidmašīnas pacelšanās vērošana vairs nekad nebūs tāda pati pieredze.
Pirmkārt, kas neļauj lidmašīnai nokrist?
Vērojot lidmašīnu debesīs, gandrīz var aizmirst, ka uz to attiecas tieši tie paši fizikas likumi, kas uz visiem citiem objektiem.
Pretēji tam, ko varētu domāt, gravitācija nepazūd, kad lidmašīna ir gaisā. Tā turpina darboties pastāvīgi.
Atšķirība ir tāda, ka tai pastāvīgi pretī stājas cits spēks.
Tā izpratne ir pirmais solis, lai saprastu, kāpēc lidmašīna var lidot.
Gravitācija pastāvīgi velk lidmašīnu uz zemi
Neatkarīgi no tā, vai runājam par mazu tūristu lidmašīnu, militāro iznīcinātāju vai pasažieru lidmašīnu ar 400 pasažieriem, visas tās izjūt tieši tādu pašu zemes pievilkšanas spēku.
Šo spēku sauc par svaru.
Tas pastāvīgi darbojas uz leju un ir tieši atkarīgs no gaisa kuģa masas.
Jo smagāka ir lidmašīna, jo lielāks ir šis spēks.
Aplūkosim dažus piemērus:
- Cessna 172 pacelšanās brīdī sver aptuveni vienu tonnu.
- Airbus A320 var pārsniegt 75 tonnas.
- Airbus A350 atkarībā no konfigurācijas tuvojas 280 tonnām.
- Airbus A380 garākajos lidojumos var pārsniegt 560 tonnas.
No pirmā acu uzmetiena šie skaitļi gandrīz reibina.
Kā iedomāties, ka tik smaga mašīna var atrauties no zemes, kamēr dažu desmitu tonnu smaga kravas automašīna to nespēj?
Atbilde ir vienkārša: svars ir tikai viens no spēkiem, kas iedarbojas uz lidmašīnu.
Pastāv vēl viens spēks, kas spēj to līdzsvarot.
Pretējā virzienā darbojas cits spēks: cēlējspēks
Šim spēkam ir nosaukums, kuru jūs, iespējams, jau esat dzirdējuši: cēlējspēks.
Cēlējspēks ir spēks, kas spiež lidmašīnu uz augšu.
To galvenokārt rada spārni, kad lidmašīna pārvietojas gaisā pietiekami ātri.
Tas ir būtisks punkts.
Pretēji izplatītam uzskatam, nevis dzinēji tieši paceļ lidmašīnu.
Dzinēji galvenokārt kalpo, lai paātrinātu gaisa kuģi.
Šis ātrums pēc tam ļauj spārniem radīt nepieciešamo cēlējspēku, lai pārvarētu gravitāciju.
To var salīdzināt ar roku, ko izbāžat pa automašīnas logu.
Nelielā ātrumā gandrīz neko nejūt.
Bet, kad automašīna brauc ātri, gaiss izdara arvien lielāku spiedienu uz jūsu roku. Ja nedaudz noliecat plaukstu, uzreiz jūtat spēku, kas cenšas to pacelt uz augšu.
Lidmašīnas spārni izmanto tieši šo principu, taču nesalīdzināmi izsmalcinātākā veidā.
To forma, ko sauc par aerodinamisko profilu, ir īpaši izstrādāta, lai izmantotu gaisa plūsmu un radītu vertikālu spēku, kas spēj noturēt vairākus simtus tonnu.
Kad cēlējspēks kļūst lielāks par lidmašīnas svaru, tā paceļas.
Kad abi spēki līdzsvarojas, lidmašīna saglabā savu augstumu.
Ja cēlējspēks samazinās, gaisa kuģis sāk nolaisties, līdz atrod jaunu līdzsvaru vai nolaižas.
Patiesībā viss lidojums balstās uz šo pastāvīgo līdzsvaru.
Lidojums ir pastāvīgs līdzsvars starp vairākiem spēkiem
Mēs bieži iedomājamies, ka lidmašīna paliek gaisā, pateicoties fenomenālai jaudai.
Realitāte ir daudz smalkāka.
Lidmašīna lido, jo tā pastāvīgi atrodas līdzsvarā.
Katru lidojuma sekundi savā starpā cīnās vairāki spēki.
Svars velk gaisa kuģi uz zemi.
Cēlējspēks spiež to uz augšu.
Dzinēji dzen to uz priekšu.
Gaiss dabiski palēnina tā gaitu.
Šie spēki nepārtraukti mainās.
Pacelšanās laikā dzinēji nodrošina maksimālo vilci, lai ātri paātrinātos uz skrejceļa.
Kāpšanas laikā spārni rada lielāku cēlējspēku, lai iegūtu augstumu.
Kreisēšanas lidojumā piloti meklē labāko kompromisu starp ātrumu, degvielas patēriņu un veiktspēju.
Nolaišanās laikā viss atkal mainās. Tiek izlaisti aizspārņi, ātrums pakāpeniski samazinās, cēlējspēks tiek kontrolēti samazināts, lai lidmašīna varētu maigi atgriezties uz skrejceļa.
Citiem vārdiem sakot, lidmašīna nekad nav “uzlikta” uz gaisa.
Tā darbojas dinamiskā līdzsvarā, ko pastāvīgi koriģē piloti, borta datori un fizikas likumi.
Tieši šī pastāvīgā līdzsvara meklēšana padara lidošanu gan tik aizraujošu, gan tik uzticamu.
Bet, lai sīkāk saprastu, kā tas viss darbojas, tagad jāpievēršas četriem lielajiem spēkiem, kas iedarbojas uz lidmašīnu. Kopā tie izskaidro, kāpēc vairākus simtus tonnu smaga mašīna var stundām ilgi ar pārsteidzošu vieglumu šķērsot okeānus.
Četri spēki, kas ļauj lidmašīnai lidot
Ja jūs lūgtu pilotam vai aeronavtikas inženierim rezumēt lidojuma principu vienā teikumā, viņš, visticamāk, atbildētu šādi:
Lidmašīna lido, pateicoties līdzsvaram starp četriem spēkiem.
Tas ir visas aerodinamikas pamats. Nav svarīgi, vai tā ir maza aerokluba lidmašīna, Airbus A320, Boeing 777 vai pat iznīcinātājs, kas spēj pārsniegt skaņas ātrumu divas reizes: darbojas tie paši fizikas likumi.
Šie četri spēki ir klātesoši no ripošanas sākuma līdz pat gaisa kuģa pilnīgai apstāšanās brīdim pēc nolaišanās. Tie nepārtraukti mainās atkarībā no ātruma, augstuma, dzinēju jaudas vai spārnu leņķa.
To lomas izpratne jau ļauj izskaidrot lielu daļu lidojuma noslēpuma.
Svars: spēks, kas nekad nepazūd
Sāksim ar visacīmredzamāko: svaru.
Svars ir vienkārši spēks, ar kuru Zeme pievelk lidmašīnu savam centram.
Pretēji mītam, šis spēks gandrīz nemaz nesamazinās, kad lidmašīna paceļas 10 000 vai 12 000 metru augstumā. Pat kreisēšanas lidojumā gravitācija turpina vilkt gaisa kuģi uz leju ar gandrīz tādu pašu intensitāti.
Citiem vārdiem sakot, pasažieru lidmašīna “nekad nepārstāj būt smaga”.
Toties tās svars lidojuma laikā mainās.
Kāpēc?
Tāpēc, ka tā patērē degvielu.
Ņemsim konkrētu piemēru. Tālās distances lidmašīna pirms starpkontinentāla lidojuma var uzņemt vairāk nekā 100 tonnas petrolejas. Stundām ejot, šis daudzums samazinās.
Rezultāts: lidmašīna pakāpeniski kļūst vieglāka.
Tas ir arī iemesls, kāpēc lidmašīnai pacelšanās brīdī parasti ir nepieciešams garāks skrejceļš nekā nolaišanās brīdī. Pacelšanās laikā tvertnes ir pilnas un gaisa kuģis ir maksimālajā svarā. Ierašanās brīdī vairāki desmiti tonnu degvielas ir patērēti.
Tātad svars ir pastāvīgs spēks, bet tas nav nemainīgs.
Cēlējspēks: lidojuma īstā zvaigzne
Ja būtu jāatceras tikai viens vārds, lai saprastu, kāpēc lidmašīna lido, tas, bez šaubām, būtu: cēlējspēks.
Cēlējspēks ir spēks, kas paceļ lidmašīnu.
To gandrīz tikai un vienīgi rada spārni.
Un tieši šeit daudzi cilvēki ir pārsteigti.
Mēs bieži iedomājamies, ka dzinēji “velk” lidmašīnu uz augšu, nedaudz kā raķeti.
Patiesībā tie šajā virzienā gandrīz neko nedara.
Pat Airbus A350 vai Boeing 787 milzīgie dzinēji būtībā spiež… uz priekšu.
Spārni ir tie, kas veic visu celšanas darbu.
Lai radītu cēlējspēku, tiem ir nepieciešama viena lieta: gaiss, kas ātri plūst ap tiem.
Jo ātrāka ir šī plūsma, jo lielāku spēku spārni var radīt.
Tieši tāpēc lidmašīna ilgi paātrinās uz skrejceļa pirms pacelšanās.
Tā nemēģina tikai braukt ātri.
Tā cenšas sasniegt ātrumu, pie kura tās spārni beidzot spēs radīt pietiekamu cēlējspēku, lai kompensētu tās svaru.
No šī brīža pacelšanās kļūst iespējama.
Vilce: dzinēju būtiskā loma
Ja spārni paceļ lidmašīnu, kāda tad ir dzinēju īstā loma?
To misija ir vienkārša:
virzīt gaisa kuģi uz priekšu.
Tie rada spēku, ko sauc par vilci.
Šī vilce ļauj lidmašīnai paātrināties pacelšanās laikā, turpināt virzīties uz priekšu lidojuma laikā un kompensēt gaisa radīto palēninājumu.
Bez vilces ātrums pakāpeniski samazinātos.
Taču mazāks ātrums nozīmē mazāku cēlējspēku.
Un mazāks cēlējspēks nozīmē nolaišanos.
Tieši tāpēc lidmašīna nevar bezgalīgi uzturēt savu augstumu, ja tās dzinēji vairs nenodrošina pietiekami daudz enerģijas.
Tomēr jāņem vērā svarīga nianse.
Pat ja dzinēji pilnībā apstājas, lidmašīna nekrīt kā akmens.
Tā turpina lidot… bet planējot.
Tas ir tieši tāds pats princips kā planierim.
Spārni turpina radīt cēlējspēku, kamēr lidmašīna saglabā noteiktu ātrumu.
Piloti tad izmanto pieejamo augstumu, lai atkarībā no apstākļiem nolidotu vairākus desmitus vai pat simtus kilometru.
Šo tēmu mēs sīkāk aplūkosim nedaudz vēlāk šajā rakstā.
Pretestība: neredzamā bremze
Ceturtais spēks, iespējams, ir vismazāk zināmais plašai sabiedrībai.
Tā ir pretestība.
Katru reizi, kad objekts pārvietojas gaisā, tas sastopas ar pretestību.
Jūs to noteikti esat izjutuši, izbāžot roku pa automašīnas logu vai braucot ar velosipēdu pret vēju.
Jo lielāks ātrums, jo lielāka kļūst šī pretestība.
Lidmašīnai šis spēks pastāvīgi darbojas uz aizmuguri.
Tas nepārtraukti cenšas palēnināt gaisa kuģi.
