Літак весь у владі повітряних хвиль. Авіація майбутнього: пасажирські дрони, надзвук та біодизайн. За законами природи

Правовласник ілюстрації Airbus Image caption Приклад того, як у майбутньому зможе виглядати силовий набір літального апарату Airbus. Замість звичного "скелета" зі шпангоутів, стрингерів та лонжеронів - легка сітка складної форми

Чи можливе, щоб саме уявлення про політ повністю змінилося? Не виключено, що у майбутньому саме так воно й буде. Завдяки новим матеріалам та технологіям можуть з'явитися пасажирські дрони, а в небо повернуться надзвукові авіалайнери. Російська служба Бі-бі-сі проаналізувала інформацію про новітніх проектах Airbus, Uber, Toyota та інших компаній, щоб визначити, в якому напрямку розвиватиметься авіація у майбутньому.

• Чи готові ви літати безпілотними літаками?
• У Сінгапурі розпочалися випробування безпілотного таксі
• А ви б полетіли на безпілотному авіалайнері?

Міське небо

Нині над містами відносно вільним залишається досить великий прошарок атмосфери заввишки до кілометра. Цей простір використовують спеціальна авіація, гелікоптери, а також окремі приватні чи корпоративні літаки.

Але в цьому прошарку вже починає розвиватися новий вид повітряного транспорту. У нього багато назв – міська чи персональна авіація, авіатранспортна система майбутнього, небесне таксі тощо. Але його суть була сформульована ще на початку XIX століття художниками-футурологами: кожен отримає можливість користуватися невеликим літальним апаратом для польотів на невеликі відстані.

Правовласник ілюстрації Hulton Archive Image caption Так художник у 1820 році уявляв собі майбутнє. Індивідуальний літальний апарат був присутній на таких картинках вже тоді

• Над якими проектами працюють авіаконструктори по всьому світу

Інженери ніколи не розлучалися з цією мрією. Але досі заважала відсутність міцних та легких матеріалів та недосконала електроніка, без якої не можна запустити безліч невеликих апаратів. З появою високоміцного та легкого вуглепластику та розвитком портативних комп'ютерів все змінилося.

Нинішній етап створення міського аеромобільного транспорту чимось нагадує 1910-ті роки, початок історії літакобудування. Тоді конструктори не відразу знайшли оптимальну форму літака та сміливо експериментували, створюючи химерні конструкції.

Зараз загальне завдання – зробити літальний апарат для міського середовища – також дозволяє будувати найрізноманітніші апарати.

Корпорація Airbus, наприклад, розробляє відразу три великі проекти - пілотований одномісний Vahana, який, за планами корпорації, зможе полетіти вже наступного року, а до 2021 року буде готовий до комерційних польотів. Два інших проекти: CityAirbus, безпілотне таксі-квадрокоптер на кілька людей, та Pop.Up, який корпорація розробляє спільно з Italdesign. Це одномісний безпілотний модуль, який можна буде використовувати на колісному шасі для поїздок містом, а також підвішувати до квадрокоптера для польотів.

Airbus Pop.Up та CityAirbus використовують принцип квадрокоптера, а Vahana – конвертоплан (тобто апарат, який злітає по-вертольотному, а потім розвертає двигуни і далі рухається як літак).

Схеми квадрокоптера та конвертоплану – нині основні для пасажирських дронів. Квадрокоптери набагато стабільніші під час польоту. А конвертоплани дозволяють розвивати більшу швидкість. Але обидві схеми дозволяють вертикально злітати та сідати. Це ключова вимога для міської авіації, оскільки звичайному літаку потрібна злітно-посадкова смуга. А це означає, що знадобиться будівництво додаткової інфраструктури для міста.

Серед інших помітних проектів - Volocopter німецької компанії eVolo, який є мультикоптером з 18 пропелерами. Це поки що найуспішніший проект повітряного таксі, восени 2017 року в Дубаї вже розпочали його тестування. У червні керуюча транспортна компанія Дубая про це з eVolo.

Правовласник ілюстрації Lilium Image caption Lilium рухається за рахунок 36 електричних турбін, встановлених у ряд на площинах та у двох блоках у передній частині апарату

Ще один проект з Німеччини – Lilium – цікавий незвичайним компонуванням. Це електричний конвертоплан на 36 невеликих турбін, встановлених двома блоками вздовж крила, та ще з двома блоками в передній частині апарату. Компанія вже розпочала тестові польоти у безпілотному режимі.

Японський автовиробник Toyota інвестує у проект Cartivator.

А онлайн-сервіс таксі Uber також розробляє свою безпілотну систему, у цьому проекті він тісно співпрацює з НАСА з розробки технологій та програмного забезпеченнясервісу у містах із високою щільністю населення.

Правовласник ілюстрації Ethan Miller/Getty Images Image caption Пасажирський дрон EHang 184, створений у китайській компанії Beijing Yi-Hang Creation Science & Technology Co., Ltd. у 2016 році

Серед авіаційних експертів чимало як прихильників безпілотних міських перевезень пасажирів, так і скептиків.

Серед останніх – головний редактор Avia.ru Роман Гусаров. Головна проблема, на його думку, - невисока потужність електродвигунів та акумуляторів. І ефективні пасажирські дрони навряд чи з'являться в найближчому майбутньому, незважаючи на те, що в їх розробку вкладається багато коштів.

"Технології ще достатньо сирі і створювані з їх використанням системи схильні до технічних збоїв", - зазначив в інтерв'ю Бі-бі-сі головний редактор порталу uav.ru Денис Федутинов.

За його словами, подібні проекти можуть бути просто гарним рекламним ходом та можливістю показати, що компанія займається передовими дослідженнями. Він також не виключає, що на тлі захоплених публікацій у пресі може виникнути багато стартапів, які, знайшовши гроші інвесторів, так і не зможуть створити літаючий пасажирський дрон.

Виконавчий директор Infomost Consulting (компанія займається консалтингом у галузі транспорту) Борис Рибак вважає, що наразі найбільшою проблемою у цій сфері є страх. Люди ще довго боятимуться довіряти своє життя літальному апарату без пілота.

"Коли з'явилися перші саморушні бензинові візки, з чадом, димом і гуркотом їхали вони поряд з конями, і народ розбігався. Але це нормально, тоді було страшно, і зараз страшно", - сказав Рибак.

