Современные авиалайнеры. / Фото: ytimg.com

Высота в десять километров давно является стандартом для пассажирской авиации, но в эпоху винтовых авиалайнеров всё было совсем по-другому. Сначала они летали на высоте 3-5 километров, а когда появились гермокабины, высота выросла до 6-7 тысяч метров. Тогда это было абсолютно нормальным явлением, так почему же сейчас авиалайнеры вынуждены забираться настолько высоко?

1. Старинные винтовые лайнеры

Винтовой лайнер./ Фото: shtampik.com

До появления реактивных двигателей пассажирские самолёты летали за счёт винтов, которые отбрасывали назад потоки воздуха и тянули самолёт за собой. Лучше всего они работали на малой высоте: здесь воздух был очень плотным, винт за него как следует цеплялся и создавал большую тягу.

Правда, чем выше поднимался самолёт, тем хуже работали его винты: плотность воздуха постоянно падала, и уже на отметке в пять километров она составляла примерно 60% процентов от нормы, а на 10 километрах – уже меньше 30%. То есть для винтов это была почти полная пустота, они уже не могли отталкиваться от воздуха.

Поршневой Lockheed L-1649 Constellation./ Фото: wikimedia.org

Ко всему прочему, на подобных высотах двигатели буквально начинали задыхаться от недостатка кислорода – его не хватало для создания нормальной воздушно-топливной смеси. Проблему попытались решить при помощи турбокомпрессоров и даже достигли определённых результатов, но вес самолёта вырос, конструкция стала намного сложнее, а двигатели – очень прожорливыми.

Потолок самолётов, конечно, удалось поднять, но конструкторы получили не менее серьёзную проблему. Герметичность кабины и салона ещё не вошла в стандарт, а на высоте 7 километров дышать было уже очень сложно. В то время винтовые самолёты достигли своего предела и уже не могли подняться выше, если собирались вести пассажиров далеко и не подвергая их опасности.

2. Современные лайнеры и трение

Рабочая высота — около 10 км./ Фото: forex.ca

С появлением реактивных двигателей конструкторы смогли сделать самолёты гораздо быстрее и вместительнее, но они столкнулись с другой проблемой. С ростом скорости выросло и лобовое сопротивление, и им волей или неволей пришлось увеличивать рабочую высоту лайнеров. Если винтовым самолётам большая высота мешала, то с реактивными было всё наоборот: более разрежённый воздух позволил им выйти на более эффективный режим работы.

Самим же лайнерам была от этого только польза: благодаря стремительному падению плотности воздуха снижалось и лобовое сопротивление, а значит, можно было беспрепятственно лететь ещё быстрее. Самое же интересное, что даже на крейсерских скоростях около 900 километров в час расход топлива не вырастал, а падал.

У реактивных двигателей свои особенности./ Фото: airliners.net

Правда, конструкторы не смогли поднять авиалайнеры ещё выше, где атмосфера ещё менее плотная. Теперь уже реактивные двигатели упёрлись в свой предел – им тоже нужен был кислород для работы. Без достаточного количества воздуха их тяга быстро начинала падать, и уже примерно с высоты 11 километров над поверхностью моря эффективность их работы снижается настолько, что любой выигрыш от пониженной плотности воздуха становится бессмысленным.

На высоте 13 километров пассажирский самолёт всё ещё может лететь, но уже не на крейсерской скорости. Так и выходит, что у пассажирского самолёта есть лишь небольшой промежуток «комфортной» высоты – между 9 и 12 километрами.

3. Подъёмная сила

Подъёмная сила — крыло и высота./ Фото: mungfali.com

Конечно, это не все причины, по которым авиалайнерам приходится летать на такой высоте. 10 километров – это именно та высота, на которой самолёту летать комфортнее всего. Сам процесс полёта строится на законах аэродинамики и разнице давления: грубо говоря, сверху крыла давление ниже, а снизу – выше, поэтому поток воздуха и толкает самолёт вверх.

На небольшой высоте плотность воздуха слишком высокая, и самолёт пытается взобраться по нему, как на горку. На большой высоте воздух слишком разреженный, и лайнер должен сильно задирать нос и расходовать лишнее топливо. В свою очередь, на 10 километрах соблюдается определённый баланс.

Высотный SR-71./ Фото: logoslab.ru

Конечно, можно летать и выше, что, в принципе, и делают военные, но для этого пассажирский лайнер совершенно не подходит. Способный на это самолёт должен иметь особую конструкцию, к примеру, такую же как у высотного разведчика SR-71. Конструкция современных авиалайнеров – это даже не правило, а всего лишь разумный компромисс между сложностью самолёта, расходом топлива и ценой одного перелёта.

4. Тишина в полёте

Гроза под самолётом./ Фото: yaplakal.com

Если бы пассажиры платили только за перелёт, то их можно было бы отправить просто воздушным шаром. Правда, никто не захочет платить авиакомпании, если его будет постоянно трясти и кидать из стороны в сторону. У самолёта есть определённый, строго выверенный маршрут, он не в состоянии облететь по большой дуге район с плохой погодой, и на небольшой высоте пассажирам пришлось бы столкнуться со всеми последствиями этого.

10-11 километров – это та самая высота, где нет мощных вертикальных потоков и гроз, и даже облака здесь редко встречаются. То есть пассажиры смогут расслабиться в полёте и даже увидеть солнце в иллюминаторы, причём независимо от погоды несколькими километрами ниже.

источник