Tāpēc inženieri velta milzīgu laiku, lai samazinātu šo pretestību.
Tieši tāpēc lidmašīnām ir tik plūstošas formas.
Deguns ir noapaļots.
Kabīne ir perfekti integrēta fizelāžā.
Spārni ir rūpīgi profilēti.
Pat dzinēji ir konstruēti tā, lai pēc iespējas mazāk traucētu gaisa plūsmu.
Mūsdienu lidmašīnās atrodam arī winglets – mazas spārniņu formas uzlikas spārnu galos.
Pretēji tam, ko bieži domā, to galvenais mērķis nav palielināt cēlējspēku.
To loma galvenokārt ir samazināt noteiktus gaisa virpuļus, kas palielina pretestību.
Rezultāts: mazāka pretestība, mazāks degvielas patēriņš un lielāks lidojuma attālums.
Tikai dažu procentu ieguvums var nozīmēt vairākus simtus tūkstošu litru ietaupītas degvielas katru gadu visai flotei.
Līdzsvars, kas mainās visa lidojuma laikā
Viena no interesantākajām idejām ir tā, ka šie četri spēki nekad nepaliek pilnīgi nemainīgi.
Pacelšanās laikā vilce ir ļoti liela, lai ātri paātrinātos.
Kāpšanas laikā spārni rada lielāku cēlējspēku.
Kreisēšanas lidojumā viss kļūst daudz stabilāks.
Dzinēji darbojas ar daudz mazāku jaudu nekā pacelšanās laikā, tieši tik daudz, lai uzturētu vēlamo ātrumu.
Pēc tam, nolaišanās laikā, piloti pakāpeniski samazina vilci.
Lidmašīna lēnām zaudē augstumu, vienlaikus saglabājot pietiekamu ātrumu, lai spārni turpinātu radīt nepieciešamo cēlējspēku.
Nevienā brīdī pilots “neizslēdz dzinējus, lai kristu”. Viss ir paredzēts, aprēķināts un precīzi koriģēts.
To var salīdzināt ar riteņbraucēju, kurš brauc lejā no neliela kalna.
Viņš turpina virzīties uz priekšu, ne vienmēr minot pedāļus, pateicoties savam inercei, vienlaikus kontrolējot savu trajektoriju.
Lidmašīna darbojas līdzīgi, taču ar daudz lielāku ātrumu un daudz sarežģītākiem aprēķiniem.
Kā spārni rada cēlējspēku?
Vērojot lidmašīnu no zemes, mēs galvenokārt pamanām tās dzinējus vai milzīgo fizelāžu. Tomēr lidojuma īstās varones ir spārni.
Bez tiem pat pasaules jaudīgākie dzinēji nespētu noturēt lidmašīnu gaisā.
Bet kā gan vienkāršs spārns var pacelt vairākus simtus tonnu?
Ilgu laiku skaidrojumu rezumēja vienā teikumā: “Gaiss virs spārna plūst ātrāk, kas rada pazeminātu spiedienu, kurš sūc lidmašīnu uz augšu.”
Šajā skaidrojumā ir daļa patiesības, taču tas ir ļoti nepilnīgs.
Patiesībā cēlējspēks ir vairāku fizisku parādību rezultāts, kas notiek vienlaikus.
Īpašā spārna profila forma
Ja paskatīsieties uz spārnu no priekšas, pamanīsiet, ka tas nav plakans.
Tā forma ir rūpīgi izpētīta.
Augšējā daļa parasti ir izliektāka, savukārt apakšējā daļa ir relatīvi plakanāka. Šai formai ir nosaukums: aerodinamiskais profils.
Šis profils nav nejaušība.
Tūkstošiem stundu ilgie testi vēja tunelī un digitālās simulācijas ir ļāvušas inženieriem izstrādāt spārnus, kas spēj radīt maksimālu cēlējspēku, vienlaikus ierobežojot degvielas patēriņu.
Profili ir ļoti mainījušies kopš brāļu Raitu pirmajām lidmašīnām.
Mūsdienās katram modelim ir savas īpašības.
Airbus A350 spārns ļoti atšķiras no akrobātikas lidmašīnas, Rafale vai mazas Cessna spārna. Tomēr tie visi tiecas pēc viena mērķa: izmantot gaisa plūsmu pēc iespējas efektīvāk.
Kāpēc gaiss ap spārnu cirkulē atšķirīgi
Kad lidmašīna virzās uz priekšu, spārni “pārgriež” gaisu.
Plūsma tad tiek sadalīta divās daļās.
Viena daļa plūst virs spārna.
Otra plūst apakšā.
Izliektās augšējās daļas dēļ gaiss virs spārna tiek paātrināts. Apakšā plūsma parasti paliek nedaudz lēnāka.
Šī ātruma atšķirība rada arī spiediena atšķirību.
Spiediens virs spārna ir zemāks.
Tas ir augstāks apakšā.
Šī spiediena atšķirība tieši piedalās cēlējspēka radīšanā.
Citiem vārdiem sakot, spārns gūst labumu no rezultējošā spēka, kas vērsts uz augšu.
Bet tas nav viss stāsts.
Bernulli vai Ņūtons: kam ir taisnība?
Gadu desmitiem ilgi aeronavtikas entuziasti bieži pretstatīja divus skaidrojumus.
No vienas puses, ir 18. gadsimta šveiciešu fiziķa Daniela Bernulli princips.
Saskaņā ar viņa principu, kad šķidrums plūst ātrāk, tā spiediens samazinās.
Šis spiediena kritums palīdz radīt augšupvērstu spēku.
No otras puses, ir Īzaka Ņūtona likumi.
Tie atgādina, ka katrai darbībai atbilst vienāda un pretēja reakcija.
Taču spārns novirza milzīgu gaisa daudzumu uz leju.
Reakcijā gaiss iedarbojas ar spēku uz augšu uz spārnu.
Tātad, kurš no šiem diviem skaidrojumiem ir pareizais?
Atbilde ir vienkārša:
Abi.
Aeronavtikas inženieri vairs nepretnostata Bernulli un Ņūtonu.
Viņi vienkārši apraksta divus dažādus veidus, kā novērot vienu un to pašu parādību.
Gaisa plūsma ap spārnu rada gan spiediena atšķirību, gan gaisa novirzīšanu uz leju.
Šīs divas parādības ir cieši saistītas un kopā piedalās cēlējspēka radīšanā.
Kas patiesībā notiek ap spārnu
Lai labāk saprastu, iedomāsimies, ka spārns aiz sevis atstāj sava veida neredzamu “pēdu”.
Lidmašīnai virzoties uz priekšu, spārni nepārtraukti novirza milzīgu gaisa masu uz leju.
Ja jūs varētu vizualizēt šo plūsmu, jūs redzētu lejupvērstu gaisa straumi tieši aiz gaisa kuģa.
Taču tik liela gaisa daudzuma pārvietošana prasa enerģiju.
Šī enerģija nāk no dzinējiem, kas ļauj lidmašīnai saglabāt ātrumu.
Viss darbojas kā ķēde:
- dzinēji dzen lidmašīnu uz priekšu;
- spārni sastopas ar ātra gaisa plūsmu;
- tie novirza daļu šī gaisa uz leju;
- reakcijā parādās spēks uz augšu: tas ir cēlējspēks.
Jo smagāka ir lidmašīna, jo lielāks gaisa daudzums tai jānovirza.
Tāpēc lielajām lidmašīnām ir gigantiski spārni.
Ņemsim Airbus A380.
Tā spārnu vēziens pārsniedz 79 metrus, kas ir gandrīz futbola laukuma platums.
Šī milzīgā virsma ļauj radīt pietiekamu cēlējspēku, lai paceltu vairāk nekā 500 tonnas tālajos lidojumos.
Ātrumam ir būtiska loma
Spārns, lai cik labi izstrādāts tas būtu, nerada gandrīz nekādu cēlējspēku, ja gaiss ap to neplūst pietiekami ātri.
Tieši tāpēc lidmašīnai pirms pacelšanās jāpaātrinās uz skrejceļa.
Ripošanas sākumā spārni nerada gandrīz nekādu spēku.
Lidmašīna vēl ir pārāk lēna.
Pēc tam, ātrumam palielinoties, gaiss ap spārniem plūst arvien ātrāk.
Tad arī cēlējspēks ļoti būtiski palielinās.
Pienāk precīzs brīdis, kad šis cēlējspēks kļūst pietiekams, lai līdzsvarotu gaisa kuģa svaru.
Piloti tad sasniedz to, ko sauc par rotācijas ātrumu, ko bieži apzīmē kā Vr.
Tieši šajā brīdī viņi maigi pavelk vadības sviru vai mini-sviru, lai paceltu lidmašīnas degunu.
Dažas sekundes vēlāk riteņi atraujas no skrejceļa.
Tātad tas nav “lēciens”.
Pacelšanās ir vienkārši līdzsvara rezultāts, kas pakāpeniski mainās par labu cēlējspēkam.
Leņķis: tikpat svarīgs parametrs
Ātrums nav vienīgais elements, kas ietekmē cēlējspēku.
Būtisku lomu spēlē arī spārna orientācija attiecībā pret relatīvo vēju.
Šo leņķi sauc par uzbrukuma leņķi.
Atkal iedomājieties savu roku pie automašīnas loga.
Ja plauksta paliek perfekti horizontāla, jūs jūtat nelielu spēku uz augšu.
Toties, ja nedaudz pacelsiet roku, uzreiz jutīsiet daudz lielāku grūdienu.
Spārns darbojas tieši šādi.
Neliels uzbrukuma leņķa palielinājums ļauj būtiski palielināt cēlējspēku.
To piloti dara pacelšanās brīdī, pakāpeniski paceļot lidmašīnas degunu.
Bet uzmanību.
Pastāv robeža.
Ja uzbrukuma leņķis kļūst pārāk liels, gaiss vairs nespēj pareizi sekot spārna formai.
Plūsma atdalās.
Cēlējspēks strauji krītas.
To sauc par stalli.
Pretēji izplatītam uzskatam, stallis nenozīmē, ka dzinējs apstājas.
Tā ir galvenokārt aerodinamiska parādība, kas saistīta ar pārmērīgu uzbrukuma leņķi.
Mūsdienu lidmašīnām ir daudzas sistēmas, kas ļauj izvairīties no šādas situācijas.
Piloti ir arī apmācīti atpazīt stalli un droši no tā izkļūt.
Aizspārņi: vērtīgi sabiedrotie pacelšanās un nolaišanās laikā
Ja uzmanīgi vērosiet spārnu pirms pacelšanās, pamanīsiet, ka tas vairs neizskatās gluži tāpat kā kreisēšanas lidojumā.
Spārna aizmugurē ir izlaisti kustīgi elementi.
Tie ir aizspārņi.
To loma ir īslaicīgi palielināt spārna virsmu un izliekumu.
Rezultāts: spārns rada lielāku cēlējspēku mazā ātrumā.
Pateicoties aizspārņiem, lidmašīna var pacelties agrāk un nolaisties lēnāk, kas ievērojami uzlabo drošību.
Pretī tam aizspārņi palielina arī pretestību.
Tāpēc tos pakāpeniski ievāc, kad lidmašīna pēc pacelšanās ir uzņēmusi pietiekamu ātrumu.
Nolaišanās laikā tos atkal izlaiž, lai nodrošinātu stabilu pieeju mazākā ātrumā.
Tātad spārni nav vienkāršas fiksētas virsmas. Tie ir īsti inženierijas šedevri, kas spēj mainīt savu ģeometriju atkarībā no dažādām lidojuma fāzēm.