Між домомаміта птахівамі

В даний час НАСА та Федеральне управління цивільної авіаціїСША працюють над програмою "Управління рухом безпілотних авіаційних систем" (Unmanned Aircraft System (UAS) Traffic Management (UTM)). Саме в рамках цієї програми з НАСА та ФАА співпрацює компанія Uber.

Розвиток технологій у цій галузі сильно випереджає розробку правил їх регулювання. Американську програму почали розробляти у 2015 році, але в дорожній картіЇї розробки поки що навіть не відзначено термін створення правил для польотів у густонаселених міських районах.

Правовласник ілюстрації Italdesign Image caption Пасажирську капсулу Pop.Up можна буде використовувати на колісному шасі або причіпляти до квадрокоптера

При цьому маються на увазі польоти дронів по доставці пошти та відеозйомці новин. А про перевезення пасажирів у програмі поки що взагалі нічого не йдеться.

Судячи з даних презентацій, вивчених Російською службою Бі-бі-сі, у майбутньому польоти пасажирських дронів у містах регулюватимуться через будівництво маршрутів у повітряних коридорах. Такий самий принцип діє в сучасній цивільній авіації. При цьому дрони будуть активно взаємодіяти між собою та моніторити повітряний простірнавколо, щоб уникнути зіткнень з іншими дронами та іншими об'єктами повітря (наприклад, з птахами).

Однак, як вважає Борис Рибак, набагато ефективнішою була б система, побудована за принципом вільного польоту, де маршрути вишиковувалися б комп'ютерами з урахуванням місцезнаходження всіх апаратів у повітрі.

• Британія починає випробування безпілотних вантажівок
• Рухи кенгуру заплутали безпілотні автомобілі

Чи залишиться Росія осторонь?

У Росії влада також намагається робити обережні кроки щодо регулювання польотів безпілотників у міському середовищі. Так, вже давно цікавиться безпілотниками компанія "Ростелеком". Вона є підрядником компанії "Російські космічні системи", Яка у листопаді 2015 року виграла конкурс Роскосмосу на 723 млн рублів (12,3 млн доларів) на створення інфраструктури Федерального мережевого оператора.

Правовласник ілюстрації Tom Cooper/Getty Images Image caption Ще один проект надзвукового бізнес-джету- XB-1 американської компанії Boom Technology

Ця інфраструктура повинна буде забезпечити спостереження за транспортом та безпілотними апаратами (включаючи літальні), наземним та водним пілотованим та безпілотним транспортом, залізничним транспортом, пояснював представник "Ростелекому" Оператор створює дослідний зразок інфраструктури, яка контролюватиме рух транспорту, насамперед дронів, і готовий витратити на субпідрядників близько 100 млн рублів (1,7 млн ​​доларів).

Заступник голови департаменту науки, промислової політики та підприємництва міста Москви Андрій Тихонов розповів Бі-бі-сі, що в російській столиці поки що немає умов для появи пасажирських дронів.

По-перше, не до кінця опрацьовано нормативну базу для безпілотних літальних та наземних апаратів. По-друге, московська інфраструктура поки що не пристосована для масового транспортування вантажів і пасажирів на безпілотних апаратах. вантажів, які поки що знаходяться на стадії тестування і мають отримати відповідну документацію для роботи в міських умовах.

Щоправда, за його словами, ці проблеми не так зупиняє влада міста, як змушує шукати шляхи їх вирішення.

Швидше за звук

Інший напрямок, над яким працюють у багатьох авіабудівних корпораціях – надзвукові пасажирські перевезення.

Ця ідея зовсім не нова. 22 листопада виповнюється 40 років початку регулярних комерційних рейсів між Нью-Йорком, Парижем та Лондоном на літаках "Конкорд". У 1970-х ідею надзвукових перевезень втілили British Airways разом із Air France, а також "Аерофлот" на Ту-144 Але на практиці з'ясувалося, що технології на той час не придатні для цивільної авіації.

У результаті радянський проект згорнули після семи місяців експлуатації, а британо-французький – після 27 років.

Правовласник ілюстрації Evening Standard Image caption "Конкорд", як і Ту-144, випередив час, але показав, як складно зробити надзвуковий пасажирський літак

Головною причиною, через яку було згорнуто проекти Concorde і Ту-144, зазвичай називають фінанси. Ці літаки були найдорожчим задоволенням.

Двигуни таких апаратів споживають набагато більше пального. Для таких літаків потрібно було створювати свою інфраструктуру. Ту-144, наприклад, використовував свій вид авіаційного палива, набагато складніший за складом, він потребував особливого технічного обслуговування, більш ретельного і дорогого. Для цього літака доводилося тримати навіть окремі трапи.

Ще однією серйозною проблемою, окрім складності та вартості обслуговування, став шум. Під час польоту на надзвуковій швидкості всіх передніх кромках елементів літака виникає сильне повітряне ущільнення, що породжує ударну хвилю. Вона тягнеться за літаком у вигляді величезного конуса, і коли досягає землі, то людина, через яку вона проходить, чує оглушливий звук, схожий на вибух. Саме через це польоти "Конкордів" над територією США на надзвуковій швидкості були заборонені.

І саме з шумом зараз насамперед намагаються боротися конструктори.

Після припинення польотів "Конкорду" спроби збудувати новий, більш ефективний надзвуковий пасажирський літак не припинялися. І з появою нових технологій у галузі матеріалів, двигунобудування та аеродинаміки про них почали говорити все частіше.

У світі розробляється одразу кілька великих проектів у галузі надзвукової цивільної авіації. Здебільшого це бізнес-джети. Тобто проектувальники спочатку намагаються націлитись на той сегмент ринку, де вартість квитків та обслуговування відіграє меншу роль, ніж на маршрутних перевезеннях.

Правовласник ілюстрації Aerion Image caption Літак AS2 компанія Aerion розробляє у партнерстві з Airbus

НАСА спільно з корпорацією Lockheed Martin розробляє надзвуковий літак, намагаючись насамперед вирішити проблему звукового бар'єру. Технологія QueSST включає пошук особливої ​​аеродинамічної форми літального апарату, яка як би "розмазувала" жорсткий звуковий бар'єр, роблячи його нерізким і менш галасливим. Наразі в НАСА вже розробили вигляд літака, а його льотні випробування можуть розпочатися у 2021 році.

