Ви купили дешеві авіаквитки, та повністю організували свою поїздку. І нарешті - влаштовуєтеся зручніше в кріслі літака, слухаючи пояснення бортпровідників про безпеку польоту. Ще трохи, і літак зрушить з місця і потихеньку рушить у бік злітної смуги. У цей момент, мабуть, краще не замислюватися, як відбувається так, що цілий лайнер - з людьми, багажем, їжею та іншим вантажем через десять-двадцять хвилин підніметься у небо, а через кілька годин опиниться за тисячі кілометрів від пункту відправлення. А може, навпаки, якщо будете знати і розуміти, як це відбувається, вам стане спокійніше?
Як літак злітає
Літак зупиняється на смузі, екіпаж готовий до зльоту, диспетчер дозволив зліт. Льотчик відпускає гальма і виводить двигуни на якусь проміжну тягу, потім в процесі розгону доводить тягу до злітної.
Питання: чому під час зльоту і посадки вимикають світло в салоні?
Можливо це робиться тому, що зліт і посадка найвідповідальніші моменти польоту, і двигунам потрібно більше електроенергії. Ось її і економлять в салоні, віддаючи всі сили двигунам.
Ні, це не так, самим двигунам електроенергії потрібно мало. На сучасному турбореактивному або турбогвинтовому двигуні споживачами електроенергії є комп'ютер, керуючий самим двигуном і система генерації високої напруги для свічок запалювання. Є ще різні клапани, керовані подачею або зняттям з них напруги, але це дрібниця. Взагалі-то, логіка управління двигунами така, що навіть при відключенні електроживлення на борту вони не вимкнуться, а будуть продовжувати тягнути літак.
Вимикають світло для того, щоб зменшити силу електричного струму, що відбирається від генератора. При цьому генератор стає легше обертати і двигун витрачає на нього менше механічної енергії, такої необхідної при зльоті.
У процесі посадки двигуни працюють в зменшеному режимі, але на всяк випадок світло теж вимикають. Раптом літак не потрапить на смугу і доведеться йти на друге коло. А це те ж саме, що і зліт.
На сучасних літаках є Flight Management System (FMS) - система контролю за польотом. В неї перед польотом вводиться кількість палива на борту, вага багажу та пасажирів, температура повітря, швидкість і напрямок вітру, барометрична висота аеропорту, довжина злітно-посадкової смуги (ЗПС) і т. д. З цих даних система обчислює оптимальну злітну тягу. Якщо, наприклад, довга смуга, можна не давати повну тягу, а заощадити ресурс двигунів. Літак все одно встигне розігнатися і відірватися від смуги на безпечній швидкості, не виїхавши при цьому за межі ЗПС.
Швидкість польоту
Щоб літак злетів, необхідно, щоб підйомна сила крила перевищила вагу літака. Крило створює підйомну силу тоді, коли його обдуває повітряний потік, тому за швидкість польоту приймається швидкість руху щодо маси повітря. Безпосередньо підйомну силу виміряти не можна, але, знаючи закони аеродинаміки, зокрема те, що величина підйомної сили залежить від квадрата швидкості, кута атаки крила і положення закрилків, можна розрахувати швидкість, при якій можна сміливо потягнути штурвал на себе. Літак спочатку відірве від землі носову стійку шасі, а потім і весь спрямується вгору.
У цей момент швидкість лайнера, в залежності від його розмірів і типу, становить 220-270 кілометрів на годину. Наприклад, Boeing 737 відривається від землі з швидкістю 220 кілометрів на годину, а його «старший брат» Boeing 747 – зі швидкістю 270 кілометрів на годину.
Якщо намагатися відірвати літак на дуже малій швидкості, він не захоче відділитися від землі. Підйомна сила буде недостатньою. Наполегливо намагаючись відірвати його, задираючи вище ніс, можна чиркнути хвостом по смузі. Ремонт буде дуже дорогим!
Під час польоту
Ось наш екіпаж злетів майстерно, і ось ми в повітрі. Далі літаку треба піднятися вище, туди, де повітря більш розріджене. Від щільності повітря залежить сила опору польоту. З цією силою бореться тяга двигунів. Менша щільність повітря на висоті – менше потрібна для горизонтального польоту тяга – менше витрата палива. Економія!
Турбогвинтові літаки піднімаються на висоту приблизно 7-8 км, великі турбореактивні лайнери – 11-12 км, спритні «бізнес-джети» – ще на пару кілометрів вище. А королями висоти, звичайно, є військові літаки.
Набравши після зльоту безпечну висоту, екіпаж включає автопілот, який тепер буде вести літак в залежності від встановленого для нього режиму роботи. Наприклад, продовжувати набір висоти до заданої, при цьому підтримуючи задані швидкість і курс. Поблизу великих аеропортів з великою концентрацією літаків у повітрі є ймовірність, що диспетчер буде часто втручатися в цей процес, задаючи новий курс, вимагаючи змінити швидкість або припинити набір висоти на заданому рівні. Все це робиться для безпечного виведення нашого літака на маршрут до аеропорту прибуття.
Полетівши з завантаженої зони, екіпаж нарешті отримує дозвіл летіти за маршрутом, який введено в навігаційну систему і узгоджений зі службою повітряного руху. Автопілот веде літак за маршрутом, який складається з ланцюжка поворотних пунктів, між якими літак летить по прямій.
Досягнувши заданої висоти, автопілот переводить літак в горизонтальний політ. Тяга двигунів знижується для горизонтального польоту з оптимальною швидкістю (вручну або автоматом тяги). Далі літак летить, поки не наблизиться на певну відстань до аеропорту посадки.