Bet, neskatoties uz visu šo tehnoloģiju, bieži rodas jautājums: kā vairākus simtus tonnu smaga lidmašīna tomēr spēj pacelties? Tieši to mēs aplūkosim nākamajā daļā.
Kāpēc lidmašīnas svars netraucē pacelties?
Ja pajautāsiet kādam, kas viņu visvairāk iespaido, lidojot ar lidmašīnu, visticamāk, viņš runās par pacelšanos.
Un to ir viegli saprast.
Tikai dažu desmitu sekunžu laikā vairāk nekā 70 metrus gara mašīna, kas piekrauta ar simtiem pasažieru, viņu bagāžu, vairākām tonnām kravas un desmitiem tūkstošu litru degvielas, ar pārsteidzošu vieglumu atraujas no zemes.
Tomēr nekas nav atstāts nejaušības ziņā.
Pacelšanās, iespējams, ir viena no visrūpīgāk sagatavotajām lidojuma fāzēm.
Un pretēji tam, ko varētu domāt, nevis lidmašīnas svars vien nosaka tās spēju lidot.
Svarīgs nav svars, bet gan attiecība starp svaru un cēlējspēku
Ir viegli domāt, ka ļoti smagai lidmašīnai noteikti būs grūtāk pacelties.
Patiesībā svarīgs nav tikai tās svars.
Svarīgs ir cēlējspēka daudzums, ko tās spārni spēj radīt.
Iedomājieties divus cilvēkus, kas mēģina pacelt kasti.
Ja kaste sver 20 kg, viņiem tas izdosies bez grūtībām.
Ja tā sver 100 kg, viņiem tas, visticamāk, neizdosies.
Toties, ja viņiem palīgā nāks vēl četri cilvēki, kasti beidzot varēs pacelt.
Lidmašīnai princips ir līdzīgs.
Svars paliek tāds pats.
Taču spārni var radīt lielāku vai mazāku cēlējspēku atkarībā no vairākiem parametriem:
- ātruma;
- spārnu virsmas;
- to aerodinamiskā profila;
- uzbrukuma leņķa;
- gaisa blīvuma.
Pacelšanās notiek vienkārši tad, kad cēlējspēks kļūst pietiekams, lai līdzsvarotu un pēc tam nedaudz pārsniegtu gaisa kuģa svaru.
Tātad nav nekāda “maģiska spēka”, kas atceļ gravitāciju.
Pastāv vienkārši līdzsvars, kas pakāpeniski mainās.
Jo vairāk lidmašīna paātrinās, jo vairāk palielinās cēlējspēks
Tieši tāpēc lidmašīnas paātrinās vairākus simtus vai pat vairākus tūkstošus metru pirms atraušanās no zemes.
Pacelšanās skrējiena sākumā spārni rada ļoti maz cēlējspēka.
Lidmašīna vēl ir pārāk lēna.
Pēc tam, ātrumam palielinoties, gaiss plūst arvien ātrāk ap spārniem.
Tad cēlējspēks ļoti būtiski palielinās.
Noteiktā brīdī, kas aprēķināts pirms katra lidojuma, piloti sasniedz rotācijas ātrumu.
Viņi maigi paceļ gaisa kuģa degunu.
Uzbrukuma leņķis nedaudz palielinās.
Spārni tad rada pietiekamu cēlējspēku, lai riteņi dabiski atrautos no skrejceļa.
Interesanti ir tas, ka pacelšanās nekad nav brutāla.
Pat ja no kabīnes var rasties iespaids, ka lidmašīna “ielec” gaisā, patiesībā tā ir ļoti pakāpeniska pāreja.
Piloti tiecas pēc maigas deguna pacelšanas, lai saglabātu aerodinamisko veiktspēju un pasažieru komfortu.
Katra pacelšanās ir precīzi aprēķināta
Pretēji automašīnai, lidmašīna nevar improvizēt savu pacelšanos.
Pirms katra lidojuma piloti veic virkni ļoti precīzu aprēķinu.
Viņi ņem vērā, jo īpaši:
- lidmašīnas faktisko svaru;
- pasažieru skaitu;
- uzņemto degvielu;
- kravu;
- skrejceļa garumu;
- āra temperatūru;
- lidostas augstumu;
- vēju.
Visi šie elementi ietekmē veiktspēju.
Piemēram, lidmašīnai, kas paceļas vasaras vidū, lielā karstumā, būs nepieciešams garāks skrejceļš.
Kāpēc?
Tāpēc, ka silts gaiss ir mazāk blīvs.
Taču mazāk blīvs gaiss rada mazāku cēlējspēku.
Arī dzinēji šādos apstākļos ir nedaudz mazāk efektīvi.
Turpretī auksta diena parasti veicina pacelšanās veiktspēju.
Tāpēc piloti pirms katras izlidošanas aprēķina vairākus atsauces ātrumus.
Starp zināmākajiem:
- V1, lēmuma pieņemšanas ātrums. Pārsniedzot šo ātrumu, pacelšanās parasti jāturpina, pat dzinēja atteices gadījumā.
- Vr, rotācijas ātrums, pie kura pilots sāk pacelt lidmašīnas degunu.
- V2, drošības ātrums kāpšanas laikā, kas garantē pietiekamu veiktspēju pat īpašās situācijās, piemēram, dzinēja atteices gadījumā pēc pacelšanās.
Šie ātrumi mainās praktiski katrā lidojumā.
Tie ir tieši atkarīgi no dienas apstākļiem.
Kāpēc Airbus A380 var pacelties ar vairāk nekā 500 tonnām?
Tas, iespējams, ir piemērs, kas visvairāk intriģē.
Kā lidmašīna, kas pacelšanās brīdī var pārsniegt 560 tonnas, var atrauties no zemes?
Atbilde slēpjas tās konstrukcijā.
Airbus A380 ir:
- milzīga spārnu virsma;
- četri ārkārtīgi jaudīgi dzinēji;
- ļoti efektīvas mehānizācijas ierīces (aizspārņi un priekšspārņi);
- šasija, kas spēj sadalīt tās svaru uz skrejceļa.
Pacelšanās laikā aizspārņi būtiski palielina cēlējspēku.
Dzinēji pakāpeniski paātrina gaisa kuģi līdz paredzētajam ātrumam.
Kad šis ātrums ir sasniegts, spārni rada pietiekamu cēlējspēku, lai paceltu visu lidmašīnu.
560 tonnu skaitlis šķiet kolosāls.
Tomēr fizika paliek tieši tāda pati kā mazai tūristu lidmašīnai.
Mainās tikai izmēri.
To var salīdzināt ar kuģi.
Milzīgs vairākus simtus metru garš laineris arī peld, pateicoties fizikas likumiem.
Tas ir daudz smagāks par mazu laivu.
Tomēr tā konstrukcija ļauj tam palikt uz virsmas.
Aeronavtikā spārni spēlē līdzīgu lomu: tie ir izmēros atbilstoši, lai radītu cēlējspēku, kas atbilst gaisa kuģa masai.
Lidmašīnas reti paceļas ar maksimālo svaru
Vēl viens mīts: mēs bieži iedomājamies, ka visas lidmašīnas sistemātiski paceļas “ar pilnu slodzi”.
Patiesībā tas notiek reti.
Maksimālais atļautais svars ir atkarīgs no daudziem faktoriem.
Īsā lidojumā nav nepieciešams uzņemt tik daudz degvielas kā transatlantiskam maršrutam.
Tāpēc lidmašīna būs vieglāka.
Tā varēs pacelties vieglāk un patērēt mazāk.
Turpretī tālās distances lidmašīna, kas savieno Parīzi ar Singapūru vai Sidneju, uzņems milzīgu daudzumu degvielas.
Svars pacelšanās brīdī tad būs daudz lielāks.
Dažās lidostās, kas atrodas augstkalnē vai kurām ir īsāki skrejceļi, aviokompānijām dažkārt pat jāierobežo pasažieru skaits vai kravas daudzums, lai ievērotu pacelšanās veiktspēju.
Mērķis vienmēr paliek tas pats: saglabāt nozīmīgu drošības rezervi.
Kāda ir dzinēju īstā loma?
Dzinēji, iespējams, ir pasažieru lidmašīnas visiespaidīgākie elementi.
To izmērs, jauda un troksnis, ko tie rada pacelšanās laikā, viegli rada iespaidu, ka tieši tie “nes” lidmašīnu gaisā.
Tas ir ļoti izplatīts uzskats.
Tomēr, ja jūs pajautātu pilotam, kas patiesībā liek lidmašīnai lidot, viņš bez vilcināšanās atbildētu:
“Spārni.”
Dzinēji savukārt pilda citu, tikpat neaizstājamu misiju.
Dzinēji tieši nepaceļ lidmašīnu
Tas, bez šaubām, ir visizplatītākais mīts aeronavtikā.
Mēs bieži iedomājamies dzinējus spiežam lidmašīnu uz augšu, kā raķeti.
Patiesībā tā nepavisam nav to loma.
Klasiskā pasažieru lidmašīnā dzinēji rada spēku, kas gandrīz pilnībā vērsts… uz priekšu.
Šo spēku sauc par vilci.
Virzoties uz priekšu, lidmašīna rada arvien ātrāku gaisa plūsmu ap saviem spārniem.
Un tieši šī plūsma ļauj spārniem radīt cēlējspēku.
Citiem vārdiem sakot, dzinēji tieši nepaceļ lidmašīnu.
Tie vienkārši dod spārniem nepieciešamos apstākļus, lai tie veiktu savu darbu.
Tas ir nedaudz kā riteņbraucējs.
Viņa kājas viņu tieši nenotur līdzsvarā.
Tās ļauj viņam virzīties uz priekšu. Un tieši šis ātrums ļauj viņam palikt stabilam.
Lidmašīnai princips ir pārsteidzoši līdzīgs.
Dzinēji ļauj sasniegt pareizo ātrumu
Pacelšanās laikā piloti pielieto ļoti lielu jaudu.
Milzīgie turboreaktīvie dzinēji pakāpeniski paātrina gaisa kuģi uz skrejceļa.
Šīs fāzes laikā vienlaikus notiek vairākas parādības.
Ātrums palielinās.
Gaisa plūsma ap spārniem kļūst arvien ātrāka.
Cēlējspēks palielinās.
Pēc tam pienāk brīdis, kad šis cēlējspēks ir pietiekams, lai līdzsvarotu lidmašīnas svaru.
Piloti tad veic rotāciju.
Dažas sekundes vēlāk riteņi atraujas no zemes.
Kāpjot, dzinēji dabiski turpina nodrošināt vilci.
Taču pretēji tam, ko daudzi iedomājas, tie visu lidojuma laiku nedarbojas ar pilnu jaudu.
Kreisēšanas lidojumā dzinēji strādā daudz mazāk
Pēc pacelšanās piloti pakāpeniski samazina jaudu.
Kāpēc?
Tāpēc, ka lidmašīnas uzturēšana lidojumā beigu beigās prasa daudz mazāk enerģijas nekā tās pacelšana.
Augstumā gaiss ir mazāk blīvs.
Pretestība samazinās.
Lidmašīna ir kļuvusi arī vieglāka, jo jau ir patērējusi daļu savas degvielas.
Dzinēji tad darbojas daudz ekonomiskākā režīmā.
Mērķis vairs nav paātrināties.
Vienkārši jāuztur stabils ātrums un jākompensē gaisa pretestība.