Ще один помітний проект – AS2, який розробляє компанія Aerion у партнерстві з Airbus.

Airbus також працює над проектом Concord 2.0. Цей літак планується оснастити трьома типами двигунів - ракетним у хвостовій частині та двома звичайними реактивними, за допомогою яких літак зможе злітати майже вертикально, а також одним прямоточним, який вже розганятиме апарат до швидкості 4,5 Маха.

Щоправда, подібними проектами Airbus займаються досить обережно.

"Airbus продовжує дослідження в галузі надзвукових/гіперзвукових технологій, ми також вивчаємо ринок, щоб зрозуміти, чи будуть такі проекти життєздатні і здійсненні, - йдеться в офіційному коментарі Airbus для Російської служби Бі-бі-сі. - Ми не бачимо ринку для таких літаків в даний момент і в найближчому майбутньому через високі витрати таких систем. Це може змінитися з появою нових технологій, або зі зміною економічної або соціальної обстановки.

Media playback is unsupported on your device

Чи можна відродити "Конкорд"?

Передбачити, чи буде попит на такі літаки справді складно. Борис Рибак зазначає, що паралельно з авіаційними розвивалися й інформаційні технології, і тепер бізнесмен, якому необхідно швидко вирішити питання з іншого боку Атлантики, часто може зробити це не особисто, а інтернетом.

"Летети бізнес-класом або в бізнес-джеті шість годин з Лондона до Нью-Йорка. А так ти технічно витратиш чотири, ну три сорок. Чи варта ця вичинки?" - сказав Рибак з приводу надзвукових перельотів.

За досвідом Ту-144

Проте інші російські авіаційні спеціалісти вважають інакше. Надзвукові літаки зможуть посісти своє місце на ринку, вважає ректор Московського авіаційного інституту Михайло Погосян, колишній керівник Об'єднаної авіабудівної корпорації.

"Надзвуковий літак дає можливість вийти на якісно інший рівень, він дозволяє економити глобально час - добу. Прогнози ринку говорять про те, що впровадження таких технологій і таких проектів буде пов'язане з вартістю такого польоту. Якщо така вартість буде прийнятною і не буде в Якщо відрізнятися від вартості польоту на дозвуковому літаку, то я вас запевняю, що ринок є", - сказав він Російській службі Бі-бі-сі.

Погосян виступив на форумі Aerospace Science Week у МАІ, де він зокрема розповів про перспективи створення надзвукового літака за участю російських фахівців. Російські підприємства (ЦАГИ, МАІ, ОАК) беруть участь у великій європейській науково-дослідній програмі Horizon 2020, один із напрямів якої - розробка надзвукового пасажирського літака.

Погосян перерахував головні властивості такого літака - низький рівень звукового удару (інакше літак не зможе літати над населеними територіями), двигун циклу, що змінюється (йому необхідно добре працювати на дозвуковій швидкості і на надзвуковій), нові термостійкі матеріали (на надзвуковій швидкості літак сильно нагрівається), штучний інтелект, а також те, що управляти таким літаком, може один пілот.

При цьому ректор МАІ переконаний, що проект надзвукового літака можна створити лише на міжнародному рівні.

Правовласник ілюстрації Boris Korzin/TASS Image caption За словами Сергія Чернишова, у Росії збереглася школа створення надзвукових пасажирських літаків

Керівник Центрального аерогідродинамічного інституту імені професора М. Є. Жуковського (ЦАГІ) Сергій Чернишев розповів на форумі, що російські фахівці беруть участь у трьох міжнародних проектах у галузі надзвукової пасажирської авіації- Hisac, Hexafly та Rumble. Усі три проекти не ставлять за мету створити кінцевий комерційний продукт. Їхнє головне завдання - дослідити властивості надзвукового та гіперзвукового апарату. За його словами, зараз авіабудівники створюють ще лише концепцію такого літака.

В інтерв'ю Бі-бі-сі Сергій Чернишов сказав, що сильною стороною російських авіабудівників є досвід створення надзвукових літаківта їх експлуатації. За його словами, це сильна аеродинамічна школа, великий досвід проведення випробувань, зокрема, й у екстремальних умовах. У Росії також "традиційно сильна школа матеріалознавців", - додав він.

"Мій суб'єктивний прогноз: на горизонті 2030-35 року з'явиться [бізнес-джет]. Академік Погосян вважає, що між 2020-м та 2030 роком. Десять років він їм дав. Це так, але все-таки ближче до 2030 року", – сказав Сергій Чернишов.

"Звичайні" незвичайні лайнери

Головне завдання авіаконструкторів сьогодні – домагатися збільшення паливної ефективності літака, знижуючи при цьому шкідливі вихлопи та шум. Друге завдання – розробляти нові системи управління, де комп'ютер виконуватиме все більше завдань.

Зараз уже нікого не здивувати електродистанційною системою керування літаком, коли сигнали від ручки керування чи штурвала, педалей та інших органів передаються до кермів та інших елементів механізації у вигляді електросигналів. Подібна система дозволяє бортовому комп'ютеру контролювати дії льотчика, вносячи корективи та виправляючи помилки. Однак ця система – вже вчорашній день.

• Останній надзвуковий "Конкорд" здали до музею
• Перший у світі авіалайнер із термоядерним реактором: як скоро?
• Чому авіабудівні корпорації виготовляють однакові літаки?

Як розповів Бі-бі-сі віце-президент корпорації "Іркут" з маркетингу та продажу Кирило Будаєв, російська компанія працює над системою, коли літаком керуватиме лише один пілот, а функції другого при зльоті та посадці виконуватиме спеціально підготовлений старший бортпровідник. Під час польоту літака на ешелоні одного пілота цілком достатньо, вважають у Іркуті.

За законами природи

Ще одне серйозне нововведення, що з'явилося останнім десятиліттям - композитні матеріали. Розробку легкого та міцного пластику можна порівняти із застосуванням алюмінію у післявоєнній авіації. Цей матеріал разом із появою ефективних турбореактивних двигунів змінив вигляд літаків. Тепер така сама революція відбувається з композитом, який поступово витісняє метал із конструкцій літаків.

При проектуванні літаків все частіше використовується тривимірний друк, який дозволяє створювати складніші форми з високою точністю. І добиватись зниження споживання палива.