Екіпаж сам приймає рішення, з якої точки маршруту почати зниження. Запитавши дозвіл диспетчера на зниження, льотчик отримує висоту, до якої йому дозволено знижуватися. Виставивши її значення на пульті автопілота, льотчик переводить літак на зниження. Автопілот витримує задану вертикальну швидкість зниження, автомат тяги прибирає газ, щоб не росла швидкість: адже літак тепер «котиться з гори».
А екіпаж тим часом готується до посадки: уточнює погоду в аеропорту приземлення, номер посадкової смуги, на яку доведеться сідати і т. п. залежно від номера смуги уточнюється маршрут завершальної фази польоту.
Посадка літака
Що означає номер смуги і як він впливає на побудову передпосадкового маршруту?
Уявімо собі, що смуга аеропорту на карті розташована горизонтально, тобто з заходу на схід. Якщо сідати на її західний кінець, то літак буде летіти курсом на схід, тобто курсом 90°. Номер смуги в цьому випадку буде 09 (від 90 градусів прибирається «задній» нуль", але так як номер повинен бути двозначним числом, то додається нуль спереду). Якщо літак сідає з протилежного кінця, то він буде летіти курсом 270°. Прибираємо «задній» нуль і отримуємо смугу номер 27. Так що вже знаючи тільки номер, можна собі уявити, як смуга зорієнтована по азимуту, і з якого боку буде заходження на посадку. У великих аеропортах буває по дві паралельні смуги. Щоб їх розрізняти, додають латинські букви L (ліва) і R (права). У нашому прикладі, якщо номер смуги був би 09L, то з протилежного боку ця смуга була б 27R. Паралельна їй була б 09R і 27L відповідно.
Зниження літака триває, диспетчер передає всі нові значення висот, до яких літаку дозволено знизитися, які льотчик тут же вводить в автопілот.
Екіпаж не буде цілитися носом літака прямо в початок запропонованої йому смуги. На смугу треба зайти так, щоб опинитися на її осі в точці, віддаленій від початку смуги на кілька десятків кілометрів і при цьому бути розвернутим носом у бік смуги. Чим більше літаків, тим з більшої відстані йому треба почати передпосадкове зниження на смугу по прямій. Для цього в базі даних навігаційної системи існують допоміжні навігаційні точки, які льотчик може оперативно вибрати і включити в маршрут, а автопілот поведе за нього літак.
Виконавши останній розворот у бік смуги, літак летить по прямій (по осі смуги), поступово знижуючись, поступово випускаючи закрилки на все більший кут, щоб швидкість польоту зменшувалася, а підйомна сила залишалася здатною тримати літак у повітрі. На деякій відстані від смуги навігаційна система починає надійно вловлювати радіосигнали маяків аеропорту.
Тоді автопілот переходить в режим посадки: продовжує вести літак уздовж осі смуги, грунтуючись на сигналі курсового маяка. І одночасно по глісаді - уявної лінії, яка починається в точці, де літак повинен торкнутися колесами смуги, і спрямованої під кутом близько 3° вгору і в бік літака. Таким чином літак з невеликою вертикальною швидкістю наближається до землі. Раніше задана льотчиком вертикальна швидкість зниження або задана висота горизонтального польоту до входу в глісаду вже не мають значення.
На цьому етапі автомат тяги забезпечує стабільність швидкості польоту, додаючи або прибираючи тягу. Випуск закрилків збільшує опір польоту - тягу потрібно збільшити, кілометрів за п'ять до смуги, пішли на випуск стійки шасі - ще додати обертів. На менш крутих літаках льотчик тягу регулює вручну за покажчиком швидкості.
Щоб було простіше відслідковувати швидкість польоту і виключити можливість помилки (на цьому етапі польоту це дуже небезпечно!) покажчики швидкості обладнані так званими «жучками» (bugs). Їх можна рухати по дузі шкали, встановлюючи проти потрібного значення швидкості (на нових літаках з електронним відображенням даних теж є «жучки» на шкалі швидкості).
Задовго до посадки екіпаж визначає посадкову вагу літака з урахуванням згорілого палива та по таблиці виставляє кольорові «жучки» в потрібні місця. Потім не треба буде робити ніяких обчислень, зчитувати значення швидкостей і т. п. Треба буде просто утримувати стрілку проти потрібного «жучка», і все.
На випадок помилки і втрати швидкості нижче допустимої, всі цивільні літаки обладнані системою трясіння штурвалу (stick shaker). Якщо швидкість мала, штурвал в прямому сенсі слова починає трясти, включається звукова і світлова сигналізація. Якщо льотчик продовжує «випробовувати долю», і швидкість продовжує падати, спрацьовує штовхач штурвалу (stick pusher), змушує літак опустити ніс і розігнатися хоча б за рахунок втрати висоти. Якщо запасу висоти немає, то логіка управління не дасть штовхальника спрацювати і тим самим загнати літак в землю.
Так ось. На початку заходу, витримуємо стрілку проти самого «швидкісного жучка», перед випуском закрилків на малий кут знижуємо швидкість до наступного «жучка». І так поетапно, до так званого «витримування» літака, коли він летить горизонтально на висоті менше метра, тяга двигунів прибрана до польотного мінімуму. Літак втрачає залишки швидкості і опускається спочатку на основні стійки, а потім і на носову.
Хоча для польоту швидкість вже недостатня, але вона все ще дуже велика - 150-200 км/год. Літак на початку приземлення гальмуює реверсуванням тяги двигунів, а потім - дисковими гальмами в основних колесах.
Все, прилетіли. Дотримуйтесь інструкцій стюардес і до нових приємних польотів!