Tas ir viens no iemesliem, kāpēc aviokompānijas pastāvīgi cenšas optimizēt savu patēriņu.
Dažu procentu degvielas ietaupījums nozīmē miljoniem eiro visai flotei.
Vai lidmašīna var lidot bez dzinēja?
Šis jautājums bieži pārsteidz.
Un tomēr atbilde ir jā.
Ar nosacījumu, ka runājam par lidmašīnu, nevis helikopteru.
Tas šķiet pretēji intuīcijai.
Kā lidmašīna varētu turpināt lidot bez dzinēja?
Atbilde ir vienkārša.
Dzinēji galvenokārt kalpo ātruma radīšanai.
Bet, kad lidmašīnai jau ir šis ātrums un noteikts augstums, tās spārni dabiski turpina radīt cēlējspēku.
Gaisa kuģis tad pārvēršas par milzīgu planieri.
Protams, tas pakāpeniski zaudē augstumu.
Bet tas absolūti nekrīt vertikāli.
Piloti seko tam, ko sauc par aerodinamisko kvalitāti, tas ir, attiecību starp horizontāli nolidoto attālumu un zaudēto augstumu.
Mūsdienu pasažieru lidmašīnai šī kvalitāte bieži ir robežās no 15 līdz 20.
Konkrēti tas nozīmē, ka no 10 000 metru augstuma lidmašīna vēl var nolidot aptuveni 150 līdz 200 kilometrus bez jebkādas dzinēja vilces, atkarībā no modeļa un meteoroloģiskajiem apstākļiem.
Tas atstāj pilotiem pietiekami daudz laika, lai meklētu piemērotu lidostu.
Aviācijas vēsturē ir vairāki slaveni piemēri lidojumiem, kas veikti bez dzinēja.
Viens no zināmākajiem ir “Gimli Glider”, Air Canada Boeing 767, kuram 1983. gadā izdevās droši nolaisties pēc degvielas izbeigšanās degvielas aprēķina kļūdas dēļ.
Pavisam nesen, 2009. gadā, slavenais “Brīnums uz Hadsonas” parādīja, ka Airbus A320, kas pēc sadursmes ar putniem zaudējis abus dzinējus, var turpināt planēt pietiekami ilgi, lai veiktu kontrolētu nosēšanos uz Hadsonas upes Ņujorkā.
Šādi notikumi ir ārkārtīgi reti, taču tie lieliski ilustrē būtisku ideju:
Lidmašīna lido, pateicoties saviem spārniem. Dzinēji vienkārši ļauj tai turpināt virzīties uz priekšu.
Kāpēc lidmašīnām ir vairāki dzinēji?
Vēl viens jautājums bieži atkārtojas.
Kāpēc lielajām lidmašīnām ir divi dzinēji, dažreiz četri?
Pirmais iemesls, protams, ir drošība.
Mūsdienu dzinēji ir ārkārtīgi uzticami.
Nopietnas atteices ir kļuvušas par izņēmumu.
Taču aeronavtika balstās uz fundamentālu principu: redundanci.
Citiem vārdiem sakot, paredzēt risinājumu pat tad, ja iekārta sabojājas.
Pasažieru lidmašīnas ir sertificētas turpināt lidojumu ar vienu nestrādājošu dzinēju.
Procedūras, veiktspēja un apkalpes apmācība ir izstrādātas, ņemot vērā šo iespējamību.
Mūsdienu divdzinēju lidmašīnas, piemēram, Airbus A350 vai Boeing 787, katru dienu veic vairāk nekā piecpadsmit stundu ilgus lidojumus virs okeāniem, pateicoties ETOPS sertifikācijai, kas garantē to spēju droši turpināt lidojumu pat pēc dzinēja zaudēšanas.
Ideja, ka dzinēja atteice izraisītu tūlītēju lidmašīnas krišanu, tātad lielā mērā pieder pagātnei.
Tehnoloģija pastāvīgā attīstībā
Mūsdienu dzinējiem vairs nav daudz kopīga ar pirmo reaktīvo lidmašīnu dzinējiem.
Tie ir:
- jaudīgāki;
- daudz klusāki;
- būtiski mazāk rijīgi attiecībā uz degvielu;
- uzticamāki;
- mazāk piesārņojoši.
Ražotāji, piemēram, Rolls-Royce, GE Aerospace vai Pratt & Whitney, katru gadu iegulda miljardiem eiro, lai vēl vairāk uzlabotu to veiktspēju.
Daži jauninājumi attiecas uz materiāliem.
Citi skar ventilatoru aerodinamiku, darba temperatūras vai pat nākotnes ilgtspējīgas degvielas izmantošanu un jaunas dzinēju arhitektūras.
Taču, neskatoties uz visām šīm izmaiņām, to loma paliek tieši tāda pati kā pirms vairākiem gadu desmitiem:
nodrošināt vilci, kas ļauj spārniem turpināt likt lidmašīnai lidot.
Kāpēc lidmašīna neiekrīt stallī, kad tā ir gaisā?
Tagad, kad esam redzējuši, kā spārni rada cēlējspēku un kāda ir dzinēju būtiskā loma, jāuzdod vēl viens jautājums.
Ja lidmašīna lido, pateicoties tik precīzam līdzsvaram, kāpēc tā nepārtraukti neiekrīt stallī?
Atbilde balstās uz ātrumu, uzbrukuma leņķi… bet arī uz pastāvīgu pilotu un borta sistēmu darbu, kas katru lidojuma sekundi uzrauga šos parametrus.
Vārds “stallis” bieži biedē.
Kolektīvajā iztēlē tas dažkārt tiek saistīts ar dzinēja atteici vai strauju lidmašīnas krišanu. Tomēr aeronavtikā stallis ir galvenokārt aerodinamiska parādība.
Un galvenais – tas nenozīmē, ka lidmašīna noteikti avarēs.
Piloti, starp citu, mācās apzināti izraisīt stallus apmācības laikā, lai zinātu, kā tos atpazīt un ātri izkļūt.
Izpratne par to, kas patiesībā ir stallis, ļauj arī labāk saprast, kāpēc mūsdienu lidmašīnas paliek ārkārtīgi drošas.
Stallis nav saistīts ar dzinējiem
Tas, iespējams, ir visizplatītākais mīts.
Daudzi cilvēki domā, ka lidmašīna iekrīt stallī, kad zaudē dzinējus.
Patiesībā tā nav.
Lidmašīna var ļoti labi darboties ar diviem perfekti strādājošiem dzinējiem un tik un tā iekrist stallī.
Turpretī tā var zaudēt dzinēju, pat abus ārkārtīgi retos gadījumos, nekad neiekrītot stallī.
Atšķirība ir būtiska.
Stallis ir atkarīgs tikai no tā, kā gaiss cirkulē ap spārniem.
Kamēr šī plūsma paliek pareizi “pielipusi” pie spārna profila, tas rada cēlējspēku.
Ja šī plūsma atdalās, cēlējspēks strauji krītas.
Spārns tad ir stallī.
Viss ir atkarīgs no uzbrukuma leņķa
Galvenais stalla vaininieks ir uzbrukuma leņķis.
Kā mēs redzējām iepriekš, uzbrukuma leņķis atbilst leņķim starp spārnu un relatīvo vēju.
Neliels šī leņķa palielinājums ļauj radīt lielāku cēlējspēku.
Tieši tas notiek pacelšanās laikā.
Bet šim palielinājumam ir robeža.
Pārsniedzot noteiktu vērtību, parasti ap 15 līdz 18 grādiem atkarībā no spārna veida, gaiss vairs pareizi neseko tā izliekumam.
Tad aiz spārna rodas daudzi virpuļi.
Plūsma atdalās.
Cēlējspēks sabrūk.
Tas ir stallis.
Svarīgi atzīmēt, ka šī parādība var notikt dažādos ātrumos.
Dažkārt dzirdam sakām, ka lidmašīna iekrīt stallī, jo lido pārāk lēni.
Tas praksē bieži ir taisnība, jo mazāks ātrums liek pilotam palielināt uzbrukuma leņķi, lai uzturētu augstumu.
Bet ne jau ātrums tieši izraisa stalli.
Tas ir tieši pārmērīgs uzbrukuma leņķis.
Kā izskatās stallis?
Pretēji dažām kino ainām, stallis parasti neizpaužas kā tūlītēja krišana uz zemi.
Pirmās pazīmes ir daudz pakāpeniskākas.
Vadības ierīces kļūst mazāk efektīvas.
Var parādīties vibrācijas.
Mūsdienu lidmašīnās atskan skaņas signāls.
Vadības svira var arī vibrēt, pateicoties sistēmai, ko sauc par stick shaker, kas paredzēta, lai nekavējoties brīdinātu pilotus, ka viņi tuvojas robežai.
Ja nekas netiek darīts, lidmašīnas deguns dabiski beigās nolaižas.
Šī kustība var šķist iespaidīga, taču patiesībā tā ir labvēlīga.
Nolaižot degunu, lidmašīna atgūst ātrumu.
Gaisa plūsma atkal kļūst normāla.
Spārni atgūst savu cēlējspēku.
Stallis ir beidzies.
Tā, starp citu, ir procedūra, ko māca visiem pilotiem:
samazināt uzbrukuma leņķi pirms jebkuras citas darbības.
Šī reakcija ļauj ātri atjaunot normālu lidojumu.
Piloti ir apmācīti šādai situācijai
Savas apmācības laikā piloti veic vairākus stalla vingrinājumus.
Mērķis, protams, nav viņus apgrūtināt.
Tas ir iemācīt viņiem atpazīt pirmās brīdinošās pazīmes.
Viņi tādējādi atklāj raksturīgās sajūtas:
- vadības ierīču efektivitātes samazināšanās;
- stalla signāls;
- vibrācijas;
- īpaša lidmašīnas uzvedība.
Pēc tam viņi atkārto izkļūšanas procedūru, līdz tā kļūst instinktīva.
Šī apmācība turpinās visu viņu karjeru.
Pasažieru lidmašīnu piloti regulāri veic sesijas uz simulatora, atveidojot visādas neparastas situācijas, ieskaitot stallus.
Šie simulatori ir tik reālistiski, ka tie precīzi atveido katra lidmašīnas modeļa reakcijas.
Mūsdienu lidmašīnām ir daudzas aizsardzības sistēmas
Mūsdienās tehnoloģija sniedz papildu drošības slāni.
Piemēram, mūsdienu Airbus lidmašīnās lidojuma datori pastāvīgi uzrauga ātrumu, uzbrukuma leņķi, augstumu un daudzus citus parametrus.
Noteiktos lidojuma režīmos kļūst pat neiespējami pārsniegt noteiktas aerodinamiskās robežas, izņemot ļoti īpašus apstākļus.
Lidmašīna tādējādi palīdz pilotiem palikt drošā lidojuma aploksnē.
Boeing lidmašīnām ir nedaudz atšķirīga filozofija, atstājot lielāku tiešo autoritāti pilotiem, taču arī tām ir daudzas brīdinājuma un palīdzības sistēmas.
Jebkurā gadījumā apkalpēm ir vairāki aizsardzības līmeņi, pirms var rasties īsts stallis.
Kāpēc stalli ir kļuvuši tik reti?
Ar stalli saistīti negadījumi joprojām pastāv, taču mūsdienās komerciālajā aviācijā tie ir ārkārtīgi reti.
Šis uzlabojums ir vairāku gadu desmitu progresa rezultāts.
Lidmašīnas ir labāk konstruētas.
Brīdinājuma sistēmas ir efektīvākas.