Наприклад, Airbus і Boeing використовують нові двигуни сімейства LEAP виробництва CFM International. Форсунки у цих двигунах надруковані на тривимірному принтері. І це дозволило підвищити паливну ефективність на 15%.

Крім того, зараз авіаційна промисловістьпочала активніше освоювати біонічний дизайн.

Біоніка – прикладна наука, яка вивчає можливості практичного застосуванняу різних технічних пристроях принципів та структур, що з'явилися у природі завдяки еволюції.

Правовласник ілюстрації Airbus Image caption Кронштейн, спроектований за допомогою біонічних технологій

Ось простий приклад - на знімку вище зображено кронштейн, аналогічний тому, що використовується літак Airbus. Зверніть увагу на його форму - зазвичай такий елемент є суцільним шматком металу трикутної форми. Однак, розрахувавши на комп'ютері сили, які будуть прикладені до різних його частин, інженери з'ясували, які частини можна видалити, а які видозмінити таким чином, щоб не тільки полегшити, а й посилити такий компонент.

Набагато складніша робота була проведена групою вчених на чолі з професором Технічного університету Данії Нільсом Ааге. У жовтні 2017 року вони опублікували в журналі Nature доповідь, в якій розповіли про те, як вони розрахували на французькому суперкомп'ютері Curie силовий набір крила авіалайнера Boeing 777 – складну структуру досить тонких перемичок та розпірок.

В результаті, як вважають дослідники, вага двох крил літака можна було б знизити на 2-5%, не втративши міцності. Зважаючи на те, що обидва крила в сумі важать 20 тонн, це дало б економію до 1 тонни, що відповідає передбачуваному скороченню витрати палива 40-200 тонн на рік. Але ж це вже суттєво, чи не так?

При цьому біонічний дизайн у майбутньому, як вважають в авіабудівних корпораціях, застосовуватиметься дедалі більше. Літак на першій ілюстрації до цього тексту - лише ескіз інженерів Airbus, але на ньому вже видно, за яким принципом створюватиметься силовий набір літаків майбутнього.

Електрика

Двигун - найголовніша та найдорожча частина літака. І саме він визначає конфігурацію будь-якого літака. В даний час більшість авіаційних двигунів - або газогенераторні або внутрішнього згоряння, бензинові або дизельні. Лише найменша частина з них працює електрикою.

За словами Бориса Рибака, усі десятиліття існування реактивної авіації розробка принципово нових авіаційних моторів не велася. Він бачить у цьому прояв лобі нафтових корпорацій. Так це чи ні, але за весь післявоєнний час ефективного двигуна, який не спалював би вуглеводневе паливо, так і не з'явилося. Хоча зазнавали навіть атомні.

Нині у світовій авіаційній промисловості ставлення до електрики сильно змінюється. У світовій авіації з'явилася концепція "Більш електричний літак". Вона має на увазі велику в порівнянні з сучасними електрифікацію вузлів і механізмів апарату.

У Росії технологіями в рамках цієї концепції займається холдинг "Технодинаміка", що входить до "Ростеху". Компанія розробляє електроприводи реверсу для майбутнього російського двигуна ПД-14, приводи паливної системи, прибирання-випуску шасі.

"У довгостроковій перспективі ми, звичайно, розглядаємо проекти великих комерційних літаків. І в цих великих літаках ми, швидше за все, використовуватимемо гібридну рухову установку, перш ніж перейти повністю на електротягу, - йдеться в коментарі Airbus. - Справа в тому, що ставлення потужності до ваги в сучасних акумуляторах ще дуже далеко від того, що нам потрібно. Але ми готуємося до майбутнього, в якому це можливо.

Багато людей бояться літати літаками. Психологи стверджують, що є навіть таке поняття, як «аерофобія». Пацієнти з таким діагнозом відчувають справжній жах від однієї думки про те, щоб піднятися в повітря. Найсильніші негативні емоції викликають попадання в повітряні ями та турбулентність. Подібні моменти неприємні навіть для тих, хто не має страху перед польотами. Однак пілоти стверджують, що насправді це цілком звичайне природне явище, яке можна пояснити науковою мовою, і жодного лиха воно пасажирам авіалайнера не принесе. Сьогодні ми вирішили розповісти вам, що таке повітряна яма, і чи варто її боятися.

Пояснення терміна

Звичайній людині досить складно зрозуміти, що ж насправді є повітряною ямою. Кожен розуміє, що у небі немає шосе і дорожнє покриття, отже, може бути ніяких ям. Наприклад, коли йдеться про керування автомобілем будь-якому абсолютно ясно, що на дорозі може виникнути перешкода або яма, яку досвідчений водій зможе обрулити. А от як бути, якщо ви потрапили до повітряної ями? Чи можна її проминути? І наскільки вона небезпечна? На всі ці питання ми відповімо у наступних розділах статті. Але давайте розбиратися у цій непростій темі поступово.

Вчені вже давно з'ясували, що повітряні потоки є неоднорідними. Вони мають різну спрямованість, температуру і навіть густину. Все це позначається на авіалайнерах, що прямують за певними маршрутами. Якщо літак зустрічає на шляху потоки нижчої температури, створюється повна ілюзія короткочасного падіння. Тоді ми зазвичай кажемо, що судно провалилося у повітряну яму. Однак насправді це лише ілюзія, яку легко пояснити за допомогою сучасної науки.

Східні та висхідні потоки

Щоб зрозуміти, як утворюються повітряні ями, необхідно отримати повне уявлення про рух повітряних потоків. Відповідно до законів фізики, нагріте повітря завжди піднімається нагору, а охолоджене опускається вниз. Теплі потокиназивають висхідними, вони завжди прагнуть вгору. А холодне повітря прийнято вважати низхідним, і воно подібно до воронки тягне вниз усе, що трапляється йому на шляху.

Саме через рух цих потоків утворюються такі нелюбимі пасажирами повітряні ями при польоті. Вони змушують мандрівників випробувати дуже неприємні відчуття, які багато хто довго не може забути.

Принцип утворення повітряних ям

Незважаючи на те, що сучасна авіабудівна промисловість вже давно оснастила свої нові лайнери великою кількістю технологічних новинок, покликаних зробити політ комфортним і безпечним, досі нікому не вдалося позбавити пасажирів від неприємних відчуттів, спричинених низхідними повітряними масами. Отже, літак потрапив до повітряної ями. Що відбувається з ним зараз?

Навіть під час польоту в добрих погодних умовахавіалайнер може натрапити на потік холодного повітря. Так як він є низхідним, то починає суттєво гальмувати швидкість підйому літака. Примітно, що прямою він йде з колишніми показниками, проте трохи втрачає висоту. Зазвичай це триває лише кілька миттєвостей.

Потім авіалайнер зустрічається зі висхідним потоком, який починає виштовхувати його вгору. Це дозволяє повітряному судну набрати колишню висоту та продовжити політ у штатному режимі.

Відчуття пасажирів

Тим, хто ніколи не потрапляв у повітряні ями, досить складно зрозуміти, що відчувають пасажири літаків. Зазвичай люди скаржаться на те, що вони відчувають спазми в шлунку, що підступає до горла нудоту і навіть невагомість, що триває частки секунд. Усе це супроводжується ілюзією падіння, яка сприймається максимально реалістично. Сукупність відчуттів призводить до неконтрольованого страху, саме він надалі не дозволяє більшості людей спокійно переносити перельоти та викликає аерофобію.

Чи варто панікувати?

На жаль, жоден високопрофесійний пілот не зможе обминути повітряну яму. Її неможливо облетіти і навіть марка та клас літака не зможуть уберегти пасажирів від неприємних вражень.

Пілоти стверджують, що в момент потрапляння в низхідний потік літак на якийсь час втрачає керування. Але панікувати через це не варто, подібна ситуація триває не більше кількох секунд і, крім неприємних відчуттів, нічим не загрожує мандрівникам.

Однак необхідно знати, що в повітряній ямі авіалайнер зазнає серйозного тиску. У цей момент літак потрапляє у «болтанку» чи турбулентність, яка, у свою чергу, додає наляканим пасажирам неприємних відчуттів.

Коротко про турбулентність

Дане явище завдає мандрівникам безліч незручностей, але насправді воно не є небезпечним і не може призвести до катастрофи авіалайнера. Вважається, що навантаження на літак під час турбулентності анітрохи не вище ніж на автомобіль, що рухається нерівною дорогою.

Зона турбулентності утворюється тоді, коли трапляються повітряні потоки з різною швидкістю. У цей момент утворюються вихрові хвилі, які викликають «болтанку». Примітно, що у деяких маршрутах турбулентність виникає регулярно. Наприклад, під час польотів над горами літак завжди трясе. Подібні зони бувають досить тривалими, і «болтанка» може тривати від кількох хвилин до півгодини.

Причини турбулентності

Про найпоширенішу причину виникнення «болтанки» ми вже розповіли, але, крім цього, викликати її можуть інші чинники. Наприклад, повітряний лайнер, що пролетів попереду, часто сприяє утворенню завихрень, а вони, у свою чергу, формують зону турбулентності.

Неподалік поверхні землі повітря прогрівається нерівномірно, тому й створюються вихрові потоки, які стають причиною турбулентності.

Примітно, що пілоти порівнюють польоти в хмарах руху по шосе з ямами та вибоїнами. Тому в хмарну погоду пасажири найчастіше відчувають усі «принади» перельоту в тремтячому літаку.

Небезпеки турбулентності

Більшість пасажирів цілком серйозно вважають, що турбулентність може порушити герметичність салону і призвести до катастрофи. Але насправді це найбезпечніше явище з усіх можливих. Історія авіаперевезень не знає випадку, коли потрапляння до «болтанки» призвело б до фатальних наслідків.

Авіаконструктори завжди закладають у корпус літака певний запас міцності, який спокійно витримає і турбулентність, і грозу. Звичайно, подібне явище викликає у пасажирів тривогу, неприємні емоції та навіть паніку. Але насправді необхідно просто спокійно перечекати цей момент, не піддаючись власним страхом.

Як поводитися під час польоту: кілька простих правил

Якщо ви дуже боїтеся літати, а думки про повітряних ямахі турбулентності викликають у вас почуття жаху, то постарайтеся дотримуватися ряду простих правил, які істотно полегшать ваш стан:

• не вживайте алкоголь під час польоту, він лише посилить неприємні емоції;
• Постарайтеся пити воду з лимоном, вона зніме напади нудоти при попаданні в повітряні ями;
• перед подорожжю налаштуйте себе на позитивний лад, інакше ви весь час будете мучитися від передчуттів та негативних емоцій;
• обов'язково пристібаються ременями, під час проходження зони турбулентності пасажири можуть бути травмовані;
• якщо ви дуже сильно боїтеся літати, то вибирайте більші моделі літаків, які менш чутливі до різного роду трясіння.

Сподіваємося, що після прочитання нашої статті ваш страх перед перельотами стане менш гострим, а наступна повітряна подорож пройде легко і приємно.

Дивовижне видовище – конус пари, що з'являється довкола літака, що летить на навколозвуковій швидкості. Цей дивовижний ефект, відомий як ефект Прандтля - Глоєрта, змушує очі широко розплющитися, а щелепа відвиснути. Але в чому його суть?

(Всього 12 фото)

1. Попри загальну думку, цей ефект з'являється не тоді, коли літак долає звуковий бар'єр. Ефект Прандтля - Глоєрта також часто асоціюють із надзвуковою бавовною, що теж не правильно. Двигуни літаків із надвисоким обходом можуть створювати цей ефект на швидкості зльоту, тому що вхідний пристрій двигуна має низький тиск, а лопатки вентилятора власними силами працюють на навколозвуковій швидкості.

2. Причина його виникнення полягає в тому, що літак, що летить на високій швидкості, створює область підвищеного тиску повітря попереду себе і область зниженого тиску позаду. Після прольоту літака область зниженого тиску починає заповнюватися навколишнім повітрям. При цьому через досить високу інерцію повітряних мас спочатку вся область низького тиску заповнюється повітрям з прилеглих областей, прилеглих до області низького тиску.

3. Подайте об'єкт, що рухається на навколозвуковій швидкості. Навколозвукова швидкість відрізняється від швидкості звуку. Звуковий бар'єр долається на швидкості 1235 км/год. Навколозвукова швидкість нижче, вище або близько швидкості звуку і може змінюватись від 965 до 1448 км/год. Тому цей ефект може з'явитися, коли літак рухається зі швидкістю, меншою за швидкість звуку або рівною їй.