Simulatori ļauj veikt daudz padziļinātāku apmācību.
Procedūras tiek regulāri atjauninātas pēc katras pieredzes.
Visbeidzot, apkalpes saņem nepārtrauktu apmācību visas karjeras laikā.
Visi šie elementi izskaidro, kāpēc stallis ir kļuvis par perfekti zināmu, pētītu un paredzētu situāciju.
Pasažieriem tas nozīmē, ka ir ļoti maz ticams, ka komerciālā lidojuma laikā nāksies saskarties ar īstu stalli.
Lidojums ir pastāvīga līdzsvara meklēšana
Ja paskatāmies nedaudz plašāk, saprotam, ka viss, ko esam izskaidrojuši kopš šī raksta sākuma, balstās uz vienu ideju.
Lidmašīna lido, jo tā pastāvīgi uztur līdzsvaru.
Ātrumam jābūt pietiekamam.
Uzbrukuma leņķim jāpaliek pareizajās robežās.
Vilcei jākompensē pretestība.
Cēlējspēkam jālīdzsvaro svars.
Piloti pastāvīgi uzrauga šos parametrus, palīdzot ārkārtīgi izsmalcinātiem datoriem.
Rezultāts ir ievērojami uzticama sistēma, kas katru gadu spēj pārvadāt vairākus miljardus pasažieru visā pasaulē.
Bet viens jautājums turpina intriģēt daudzus cilvēkus.
Ja lidmašīna lido, pateicoties saviem spārniem, kā tā var turpināt lidot, kad zaudē dzinēju… vai pat abus?
Atbilde bieži ir pārsteidzoša un vēlreiz pierāda, cik aizraujoši ir aerodinamikas likumi.
Kāpēc lidmašīnas var turpināt lidot ar dzinēja atteici?
Tā, iespējams, ir viena no situācijām, kas pasažierus uztrauc visvairāk.
Kad mēs dzirdam par dzinēja atteici medijos vai redzam iespaidīgu ainu filmā, uzreiz nāk prātā viena un tā pati ideja:
“Ja dzinējs sabojājas, lidmašīna nokritīs.”
Tomēr realitāte ir ļoti atšķirīga.
Mūsdienu pasažieru lidmašīnas ir tieši konstruētas, lai tiktu galā ar šāda veida situāciju. Dzinēja atteice tiek uzskatīta par nopietnu notikumu, taču tā absolūti nenozīmē, ka gaisa kuģis ir tūlītējās briesmās.
Lai saprastu, kāpēc, jāatgriežas pie būtiskas idejas, ko esam attīstījuši visa šī raksta garumā.
Dzinēji nenotur lidmašīnu gaisā.
To dara spārni.
Spārni turpina radīt cēlējspēku
Iedomāsimies, ka lidmašīna pēkšņi zaudē vienu no saviem dzinējiem.
Kas tieši notiek?
Pirmā sekone ir vilces samazināšanās.
Toties spārni nemainās.
Lidmašīna joprojām turpina virzīties uz priekšu.
Gaiss joprojām turpina plūst ap spārniem.
Un kamēr šī plūsma ir pietiekama, tie joprojām rada cēlējspēku.
Gaisa kuģis tātad paliek perfekti spējīgs lidot.
Tas, kas mainās, galvenokārt ir tā veiktspēja.
Kāpšana kļūst mazāk strauja.
Degvielas patēriņš var mainīties.
Pilotam arī jākompensē nelīdzsvarotība, ko rada atlikušais dzinējs, kurš tagad spiež vairāk no vienas puses.
Šīs korekcijas ir perfekti paredzētas un ir daļa no apkalpju normālās apmācības.
Visas pasažieru lidmašīnas ir sertificētas šai situācijai
Ideja bieži pārsteidz plašu sabiedrību.
Pat pirms lidmašīna saņem lidojuma derīguma sertifikātu, ražotājiem jāpierāda, ka tā var droši turpināt lidojumu pēc dzinēja zaudēšanas.
Testi ir ārkārtīgi prasīgi.
Izmēģinājuma piloti apzināti veic pacelšanos ar samazinātu vai izslēgtu dzinēju, lai pārbaudītu, vai gaisa kuģis paliek perfekti kontrolējams.
Šīs demonstrācijas ļauj jo īpaši definēt slavenos V1 un V2 ātrumus, par kuriem runājām iepriekš.
Ņemsim piemēru.
Ja dzinējs sabojājas tieši pēc V1, piloti parasti turpinās pacelšanos.
Tas var šķist pretēji intuīcijai.
Tomēr šī procedūra ir tieši tā, kas piedāvā vislielāko drošību.
Lidmašīnas veiktspēja ir aprēķināta, lai atļautu šo kāpšanu ar vienu dzinēju.
Citiem vārdiem sakot, šis scenārijs ir neatņemama gaisa kuģa konstrukcijas sastāvdaļa.
Kāpēc lielajām lidmašīnām bieži ir tikai divi dzinēji?
Ilgu laiku ļoti tālos lidojumus galvenokārt nodrošināja lidmašīnas ar trim vai četriem dzinējiem, piemēram, Boeing 747 vai Airbus A340.
Tajā laikā iestādes vēlējās saglabāt nozīmīgu drošības rezervi okeānu šķērsošanas laikā.
Taču mūsdienu dzinēji ir kļuvuši tik uzticami, ka šī filozofija pakāpeniski ir mainījusies.
Mūsdienās tādas lidmašīnas kā Airbus A350 vai Boeing 787 katru dienu šķērso okeānus tikai ar diviem dzinējiem.
Tas ir iespējams, pateicoties sertifikācijai, ko sauc par ETOPS (Extended-range Twin-engine Operational Performance Standards).
Šis regulējums atļauj divdzinēju lidmašīnām attālināties vairākas stundas no rezerves lidostas, ar nosacījumu, ka tiek pierādīta izcila uzticamība.
Konkrēti tas nozīmē, ka pat tad, ja dzinējs sabojātos Atlantijas vai Klusā okeāna vidū, lidmašīna joprojām spētu droši sasniegt piemērotu lidostu.
Tā ir mūsdienu aviācijas ikdiena.
Un ja abi dzinēji apstājas?
Šī situācija ir daudz retāka.
Taču tā paliek tehniski iespējama.
Iemesli var būt ļoti dažādi:
- masīva putnu norīšana;
- degvielas atteice;
- degvielas piesārņojums;
- izņēmuma meteoroloģiskie apstākļi.
Pat šajā ekstremālajā situācijā lidmašīna joprojām nekrīt kā akmens.
Tā kļūst par planieri.
Tas var šķist neticami, kad runājam par vairākus simtus tonnu smagu gaisa kuģi.
Tomēr tas ir tieši tas, kas notiek.
Pateicoties to lieliskajai aerodinamiskajai kvalitātei, mūsdienu pasažieru lidmašīnas var nolidot iespaidīgu attālumu bez jebkādas dzinēja vilces.
No aptuveni 11 000 metru kreisēšanas augstuma dažas lidmašīnas var planēt gandrīz 200 kilometrus, dažreiz vairāk atkarībā no to konfigurācijas un atmosfēras apstākļiem.
Šī spēja dod pilotiem dārgo laiku, lai analizētu situāciju, mēģinātu restartēt dzinēju vai sasniegt piemērotu lidlauku.
Piemēri, kas iezīmējuši vēsturi
Aviācija ir piedzīvojusi vairākus notikumus, kas kļuvuši slaveni ar to, ka pierādījuši lidmašīnu lidošanas īpašības bez dzinēja.
Viens no zināmākajiem, bez šaubām, ir Gimli Glider.
1983. gadā Air Canada Boeing 767 palika bez degvielas konversijas kļūdas dēļ starp kilogramiem un mārciņām, aprēķinot uzņemto degvielu.
Abi dzinēji apstājās pēc kārtas.
Apkalpei tomēr izdevās planēt vairākus desmitus kilometru, pirms nosēdināt gaisa kuģi uz bijušās gaisa bāzes, kas pārveidota par automobiļu trasi.
Cits slavens piemērs: US Airways 1549. lidojums 2009. gada janvārī.
Dažas minūtes pēc pacelšanās no Ņujorkas Airbus A320 saskrējās ar nozīmīgu putnu baru.
Abi dzinēji tika smagi bojāti.
Komandieris Česlijs “Sallijs” Sullenbergers tad nolēma nosēsties uz Hadsonas upes.
Pateicoties lidmašīnas planēšanas spējai un apkalpes izcilajai meistarībai, visi 155 cilvēki uz klāja izdzīvoja.
Šādi notikumi paliek ārkārtīgi reti.
Taču tie lieliski ilustrē fundamentālu principu:
Pat bez dzinējiem lidmašīna paliek lidmašīna. Tā turpina lidot, kamēr tās spārni rada cēlējspēku.
Drošība, kas pārdomāta jau konstrukcijā
Kad ražotājs izstrādā jaunu lidmašīnu, atteiču vadība ir viena no absolūtajām prioritātēm.
Katram svarīgam sistēmas elementam parasti ir viena vai vairākas rezerves sistēmas.
Lidojuma vadības ierīces ir redundantas.
Hidrauliskās ķēdes ir vairākas.
Elektriskos ģeneratorus var aizstāt ar citiem enerģijas avotiem.
Pat dzinēju pilnīgas zaudēšanas gadījumā dažām lidmašīnām ir maza izlaižama turbīna, ko sauc par RAT (Ram Air Turbine), kas izmanto relatīvo vēju, lai ražotu enerģiju būtiski svarīgām iekārtām.
Šī redundances filozofija ir visuresoša aviācijā.
Tā lielā mērā izskaidro, kāpēc gaisa transports mūsdienās tiek uzskatīts par vienu no drošākajiem transporta veidiem pasaulē.
Kāpēc lidmašīnas lido tik augstu?
Tagad, kad zinām, kāpēc lidmašīna var lidot, neskatoties uz savu svaru, un pat turpināt lidojumu ar dzinēja atteici… vai pat abiem, jāuzdod vēl viens jautājums.
Kāpēc pasažieru lidmašīnas izvēlas lidot 10 000 vai 12 000 metru augstumā, lai gan teorētiski tās varētu palikt daudz tuvāk zemei?
Arī šeit atbilde balstās uz smalku kompromisu starp fiziku, veiktspēju un degvielas ekonomiju.
Kad skatāmies lidojuma karti uz ekrāna sava sēdekļa priekšā, gandrīz vienmēr pamanām vienu un to pašu.
Dažas minūtes pēc pacelšanās lidmašīna turpina kāpt… vēl… un vēl.
Tad tā beidzot stabilizējas ap 10 000 līdz 12 000 metru augstumā, kas ir aptuveni 33 000 līdz 39 000 pēdas pilotu valodā.
No pirmā acu uzmetiena tas var šķist dīvaini.
Galu galā, kāpēc iet tik augstu?
Vai nebūtu vienkāršāk lidot tikai dažu tūkstošu metru augstumā no zemes?
Patiesībā šis augstums nav izvēlēts nejauši.
Tas pārstāv labāko kompromisu starp veiktspēju, degvielas patēriņu, drošību un komfortu.
Gaiss tur ir daudz mazāk blīvs
Jo augstāk kāpjam, jo gaiss kļūst vieglāks.
Tas var šķist kā trūkums.
Tomēr pasažieru lidmašīnai tas ir īsts ieguvums.
Kāpēc?
Tāpēc, ka gaiss izrāda pretestību pārvietošanās laikā.