4. І все ж таки річ у звуку – саме від нього залежить «видимість» цього парового конуса за літаком. Форма конуса утворюється силою звуку (у разі літаків), що рухається швидше, ніж звукові хвилі, які вона виробляє. Ефект Прандтля – Глоєрта виникає внаслідок хвильової природи звуків.

5. Знову ж таки, подумайте про літак, як про джерело, а про звук – як про гребень хвилі. Ці гребені звукових хвиль являють собою серію або оболонку кіл, що накладаються один на одного. Коли хвилі накладаються одна на одну, створюється форма конуса, та її кінчик – джерело звуку. Поки що невидимого.

6. Щоб ефект став видимим для людського ока, потрібна ще одна річ – вологість. Коли вологість досить висока, повітря навколо конуса конденсує та утворює хмару, яку ми бачимо. Як тільки тиск повітря повертається у нормальний стан, хмара зникає. Ефект майже завжди виникає у літаків, що летять над океаном – комбінація води і спеки дає необхідний рівень вологості.

7. Тут можна зруйнувати ще один. Деякі вважають, що ефект Прандтля – Глоєрта виникає внаслідок згоряння палива.

8. Напевно, вас можна зрозуміти, якщо ви вважаєте, що цей ефект – інверсійний слід, тобто неприродна хмара, що з'являється з конденсованої водяної пари, яка виробляється вихлопами двигуна. Однак це не одне й те саме. Водяна пара вже є там - вона вже в повітрі, ще до того, як через неї пройде літак.

9. Варто також згадати тиск повітря. Коли літак рухається на навколозвуковій швидкості, тиск повітря навколо називається N-хвильою, тому що коли тиск залежить від часу, результат схожий на букву N.

10. Якби ми могли сповільнити вибухову хвилю, що проходить через нас, ми побачили б провідний компонент стиснення. Це початок N. Горизонтальна паличка виникає, коли тиск опускається, а коли нормальний тиск атмосфери повертається до фінальної точки, створюється буква N.

11. Ефект названо на честь двох видатних учених, які відкрили це явище. Людвіг Прандтль (1875 - 1953) був німецьким вченим, що вивчав розвиток систематичного математичного аналізу в аеродинаміці. Герман Глоерт (1892 – 1934) був британським вченим-аеродинаміком.

12. Хочете вірте, хочете ні, але ви можете створити цей ефект. Вам потрібно всього дві речі: батіг і день з високою вологістю повітря. Якщо ви зможете хвацько хльоснути батогом, як Індіана Джонс, ви побачите подібний ефект. Хоча вдома це пробувати не варто.

Малі безпілотні літальні апарати з кожним роком набувають все більшого поширення - їх використовують у зйомках телепередач та музичних кліпів, для патрулювання територій або просто заради задоволення. Управління дронами не вимагає спеціального дозволу, а їхня вартість постійно знижується. У результаті авіаційна влада деяких країн вирішила вивчити, чи становлять ці пристрої небезпеку для пасажирських літаків. Результати перших досліджень вийшли суперечливими, але в цілому регулятори дійшли висновку, що польоти приватних дронів слід взяти під контроль.

У липні 2015 року літак авіакомпанії Lufthansa, який заходив на посадку в аеропорту Варшави, мало не зіткнувся з мультикоптером, пролетівши на відстані менше ніж сто метрів від нього. У квітні 2016 року пілоти пасажирського літака компанії British Airways, що приземлився в аеропорту Лондона, доповіли диспетчерам про зіткнення з дроном під час заходу на посадку. Пізніше, щоправда, слідство дійшло висновку, що ніякого дрона не було, а те, що льотчики прийняли за нього, швидше за все, було звичайним пакетом, піднятим вітром із землі. Втім, уже в липні 2017 року в британському аеропорту «Гатвік» літак мало не зіткнувся з дроном, після чого диспетчери змушені були закрити для посадки одну смугу і перенаправити п'ять рейсів на резервні смуги.

За даними британської дослідницької організації UK Airprox Board, у 2016 році у Великій Британії було зафіксовано 71 випадок небезпечного зближення пасажирських літаків з дронами. Небезпечним зближенням в авіації є зближення літака з іншим літаком на відстань менше 150 метрів. З початку поточного року випадків підльоту дронів до літаків у Великій Британії було зафіксовано вже 64. У США минулого року авіаційна влада зареєструвала трохи менше 200 випадків небезпечного зближення. При цьому наскільки саме малі безпілотники можуть бути небезпечними для пасажирських літаків, авіаційна влада поки що уявляє собі погано. Деякі фахівці раніше припускали, що зіткнення з дроном для пасажирського лайнера буде не небезпечніше звичайного зіткнення з птахами.

За даними спеціалізованого видання Aviation Week & Space Technology, з 1998 року в усьому світі через зіткнення в повітрі пасажирських рейсів із птахами загинули 219 людей, причому помітна частина з них виконувала польоти на невеликих приватних літаках. При цьому щорічно авіакомпанії по всьому світу витрачають 625-650 мільйонів доларів на усунення пошкоджень, отриманих пасажирськими літаками через зіткнення з птахами. До речі, загалом пасажирські лайнери вважаються стійкими до прямого потрапляння пернатих. При розробці та випробуванні нових літаків навіть проводяться спеціальні перевірки – літак обстрілюють тушками різних птахів (качок, гусей, курей), щоб визначити його стійкість до таких ушкоджень. Перевірка двигунів на закид у них птиці взагалі є обов'язковою.

У середині березня минулого року дослідники з американського Університету Джорджа Мейсона, в якій оголосили, що загроза дронів для авіації сильно перебільшена. Вони вивчили статистику зіткнення літаків із птахами за період з 1990 по 2014 рік, включаючи епізоди, які закінчилися людськими жертвами. У результаті вчені дійшли висновку, що реальна ймовірність небезпечного зіткнення дрону з літаком не така велика: лише один випадок за 187 мільйонів років має закінчитися масштабною катастрофою.

Щоб спробувати визначити, чи справді дрони становлять загрозу для пасажирських літаків, у 2016 році авіаційна влада Європейського Союзу та Великобританії замовила два незалежні дослідження. Інженери, які проводять ці дослідження, обстрілюють різні фрагменти літаків дронами різної конструкції або їх деталями з метою викликати реальні ушкодження, які пасажирські літальні апарати можуть одержати під час зіткнення. Паралельно проводиться математичне моделювання таких зіткнень. Дослідження проводяться у кілька етапів, перші з яких вже завершено, а результати представлені замовникам. Як очікується, після повного завершення робіт авіаційна влада розробить нові правила реєстрації та експлуатації дронів приватними особами.

Дрон врізається у вітрове скло пасажирського літака під час випробувань, що проводилися у Великій Британії

Сьогодні в різних країнахєдиних правил польотів дронів немає. Так, у Великій Британії не потрібно реєструвати та ліцензувати дрони масою менше 20 кілограмів. Ці апарати повинні виконувати польоти в зоні прямої видимості оператора. Приватним безпілотникам з камерами не можна підлітати до людей, будівель та автомобілів на відстань ближче 50 метрів. В Італії взагалі практично немає спеціальних правил для безпілотників, крім одного – дронам не можна літати на великому скупченні людей. А в Ірландії, наприклад, усі дрони масою більше одного кілограма мають бути зареєстровані в Управлінні цивільної авіації країни. До речі, в Євросоюзі Ірландія є одним із затятих прихильників посилення правил використання дронів.

Тим часом, поки в Європі планують закручувати гайки, у США, навпаки, польоти дронів мають намір зробити вільнішими. Так, на початку цього року Федеральне управління цивільної авіації США дійшло висновку, що легкі споживчі квадрокоптери не становлять великої загрози для літаків, хоча їхні польоти поблизу аеропортів і неприпустимі. У лютому американські компанії 3DR, Autodesk та Atkins вже отримали дозвіл на керування польотами дронів у самому завантаженому аеропорту світу. Міжнародному аеропортуХартсфілд-Джексон Атланта, який щороку пропускає через себе близько ста мільйонів пасажирів. Тут квадрокоптери використовувалися для складання тривимірних карток аеропорту у високій якості. Вони виконували польоти у прямій видимості оператора та під контролем авіадиспетчерів.

Першою результати дослідження у жовтні минулого року опублікувала робоча група Європейського агентства з авіаційної безпеки. Ці дослідники дійшли висновку, що серйозної загрози аматорські дрони пасажирських літаків не представляють. Учасники робочої групи під час роботи зосередились на вивченні наслідків повітряних зіткнень пасажирських літаків із дронами масою до 25 кілограмів. Для дослідження безпілотники були поділені на чотири категорії: великі (масою понад 3,5 кілограми), середні (до 1,5 кілограми), малі (до 0,5 кілограми) та «нешкідливі» (до 250 грамів). Для кожної категорії фахівці визначили ступінь небезпеки, яка оцінювалася за п'ятибальною шкалою: 1-2 – висока, 3-5 – низька. Безпечними вважалися апарати, що здобули чотири-п'ять балів.

Для визначення ступеня небезпеки дослідники використовували дані про висоти польоту апаратів за категоріями, враховували ймовірність їх появи в єдиному повітряному просторі з літаками, а також результати комп'ютерного та натурного випробування зіткнення дронів та лайнерів. Крім того, індивідуальний ступінь небезпеки оцінювався для кожного безпілотного апарату за чотирма пунктами: пошкодження корпусу, загроза життю пасажирів, загроза життю екіпажу, загроза розкладу польотів. Для спрощення оцінки дослідники вели розрахунки для літаків, що летять на швидкості 340 вузлів (630 кілометрів на годину) на висоті трьох тисяч метрів і більше і на швидкості 250 вузлів на меншій висоті.

За підсумками всіх обчислень учасники європейської робочої групи дійшли висновку, що малі дрони на висоті до трьох тисяч метрів практично не загрожують пасажирським літакам. Справа в тому, що такі апарати на більшу висоту, де вони можуть зіткнутися з літаком, піднімаються дуже рідко. Крім того, вони мають дуже невелику масу. Середні дрони, за оцінкою фахівців, не становлять серйозної загрози для лайнерів. Лише якщо апарат масою 1,5 кілограма (таку масу має більша частинааматорських дронів) зіткнеться з літаком на висоті понад три тисячі метрів, він може загрожувати безпеці польотів. Великі апарати визнані небезпечними пасажирських літаків усім висотах польотів.

За підсумками натурних випробувань з'ясувалося, що у разі зіткнення з дронами найбільші пошкодження можуть отримати вітрове скло лайнерів, носові обтічники, передні кромки крила, а також двигуни. Загалом же збитки від дронів масою до 1,5 кілограма можна порівняти зі збитками від птахів, з якими літаки регулярно стикаються в повітрі. Тепер європейські фахівці готуються до розширеного дослідження. Цього разу вивчатимуться пошкодження, які дрони можуть завдавати двигунам пасажирських літаків, а також оцінюватимуться ймовірність попадання акумуляторів у технологічні отвори.

До речі, раніше вчені з Політехнічного університетуВірджинії провели комп'ютерне моделювання ситуацій, у яких різні дрони потрапляють у діючий авіаційний двигун. Дослідники дійшли висновку, що серйозну небезпеку для двигунів представляють апарати масою понад 3,6 кг. Потрапивши у двигун, вони руйнуватимуть лопатки вентилятора та руйнуватимуться самі. Потім фрагменти лопаток вентилятора та дрону потраплять у зовнішній повітряний контур, звідки їх викине назовні, а також у внутрішній контур – компресор, камеру згоряння та зону турбіни. Швидкість уламків усередині двигуна може досягати 1150 кілометрів на годину. Таким чином, при зіткненні під час зльоту з безпілотником масою 3,6 кілограма двигун повністю перестане працювати менше ніж за секунду.

Тим часом підсумки британського дослідження було підбито в середині поточного року - у липні компанія QinetiQ, яка проводила роботи, передала звіт Національній службі управління повітряним рухомВеликобританії. У дослідженні, яке проводилося британською компанією, використовувалася спеціально спроектована пневматична гармата, яка із заданими швидкостями вистрілювала дронами та їх деталями у передні частини списаних літаків та гелікоптерів. Для стрільби використовувалися квадрокоптери масою 0,4, 1,2 та 4 кілограми, а також безпілотники літакового типу масою до 3,5 кілограми. За підсумками стрільб фахівці дійшли висновку, що будь-які дрони небезпечні для легких літаків та гелікоптерів, які не мають спеціального сертифікату захищеності від зіткнень із птахами.