Šī pretestība nes nosaukumu, ar kuru jau esam saskārušies: pretestība.
Iedomājieties, ka ejat pa baseinu.
Ūdens bremzē katru jūsu kustību.
Tagad iedomājieties, ka ejat pa pludmali.
Pūles kļūst daudz mazākas.
Lidmašīnai tas ir nedaudz līdzīgi.
Mazāk blīvā gaisā pretestība būtiski samazinās.
Dzinējiem tādējādi nepieciešama mazāka jauda, lai uzturētu kreisēšanas ātrumu.
Rezultāts:
- mazāk patērētas degvielas;
- labāka autonomija;
- samazinātas ekspluatācijas izmaksas.
Aviokompānijas mērogā šie ietaupījumi katru gadu nozīmē miljoniem eiro.
Dzinēji kļūst efektīvāki
Tas var šķist paradoksāli.
Kā dzinējs var būt efektīvāks, ja tam ir mazāk gaisa?
Patiesībā mūsdienu turboreaktīvie dzinēji ir tieši konstruēti darbam šādos apstākļos.
Augstumā gaiss ir aukstāks.
Taču aukstāks gaiss parasti uzlabo dzinēju termodinamisko lietderības koeficientu.
Kopā ar mazāku pretestību tas ļauj iegūt lielisku kompromisu starp jaudu un patēriņu.
Tas ir viens no iemesliem, kāpēc lidmašīnas pēc pacelšanās ilgi nepaliek zemā augstumā.
Tās ātri cenšas sasniegt savu optimālo kreisēšanas līmeni.
Katrai lidmašīnai ir savs ideālais augstums
Pretēji tam, ko varētu domāt, nav viena vienīga augstuma visiem lidojumiem.
Katrai lidmašīnai ir tas, ko piloti sauc par optimālo lidojuma līmeni.
Tas ir atkarīgs no daudziem parametriem:
- gaisa kuģa svara;
- atlikušās degvielas daudzuma;
- āra temperatūras;
- vēja;
- laikapstākļiem;
- dzinēja veiktspējas.
Ļoti smaga lidmašīna ne vienmēr varēs uzreiz uzkāpt savā maksimālajā kreisēšanas augstumā.
Piloti tad sāk nedaudz zemāk.
Degvielai patērējoties, lidmašīna kļūst vieglāka.
Tā tad var veikt to, ko sauc par step climb, jeb kāpšanu pa līmeņiem.
Šī tehnika ļauj ietaupīt vēl vairāk degvielas.
Tāpēc ir bieži, ka lidmašīna viena un tā paša maršruta laikā secīgi lido vairākos augstumos.
Lidošana augstāk bieži ļauj izvairīties no turbulences
Turbulence ir viena no galvenajām pasažieru bažām.
Tomēr tās ir reti bīstamas.
Un labas ziņas: lidošana augstu bieži ļauj no daļas izvairīties.
Turbulence ir īpaši bieža:
- reljefa tuvumā;
- negaisa mākoņos;
- atmosfēras zemākajos slāņos.
Kreisēšanas lidojumā gaiss parasti ir daudz stabilāks.
Tas nenozīmē, ka turbulence nekad nepastāv.
Dažas, ko sauc par turbulenci skaidrā gaisā, var parādīties pat zem perfekti zilas debess.
Taču tās parasti ir vieglāk paredzēt, pateicoties meteoroloģiskajām prognozēm un informācijai, ko apmainās apkalpes.
Piloti tad pielāgo savu augstumu, lai meklētu pēc iespējas mierīgāku gaisa slāni.
Augstums, kas piedāvā arī lielāku drošību
Lidošana augstu piedāvā vēl vienu priekšrocību, kas mazāk zināma plašai sabiedrībai.
Tehnisku problēmu gadījumā vairāku tūkstošu metru augstums dod pilotiem vairāk laika situācijas analizēšanai.
Kā redzējām iepriekš, lidmašīna, kas zaudē vilci, nekrīt uzreiz.
Tā planē.
Jo augstāk tā atrodas, jo lielāku potenciālās enerģijas rezervi tā izmanto.
Šis augstums var ļaut tai sasniegt lidostu, kas atrodas vairāku desmitu vai pat simtu kilometru attālumā.
Augstums tādējādi veido īstu papildu drošības rezervi.
Kāpēc nelidot vēl augstāk?
Turpretī, kāpēc lidmašīnas nekāpj 15 000 vai 20 000 metru augstumā?
Tāpēc, ka pastāv arī robeža.
Jo augstāk kāpjam, jo gaiss kļūst retāks.
Spārni tad rada mazāku cēlējspēku.
Dzinējiem arī ir mazāk skābekļa, lai efektīvi darbotos.
Veiktspēja beigu beigās samazinās.
Inženieri dažkārt runā par “coffin corner”, zonu, kur starpība starp minimālo stalla ātrumu un maksimālo atļauto ātrumu kļūst ļoti maza.
Lidmašīnas dabiski izvairās no šī reģiona, paliekot savā optimālajā lidojuma apgabalā.
Rezumējot, lidmašīnas nelido pēc iespējas augstāk.
Tās lido visefektīvākajā augstumā.
Šis smalkais kompromiss ļauj šķērsot kontinentus, patērējot pēc iespējas mazāk degvielas, vienlaikus piedāvājot ārkārtīgi augstu drošības līmeni.
Kas tieši notiek pacelšanās laikā?
Pasažierim pacelšanās ilgst knapi minūti.
Pilotiem tā ir viena no visrūpīgāk sagatavotajām un tehniskākajām lidojuma fāzēm.
Patiesībā pacelšanās sākas ilgi pirms lidmašīna sāk ripot pa skrejceļu.
Jau lidojuma sagatavošanas laikā apkalpe precīzi aprēķina nepieciešamo veiktspēju atkarībā no lidmašīnas svara, laikapstākļiem, vēja, temperatūras un skrejceļa garuma.
Kad piloti ir izlīdzinājušies, viņi pakāpeniski palielina dzinēju jaudu līdz paredzētajai vērtībai.
Paātrinājums tad kļūst ļoti jūtams.
Šī pacelšanās skrējiena laikā lidmašīna paliek perfekti kontrolēta, pateicoties tās virziena stūrei, tad vadības stūrei, ātrumam palielinoties.
Pie ātruma, ko sauc par V1, pacelšanās tiek uzskatīta par uzsāktu.
Problēmu gadījumā ar dzinēju pēc šī ātruma parasti ir drošāk turpināt pacelšanos, nekā mēģināt strauji bremzēt.
Dažas sekundes vēlāk pienāk Vr, rotācijas ātrums.
Pilots maigi pavelk vadības sviru vai mini-sviru.
Lidmašīnas deguns pakāpeniski paceļas.
Uzbrukuma leņķis nedaudz palielinās.
Spārni tad rada pietiekamu cēlējspēku, lai gaisa kuģis dabiski atrautos no zemes.
Dažus mirkļus vēlāk šasija tiek ievākta, lai samazinātu pretestību.
Pēc tam aizspārņi tiek pakāpeniski ievākti, lidmašīnai paātrinoties.
Mazāk nekā divās minūtēs gaisa kuģis jau kāpj uz savu kreisēšanas augstumu.
Skatoties no kabīnes, viss šķiet ļoti vienkārši.
Patiesībā šī secība ir gadu desmitiem ilgu pētījumu, ārkārtīgi precīzu procedūru un apkalpju stingras apmācības rezultāts.
Un nolaišanās laikā, kāpēc lidmašīna nekrīt?
Ja pacelšanās iespaido, nolaišanās fascinē tikpat ļoti.
No iluminatora redzam zemi lēnām tuvojamies. Mājas kļūst arvien lielākas, automašīnas parādās uz ceļiem un, dažus mirkļus vēlāk, riteņi pieskaras skrejceļam ar dažkārt vieglu atsitienu.
Daudziem pasažieriem šī fāze rada iespaidu, ka lidmašīna apzināti “krīt”.
Patiesībā tā nav.
Veiksmīga nolaišanās ir precīzi lidojums, kas paliek perfekti kontrolēts… līdz pat pēdējam metram.
Lidmašīna turpina lidot līdz kontaktam ar skrejceļu
Tas ir princips, ko visi piloti mācās ļoti agri.
Lidmašīna nepārstāj lidot, kad tuvojas lidostai.
Tā turpina radīt cēlējspēku līdz brīdim, kad riteņi pieskaras zemei.
Citiem vārdiem sakot, nolaišanās nav kontrolēta krišana.
Tā ir cēlējspēka pakāpeniska samazināšana.
Piloti pastāvīgi koriģē trīs parametrus:
- ātrumu;
- dzinēju vilci;
- lidmašīnas stāvokli.
Mērķis ir saglabāt perfekti stabilu trajektoriju visā pieejas laikā.
Uz klāja tas bieži rada maigas un vienmērīgas nolaišanās sajūtu.
Aizspārņi kļūst būtiski
Pirms nolaišanās jūs, iespējams, jau esat pamanījuši, ka spārni šķiet mainām formu.
Paneļi, kas atrodas spārna aizmugurē, pakāpeniski izlaižas.
Tie ir aizspārņi.
To loma ir divējāda.
Tie būtiski palielina cēlējspēku mazā ātrumā.
Taču tie palielina arī pretestību.
No pirmā acu uzmetiena lielākas pretestības radīšana varētu šķist neproduktīva.
Patiesībā tas ir tieši tas, ko meklē piloti.
Pateicoties aizspārņiem, lidmašīna var lidot lēnāk, vienlaikus paliekot perfekti kontrolējama.
Šī ātruma samazināšana ir neaizstājama, lai ierobežotu nolaišanās distanci un samazinātu piepūli riteņu pieskaršanās brīdī.
Kāpēc dzinēji paliek ieslēgti?
Vēl viens ļoti izplatīts mīts:
Daudzi iedomājas, ka piloti nolaišanās laikā izslēdz dzinējus.
Patiesībā dzinēji turpina darboties.
Tie vienkārši rada daudz mazāku vilci nekā kreisēšanas lidojumā.
Piloti koriģē to jaudu gandrīz pastāvīgi, lai uzturētu pareizu nolaišanās plānu.
Ja lidmašīna nolaižas nedaudz par strauju, bieži pietiek ar nelielu vilces palielinājumu, lai koriģētu trajektoriju.
Turpretī, ja ātrums kļūst pārmērīgs, dzinēji tiek samazināti un aizspārņu pretestība dabiski palīdz lidmašīnai palēnināties.
Viss ir līdzsvara jautājums.
Pēdējās sekundes pirms pieskaršanās
Dažus metrus no skrejceļa notiek pēdējais manevrs.
Piloti nedaudz paceļ lidmašīnas degunu.
Šo fāzi sauc par izlīdzināšanu.
Mērķis ir vienkāršs:
Pakāpeniski samazināt vertikālo ātrumu, lai galvenie riteņi maigi pieskartos zemei.
Lidmašīna tad pakāpeniski pārstāj radīt pietiekamu cēlējspēku, lai paliktu lidojumā.
Kad riteņi ir uz zemes, uz spārniem automātiski izlaižas spoileri.
Tie nekavējoties “lauž” atlikušo cēlējspēku, lai viss gaisa kuģa svars balstītos uz tā šasiju.
Bremzes tad kļūst pilnībā efektīvas.
Atkarībā no vajadzības tiek izmantoti arī dzinēju vilces reversori, lai piedalītos palēnināšanā.
Dažus desmitus sekunžu vēlāk lidmašīna atstāj skrejceļu un mierīgi ripo līdz savam stāvvietas punktam.
Mīti par lidmašīnu lidošanu
Neskatoties uz vairāk nekā gadsimtu ilgu aviāciju, daudzi uzskati joprojām pastāv arī šodien.
Daži ir smieklīgi.
Citi nevajadzīgi baro bailes no lidošanas.
Šeit ir daži no visbiežāk sastopamajiem.
“Lidmašīna ir pārāk smaga, lai lidotu”
Tā, bez šaubām, ir piezīme, ko dzirdam visbiežāk.
Un tā ir perfekti saprotama.
Redzēt Airbus A380 ar vairāk nekā 500 tonnām atraujamies no zemes šķiet gandrīz nereāli.
Tomēr svars neliedz lidmašīnai lidot.
Tas vienkārši uzliek par pienākumu radīt lielāku cēlējspēku.
Jo smagāka ir lidmašīna, jo lielāki ir tās spārni un jo lielāks ir pacelšanās ātrums.
Fizikas likumi paliek tieši tādi paši, neatkarīgi no tā, vai tā ir maza tūristu lidmašīna vai pasaules lielākā pasažieru lidmašīna.
“Dzinēji notur lidmašīnu gaisā”
Mēs to redzējām visa šī raksta garumā:
Šī ideja ir nepareiza.
Dzinēji rada vilci.
Spārni rada cēlējspēku.
Tā ir būtiska nianse.
Tā jo īpaši izskaidro, kāpēc lidmašīna var turpināt lidot pat pēc dzinēja zaudēšanas, vai ārkārtīgi retos gadījumos – abu.
“Turbulence ir bīstama”
Turbulence iespaido.
Tas ir normāli.
Tomēr tās ir reti bīstamas pašai lidmašīnai.
Mūsdienu gaisa kuģi ir konstruēti tā, lai izturētu slodzes, kas ir daudz lielākas par tām, ar kurām saskaras komerciālā lidojumā.
Piloti izvairās no visvairāk turbulento zonu, kad var.
Kad tās ir neizbēgamas, viņi dažkārt nedaudz samazina ātrumu, lai samazinātu slodzi uz korpusu.
Galvenais risks galvenokārt attiecas uz cilvēkiem, kuri nav piesprādzējušies.
Tas, starp citu, ir iemesls, kāpēc apkalpes bieži iesaka to atstāt piesprādzētu, pat kad signāls ir izslēgts.
“Spārni salūzīs, jo tie liecas”
Kad sēžat pie iluminatora, dažkārt ir iespaidīgi redzēt spārnus spēcīgi izliecamies, jo īpaši turbulences laikā.
Daudzi pasažieri tad domā, ka šī locīšanās ir nenormāla.
Patiesībā ir tieši otrādi.
Spārni ir konstruēti tā, lai būtu elastīgi.
Šī elastība ļauj tiem absorbēt daļu aerodinamisko slodžu.
Pirms sertifikācijas tie tiek pakļauti ārkārtīgi stingriem testiem.
Inženieri tos noliec daudz tālāk par to, ar ko tie saskarsies visas savas darbības karjeras laikā.
Redzēt spārnu deformējamies lidojumā tātad ir ne tikai normāli, bet arī nomierinoši.
“Jo lielāka lidmašīna, jo bīstamāka”
Intuitīvi varētu domāt, ka lielāka lidmašīna ir grūtāk vadāma.
Faktiski lielās lidmašīnas bieži ir ļoti stabilas.
To ievērojamā masa dažkārt padara tās mazāk jutīgas pret noteiktiem atmosfēras traucējumiem nekā daudz vieglākus gaisa kuģus.
Drošība ir atkarīga galvenokārt no:
- gaisa kuģa konstrukcijas;
- tās apkopes;
- apkalpju apmācības;
- procedūru ievērošanas.
Tās izmērs nav bīstamības kritērijs.
Kas patiesībā varētu liegt lidmašīnai lidot
Tagad, kad esam atspēkojuši vairākus mītus, jāuzdod pēdējais jautājums.
Kādas situācijas patiesībā varētu liegt lidmašīnai lidot?
Pretēji populāriem uzskatiem, tas nav ne tās svars, ne vienkārša turbulence.
Patiesās robežas galvenokārt ir aerodinamiskas.
Mēs redzēsim, kuras, pēdējā šī raksta daļā, pirms secinājumiem.
Kas patiesībā varētu liegt lidmašīnai lidot
Pēc tam, kad esam atklājuši, kā lidmašīna rada cēlējspēku, kāpēc tās svars nav šķērslis un kāda ir dzinēju loma, jautājums paliek.
Vai pastāv situācijas, kurās lidmašīna patiesībā vairs nevarētu lidot?
Atbilde ir jā.
Taču šīm situācijām parasti nav nekāda sakara ar to, ko iedomājas vairums pasažieru.
Mūsdienu lidmašīnām ir nozīmīgas drošības rezerves, un tās ir konstruētas darbam visdažādākajos apstākļos. Tomēr, kā jebkurai mašīnai, tām piemīt fiziskas robežas, kuras ir būtiski ievērot.
Nepietiekams ātrums
Pirmā robeža, bez šaubām, ir visacīmredzamākā.
Kā redzējām, spārniem ir nepieciešama pietiekami ātra gaisa plūsma, lai radītu cēlējspēku.
Ja ātrums samazinās pārāk strauji, pilotam nepielāgojot trajektoriju, cēlējspēks kļūst nepietiekams.
Lidmašīna tad vairs nespēj uzturēt savu augstumu.
Tieši tāpēc piloti pastāvīgi uzrauga savu ātrumu, jo īpaši pacelšanās, pieejas un nolaišanās laikā.
Mūsdienu lidmašīnām ir arī daudzas brīdinājuma sistēmas, kas nekavējoties signalizē par jebkuru neparasti mazu ātrumu.
Pārāk liels uzbrukuma leņķis
Nepietiek tikai ar ātrumu.
Uzbrukuma leņķim arī jāpaliek labi definētā diapazonā.
Spārns var radīt milzīgu cēlējspēku.
Bet tikai līdz noteiktai robežai.
Ja pilots pārmērīgi paceļ lidmašīnas degunu, gaisa plūsma beigu beigās atdalās no spārna.
Parādās stallis.
Tāpēc piloti mācās ļoti agri dot priekšroku vienkāršam noteikumam:
labāk zaudēt nedaudz augstuma, nekā ļaut lidmašīnai iekrist stallī.
Aizsardzības sistēmas, kas ir mūsdienu lidmašīnās, mūsdienās padara šo situāciju ārkārtīgi retu komerciālajā ekspluatācijā.
Apledojums: dažkārt neredzams ienaidnieks
Ja ir kāda parādība, ko piloti uztver īpaši nopietni, tas ir apledojums.
Kad uz spārniem izveidojas plāna ledus kārta, to aerodinamiskais profils tiek izmainīts.
Tas var šķist nenozīmīgi.
Tomēr daži ledus milimetri dažkārt pietiek, lai būtiski pasliktinātu cēlējspēku.
Tāpēc lidmašīnas sistemātiski tiek atkausētas pirms pacelšanās, kad to prasa meteoroloģiskie apstākļi.
Lidojumā vairākas sistēmas arī ļauj novērst ledus veidošanos uz spārniem, dzinējiem vai noteiktām būtiskām zondēm.
Šīs ierīces izmanto atkarībā no modeļiem no dzinējiem ņemtu karstu gaisu, elektriskos sildītājus vai pat specifiskas atkausēšanas sistēmas.
Būtiska pārslodze
Katrai lidmašīnai ir vairākas sertificētas maksimālās masas.
Starp tām:
- maksimālā pacelšanās masa;
- maksimālā nolaišanās masa;
- maksimālā masa bez degvielas.
Šīs robežas ražotāji aprēķina precīzi.
To pārsniegšana mainītu lidmašīnas veiktspēju un samazinātu drošības rezerves.
Pirms katra lidojuma aviokompānijas tādējādi ļoti precīzi aprēķina:
- pasažieru svaru;
- bagāžu;
- kravu;
- degvielas daudzumu.
Pat šīs masas sadalījums tiek pētīts.
Lidmašīnas centrējums ir drošības fundamentāls elements.
Nepareizi piekrauts gaisa kuģis varētu kļūt daudz grūtāk vadāms.
Arī šeit viss tiek rūpīgi pārbaudīts pirms izlidošanas.
Ekstrēmi meteoroloģiskie apstākļi
Pretēji mītam, lidmašīnas perfekti lido lietū.
Tās var arī šķērsot mākoņus, lidot naktī vai apstākļos ar ļoti ierobežotu redzamību.
Turpretī no noteiktām meteoroloģiskajām parādībām pēc iespējas izvairās.
Tas jo īpaši attiecas uz:
- ļoti attīstītiem negaisiem;
- krusu;
- stipru konvektīvo turbulenci;
- vulkāniskajiem pelniem.
Mūsdienu lidmašīnām ir ļoti efektīvi meteoroloģiskie radari, kas ļauj apkalpēm apiet šīs bīstamās zonas.
Gaisa satiksmes kontrolieri arī piedalās šajā vadībā, piedāvājot alternatīvas trajektorijas, kad tas ir nepieciešams.
Mērķis nav pierādīt, ka lidmašīna var šķērsot jebkuru laika parādību.
Tieši pretēji.
Drošība bieži sastāv no izvairīšanās no visnelabvēlīgākajām situācijām.
Kāpēc lidmašīnas ir konstruētas lidošanai pilnīgā drošībā?
Šajā raksta posmā viena lieta kļūst skaidra.
Lidojums nebalstās uz vienu tehnoloģiju.
Tas ir rezultāts daudzām sistēmām, kas strādā kopā.
Un visas tiecas pēc viena mērķa:
piedāvāt pēc iespējas augstāku drošības līmeni.
Konstrukcija, kas balstās uz redundanci
Viens no lielajiem aeronavtikas principiem ir redundance.
Citiem vārdiem sakot, nekad nepaļauties uz vienu būtisku iekārtu.
Tāpēc pasažieru lidmašīnām ir vairākas hidrauliskās ķēdes.
Vairāki datori.
Vairākas elektriskās sistēmas.
Vairāki navigācijas instrumenti.
Vairāki saziņas līdzekļi.
Un, protams, vairāki piloti.
Ja viens elements sabojājas, cits nekavējoties pārņem stafeti.
Šī filozofija lielā mērā izskaidro mūsdienu aviācijas izcilo uzticamību.
Ārkārtīgi prasīgi testi
Pirms jauna lidmašīna var pārvadāt pasažierus, tā iziet tūkstošiem stundu testu.
Inženieri testē praktiski visas iedomājamās situācijas.
Pacelšanās ar nestrādājošu dzinēju.
Avārijas bremzēšana.
Ekstrēmi meteoroloģiskie apstākļi.
Ļoti zemas vai ļoti augstas temperatūras.
Spārnu locīšanas testi.
Korpusa noguruma testi.
Katrs komponents tiek pārbaudīts krietni pāri slodzēm, ar kurām tas normāli saskarsies ekspluatācijā.
Šī pieeja ļauj saglabāt nozīmīgas drošības rezerves.
Pastāvīga apkope
Lidmašīna nelido vienkārši līdz brīdim, kad kāda detaļa salūst.
Tās apkope seko ārkārtīgi stingram kalendāram.
Noteiktas pārbaudes tiek veiktas pirms katra lidojuma.
Citas ik pēc dažiem simtiem stundu.