Пасажирські літаки із захистом від птахів можуть отримати серйозні пошкодження від дронів при польоті на крейсерській швидкості, що становить від 700 до 890 кілометрів на годину. До серйозних пошкоджень дослідники віднесли руйнування вітрового скла при зіткненні з важкими частинами дронів - металевими деталями корпусу, камерою та акумулятором. Ці деталі, пробивши вітрове скло, можуть залетіти в кабіну пілотів, пошкодити панелі керування та поранити льотчиків. Небезпечними для лайнерів були вираховані апарати масою від двох до чотирьох кілограмів. Слід зазначити, що крейсерську швидкість пасажирські літаки розвивають вже на великій висоті (зазвичай близько десяти тисяч метрів), на яку аматорські дрони підніматися просто не здатні.

За даними компанії QinetiQ, дрони масою чотири кілограми можуть бути небезпечними для пасажирських літаків на невеликих швидкостях польоту, наприклад, при заході на посадку. При цьому тяжкість пошкоджень літака багато в чому залежить від конструкції дрону. Так, під час випробувань з'ясувалося, що безпілотники з камерою, яка розміщена на підвісі під корпусом, мають невеликі шанси пробити вітрове скло пасажирського літака. Справа в тому, що при зіткненні про скло спершу вдариться камера на підвісі, а потім корпус безпілотника. При цьому камера та її підвіс зіграють роль свого роду амортизатора, прийнявши на себе частину енергії удару. Як очікується, британська авіаційна влада, яка виступає за різке посилення правил польотів дронів, замовить проведення додаткового дослідження.

Частина дронів, що випускаються сьогодні, вже має функцію геозонування. Це означає, що апарат постійно оновлює базу даних зон, закритих для польотів безпілотників. У такій зоні безпілотник просто не злетить. Однак, крім серійних апаратів, існують і саморобні дрони, які можуть залітати в повітряний простір аеропортів. І їх чимало. В цілому ж досі жодного випадку зіткнення літака з дроном зареєстровано не було, але це лише питання часу. І навіть якщо малі безпілотники і не становлять серйозної загрози для пасажирських літаків, вони все одно можуть вплинути на авіацію, збільшивши і без того чималі витрати компаній на ремонт лайнерів.

Василь Сичов

Відеозапис зроблено шлірен-методом для вивчення ударних хвиль.

NASA опублікувало відеозапис прольоту навчального літака T-38 Talon на надзвуковій швидкості на тлі Сонця. Вона була зроблена шлірен-методом для вивчення ударних хвиль, що утворюються на краях планера літака. Знімки та відеозаписи ударних хвиль необхідні фахівцям NASA для досліджень, які ведуться в рамках проекту з розробки «тихого» надзвукового літака.

Шлірен-метод є одним з основних способів вивчення повітряних потоків при проектуванні та випробуванні нової авіаційної техніки.

Такий спосіб фотографії дозволяє виявляти оптичні неоднорідності в прозорих заломлюючих середовищах. У шлірен-фотографії використовуються спеціальні лінзи з діафрагмою, що відсікає.

У таких фотоапаратах прямі промені проходять лінзу і концентруються на діафрагмі, що відсікає, яку ще називають ножем Фуко. При цьому відбите та розсіяне світло лінзою не фокусується на ножі і потрапляє на матрицю фотоапарата. Завдяки цьому ослаблене розсіяне і відбите заломленнями в повітрі світло не втрачається в прямих променях.

На опублікованому відеозаписі чітко видно ударні хвилі.Вони являють собою області, в яких тиск і температура середовища зазнають різкого і сильного стрибка. Ударні хвилі сприймаються спостерігачем землі як вибух чи як дуже гучна бавовна залежно від відстані до надзвукового об'єкта.

Звук вибуху від ударних хвиль називається звуковим ударом, і саме він є однією з основних перешкод у розвитку надзвукової пасажирської авіації. Наразі авіаційні правила забороняють надзвукові польоти літаків над населеними частинами суші.

Авіаційна влада може дозволити надзвукові польоти над населеною частиною суші, якщо рівень шуму пасажирських літаків, що сприймається, не перевищуватиме 75 децибелів. Для того, щоб зробити існування цивільним надзвуковий авіаціїМожливо, розробники сьогодні шукають різні технічні способи зробити нові літаки «тихими».

У польоті на надзвуковій швидкості літак утворює безліч ударних хвиль. Вони зазвичай виникають на кінчику носового обтічника, на передній та задній кромках крила, на передніх кромках хвостового оперення, у зонах завихрювачів потоку та на кромках повітрозабірників.

Одним із способів зниження сприйманого рівня шуму є зміна аеродинамічної конструкції літака.

Зокрема, вважається, що перепроектування деяких елементів планера дозволить уникати різких стрибків тиску на фронті ударної хвилі і різких падінь тиску в задній її частині з подальшою нормалізацією.

Ударна хвиля з різкими стрибками називається N-хвиля, оскільки на графіці нагадує саме цю букву латинського алфавіту. Саме такі ударні хвилі сприймаються як вибух. Нова аеродинамічна конструкція літака повинна генерувати S-хвилі з плавним і не таким значним, як у N-хвилі, перепадом тиску. Передбачається, що S-хвилі сприйматимуться як м'яка пульсація.

Розробкою демонстратора технологій тихого надзвукового літака в рамках проекту QueSST займається американська компанія Lockheed Martin. Роботи ведуться на замовлення NASA. У червні цього року завершилося ескізне проектування літального апарату.

Планується, що перший політ демонстратора відбудеться 2021 року. "Тихий" надзвуковий літак буде виконаний одноруховим. Його довжина становитиме 28,7 метра. Він отримає планер, фюзеляж та крило якого зовні нагадують перевернутий літак. На QueSST встановлять звичайні вертикальний кіль та горизонтальні керма для маневрування на малій швидкості польоту.

На верхівці кіля буде встановлено маленьке Т-подібне оперення, яке «розбиватиме» ударні хвилі від носової частини та ліхтаря кабіни пілотів. Носова частина літака буде значно подовжена для зменшення лобового опору та зменшення кількості перепадів на планері, де можуть утворюватися ударні хвилі під час польоту на надзвуковій швидкості.

Технологія QueSST передбачає розробку такої аеродинамічної конструкції літака, на кромках якої утворювалося б якнайменше ударних хвиль. При цьому ті хвилі, які все ж таки утворюватимуться, повинні бути значно менш інтенсивними.