Lielās apkopes vizītes var imobilizēt gaisa kuģi uz vairākām nedēļām.
Tūkstošiem komponentu tiek pārbaudīti, aizstāti vai testēti, pat tad, kad tie vēl darbojas perfekti.
Šī profilaktiskā apkope veido vienu no aviācijas drošības pīlāriem.
Piloti, kas apmācīti visas karjeras laikā
Pretēji tam, ko varētu domāt, pasažieru lidmašīnas pilota licences iegūšana nav apmācības beigas.
Tas drīzāk ir sākums.
Vairākas reizes gadā apkalpes atgriežas uz simulatora.
Viņi trenējas pārvaldīt:
- dzinēju atteices;
- ugunsgrēkus;
- stallus;
- hidrauliskās problēmas;
- pieejas sliktos laikapstākļos;
- ārkārtīgi retas situācijas.
Mērķis ir vienkāršs.
Dienā, kad patiešām rodas anomālija, pilotiem jau jābūt piedzīvojušiem šo situāciju… desmitiem reižu apmācībā.
Transports starp drošākajiem pasaulē
Visi šie pasākumi izskaidro, kāpēc komerciālā aviācija mūsdienās uzrāda izcilu drošības līmeni.
Protams, neviens transporta veids nav pilnībā brīvs no riskiem.
Taču, kad salīdzina katru dienu veikto lidojumu skaitu ar reģistrētajiem negadījumiem, lidmašīna ir starp drošākajiem pārvietošanās līdzekļiem, kādi jebkad radīti.
Katra pacelšanās ir gadu desmitiem ilgu pētījumu, tehnoloģisko jauninājumu, prasīgu regulējumu un tūkstošiem profesionāļu koordinēta darba rezultāts.
📖 Raksti, kas jūs varētu interesēt
Ja šis raksts jums ļāva labāk saprast, kā vairākus simtus tonnu smaga lidmašīna var lidot, šis cits saturs arī jūs varētu interesēt:
✈️ Kāpēc lidmašīnas gandrīz nekad neavarē?
Uzziniet, kāpēc lidmašīna ir viens no drošākajiem transporta veidiem pasaulē, kā gaisa kuģi ir konstruēti, lai izturētu atteices, un kādi daudzi drošības pasākumi tiek ieviesti pirms, lidojuma laikā un pēc katra lidojuma.
👉 Lasīt rakstu:
Kāpēc lidmašīnas gandrīz nekad neavarē?
🌍 Kā izdzīvot 12 stundu lidojumā bez ciešanām?
Nogurums, smagas kājas, laika joslu maiņa vai diskomforts… Atrodiet visus praktiskos padomus, lai ceļotu vislabākajos apstākļos un ierastos galamērķī pilnā formā, pat pēc ļoti gara lidojuma.
👉 Lasīt rakstu:
Kā izdzīvot 12 stundu lidojumā bez ciešanām?
☁️ Kāpēc lidmašīnas atstāj baltas pēdas debesīs?
Slavenās baltās svītras intriģē tikpat ļoti, cik baro mītus. Atklājiet to patieso izcelsmi, to veidošanās nepieciešamos apstākļus un kāpēc tās dažkārt var pazust dažu sekunžu laikā… vai saglabāties vairākas stundas.
👉 Lasīt rakstu:
Kāpēc lidmašīnas atstāj baltas pēdas debesīs?
Rezumējot: kā tik smaga lidmašīna var lidot?
Šī raksta sākumā mēs uzdevām jautājumu, kas šķiet gandrīz pretrunā ar veselo saprātu:
Kā vairākus simtus tonnu smaga mašīna var atrauties no zemes un šķērsot okeānu?
Atbilde beigu beigās balstās uz dažiem vienkāršiem principiem.
Dzinēji nepaceļ lidmašīnu.
Tie ļauj tai paātrināties.
Šis ātrums rada gaisa plūsmu ap spārniem.
Pateicoties to īpašajai formai, tie rada spēku, ko sauc par cēlējspēku, kas spēj līdzsvarot un pēc tam pārsniegt gaisa kuģa svaru.
Visa lidojuma laikā piloti rūpējas par precīza līdzsvara uzturēšanu starp četriem spēkiem: svaru, cēlējspēku, vilci un pretestību.
Šis līdzsvars nepārtraukti mainās, no pacelšanās līdz nolaišanās brīdim.
Tieši šī fizikas likumu meistarība, kas apvienota ar progresīvām tehnoloģijām, stingru apkopi un apkalpju prasīgu apmācību, mūsdienās ļauj lidmašīnām katru gadu droši pārvadāt miljardiem pasažieru.
Nākamreiz, kad redzēsiet Airbus A350, Boeing 777 vai pat gigantisko Airbus A380 sākām ripot pa skrejceļu, jūs, bez šaubām, vairs neredzēsiet tikai milzīgu mašīnu, kas atraujas no zemes.
Jūs redzēsiet vienu no skaistākajām lietišķās fizikas demonstrācijām, ko jebkad realizējis cilvēks.
🎬 Vai vēlaties redzēt šo principu attēlos?
Šajā video mēs skaidrojam, kāpēc pasažieru lidmašīna var turpināt lidot ar vienu dzinēju, kā piloti reaģē šajā situācijā un kāpēc tā ir paredzēta jau gaisa kuģa konstrukcijā.
Ieteicamie produkti
Vēlaties turpināt savu aizraušanos ar aviāciju? Atklājiet mūsu produktu izlasi, kas iedvesmota no skaistākajām civilajām un militārajām lidmašīnām.
🛩️ Pasažieru lidmašīnu modeļi
Atrodiet plašu modeļu kolekciju, kas ir uzticīga gaisa kuģiem, kuri katru dienu šķērso debesis: Airbus A320, A330, A350, A380, Boeing 737, 747, 777, 787 un daudzi citi. Perfekti modeļi entuziastiem, kolekcionāriem vai kā oriģināla dāvana.
👉 Atklāt kolekciju:
Pasažieru lidmašīnas modelis
✈️ Iznīcinātāju modeļi
Apbrīnojiet ikoniskākās militārās lidmašīnas mūsu modeļu kolekcijā: Rafale, F-16, F-35, Mirage 2000, Eurofighter Typhoon, Sukhoï un daudzas citas. Detalizētas reprodukcijas, kas iepriecinās militārās aeronavtikas cienītājus.
👉 Atklāt kolekciju:
Iznīcinātāja modelis
🔑 Lidmašīnas atslēgu piekariņš
Ņemiet savu aizraušanos visur līdzi, pateicoties mūsu aviācijas atslēgu piekariņu kolekcijai. Iedvesmoti no lielākajām pasažieru lidmašīnām, militārajiem gaisa kuģiem un aeronavtikas pasaules, tie ir ideāla dāvanas ideja visiem aviācijas entuziastiem.
👉 Atklāt kolekciju:
Lidmašīnas atslēgu piekariņš
FAQ: Kā tik smaga lidmašīna var lidot?
Kā vairākus simtus tonnu smaga lidmašīna var lidot?
Lidmašīna var lidot, pateicoties cēlējspēkam – spēkam, ko rada tās spārni, kad gaiss ātri plūst ap tiem. Dzinēji ļauj gaisa kuģim sasniegt šo ātrumu, savukārt spārni pārvērš šo kustību spēkā, kas spēj līdzsvarot un pēc tam pārsniegt tā svaru. Tieši šis līdzsvars starp cēlējspēku, svaru, vilci un pretestību ļauj lidmašīnai palikt gaisā.
Kāpēc lidmašīna nekrīt, kad tā ir gaisā?
Pretēji tam, ko varētu domāt, gravitācija turpina iedarboties uz lidmašīnu visa lidojuma laikā. Ja tā nekrīt, tas ir tāpēc, ka spārni pastāvīgi rada pietiekamu cēlējspēku, lai kompensētu tās svaru. Kamēr lidmašīna saglabā piemērotu ātrumu un labu uzbrukuma leņķi, tā paliek līdzsvarā gaisā.
Vai dzinēji paceļ lidmašīnu?
Nē. Dzinēji tieši nepaceļ lidmašīnu. To loma ir radīt vilci, lai virzītu gaisa kuģi uz priekšu. Šis ātrums pēc tam ļauj spārniem radīt nepieciešamo cēlējspēku, lai noturētu lidmašīnu lidojumā. Bez spārniem pat visjaudīgākie dzinēji nespētu likt pasažieru lidmašīnai lidot.
Kāpēc lidmašīnai jābrauc tik ātri, lai paceltos?
Ātrums ir neaizstājams, lai radītu pietiekamu cēlējspēku. Jo ātrāk gaiss plūst ap spārniem, jo lielāku spēku tie rada uz augšu. Pacelšanās notiek, kad šis cēlējspēks kļūst lielāks par lidmašīnas svaru.
Vai lidmašīna var lidot ar vienu dzinēju?
Jā. Mūsdienu pasažieru lidmašīnas ir sertificētas turpināt lidojumu pilnīgā drošībā ar vienu strādājošu dzinēju. Piloti ir īpaši apmācīti šai situācijai, un gaisa kuģa veiktspēja ir aprēķināta, lai atļautu kāpšanu, kreisēšanu vai novirzīšanu uz piemērotu lidostu.
Vai lidmašīna var lidot bez dzinēja?
Jā, bet tikai noteiktu laiku. Ja abi dzinēji apstājas, lidmašīna nekrīt uzreiz. Tā turpina planēt, pateicoties saviem spārniem, kā milzīgs planieris. No kreisēšanas augstuma mūsdienu pasažieru lidmašīna var nolidot vairākus simtus kilometru bez dzinēja vilces, atstājot pilotiem laiku meklēt nosēšanās laukumu.
Kāpēc lidmašīnas lido aptuveni 10 000 metru augstumā?
Pasažieru lidmašīnas parasti pārvietojas starp 10 000 un 12 000 metru augstumu, jo gaiss tur ir mazāk blīvs. Tas samazina pretestību, uzlabo dzinēju lietderību un samazina degvielas patēriņu. Šis augstums arī ļauj izvairīties no daļas turbulences, kas sastopama atmosfēras zemākajos slāņos.
Vai turbulence var likt lidmašīnai nokrist?
Nē. Turbulence parasti ir neērta pasažieriem, taču tā nav bīstama mūsdienu lidmašīnai. Gaisa kuģi ir konstruēti, lai izturētu slodzes, kas ir daudz lielākas par tām, ar kurām saskaras komerciālā lidojumā. Piloti arī pielāgo savu trajektoriju un ātrumu, kad tas ir nepieciešams.
Kāpēc lidmašīnu spārni lidojumā liecas?
Spārni ir apzināti konstruēti tā, lai būtu elastīgi. Šī elastība ļauj tiem absorbēt aerodinamiskās slodzes, ko rada turbulence un slodzes izmaiņas. Spārns, kas nedaudz deformējas, tātad ir perfekti normāla darbība, kas paredzēta jau tā konstrukcijā.
Kāda ir lielākā lidmašīna, kas spēj lidot?
Airbus A380 ir lielākā pasažieru lidmašīna, kas pašlaik ir ekspluatācijā. Atkarībā no konfigurācijas tā var pārsniegt 560 tonnas pacelšanās brīdī, vienlaikus paliekot spējīga lidot, pateicoties saviem milzīgajiem spārniem, četriem jaudīgajiem dzinējiem un rūpīgi optimizētai aerodinamikai. Neskatoties uz savu iespaidīgo svaru, tā pakļaujas tieši tiem pašiem fizikas likumiem kā maza tūristu lidmašīna.
