Что такое эшелон для самолета
На какой высоте летают пассажирские и военные самолеты — минимальные, максимальные и идеальные показатели
Тем, кто имеет представление о самолетах только с позиции пассажира или обычного горожанина, наблюдающего летающие машины с земли, сложно сказать наверняка, на какой высоте летают самолеты. Также загадкой является то, кто принимает решение о следовании на определенном уровне над землей, и чем оно бывает продиктовано. Тем не менее высота — важнейший фактор успешности полета и избегания аварийных ситуаций в воздухе.
Понятие минимальной, максимальной и идеальной высоты полета воздушного судна
Набор высоты — один из самых важных этапов для успешного полета воздушного судна. Нередко внутри современных пассажирских лайнеров установлены табло, на которых производится демонстрация расстояния, отделяющего самолет от поверхности земли. Чем обусловлена высота полета пассажирского самолета? Как пилот понимает, на каком удалении от земли двигаться?
Все самолеты имеют перечень технических характеристик, который определяется назначением воздушного судна, его модификацией и моделью. Соотношение характеристик определяет для самолета его коридор следования, т. е. уровень воздушного пространства, оптимальный для перемещения.
Существуют различные высоты полета:
1. Истинная – от уровня точки, находящейся непосредственно под воздушным судном.
2. Относительная – от уровня порога ВПП, уровня аэродрома, наивысшей точки рельефа.
3. Абсолютная – от уровня моря.
Границы коридора определяются такими величинами, как максимальная высота и минимальная. В этих пределах самолет может осуществлять перемещение без угрозы утраты контроля над управлением и без повреждения систем машины. Для современных пассажирских самолетов доступные для перемещения уровни находятся в пределах от 9 до 12 км над землей.
Если максимальная высота полета пассажирского самолета определяется техническими возможностями судна и должна соблюдаться для безопасности полета, то и другая характеристика — идеальная — большей степени касается эргономики перемещения.
Идеальное значение также рассчитывается из характеристик конкретного воздушного судна. Это высота, при которой воздушное судно испытывает наименьшее сопротивление воздуха. В первую очередь, при снижении такого сопротивления снижается и расход топлива. Также испытывая минимальное трение о воздух, самолет дольше сохраняет невредимость корпуса и систем.
Почему пассажирские самолеты летают на высоте 10000 метров?
Выбор высоты полета обусловлен тем, что на разных уровнях воздух имеет различную плотность. Чем выше от поверхности земли, тем плотность воздуха ниже. Соответственно, воздушное судно тратит меньше мощности на преодоление сопротивления воздуха и может развивать скорость выше при меньших энергозатратах. Вот почему самолеты в основном летают на высоте 10000 метров: здесь воздух гораздо реже, чем на ближайших к земле.
Но возникает резонный вопрос: почему самолет летает на высоте 10 км, а не еще выше, если это позволяет экономить расход топлива и ускоряет движение? Пассажирским самолетам важна устойчивость в воздушных потоках. Крылья удерживают самолет в воздухе, как бы опираясь на потоки ветра. При подъеме на выше 10 000 м крылья становятся бесполезны, т. к. они неспособны удерживать тело воздушного судна в условиях разреженной атмосферы.
С военными судами дело обстоит иначе. Они способны перемещаться и в условиях разреженного пространства, правда, пилот испытывает при этом перегрузки, аналогичные тем, что испытывает космонавт. Самые большие высоты покоряют беспилотные аппараты: экспериментальные модели NASA способны летать и на удалении 30 км от земли.
Правила расчета идеальной высоты лайнера
Высота полета — достаточно условное понятие. Фактический уровень полета несколько отличается от того, что показывает табло пилоту и что видит перед глазами диспетчер. Это связано с тем, что для расчета фактической показателя потребовалось бы постоянно вводить в расчеты давление, а оно в полете слишком часто меняется, из-за чего может происходить путаница.
Для упрощения расчетов введено такое понятие, как эшелон перехода. Это постоянная величина давления, выставленная на всех самолетах на высотометре в пределах одного воздушного пространства. Значение эшелона перехода сбрасывается только при взлете и при заходе на посадку, т. е. в ситуациях, когда необходимо знание фактической высоты. В разных странах эшелон перехода может отличаться: пилот меняет его по согласованию с диспетчером.
Кроме того, то, на какой высоте летает пассажирский самолет, зависит от направления его движения. Во всех аэропортах мира действует негласное правило выделение «воздушных дорог» — уровень, на котором должен пролетать самолет, чтобы не пересечься с другими воздушными судами. Для самолетов, отправляющихся на восток (юго- и северо-восток), назначается нечетная высота (9 км, 11 км). Для самолетов, летящих на запад — четная.
Разумеется, назначение коридоров происходит с учетом модели самолета, его потенциальных возможностей, веса, мощности и других характеристик. Например, при необходимости самолетом может быть достигнута максимальная высота, если на его пути находится опасная зона турбулентности или грозовой фронт.
Кто определяет идеальную высоту?
Помимо того, что высота полета во многом определяется возможностями конкретной модели самолета, крейсерская высота для конкретного места задается такими факторами, как занятость воздушного коридора и погодные условия. Эти условия заблаговременно определяются диспетчерами.
В небе в каждый момент времени может находиться в среднем до пяти тысяч воздушных судов. В небе над крупными городами диспетчеры вынуждены планировать каждый рейс таким образом, что порой разница между одним и другим самолетом в высоте составляет всего пару десятков метров.
Однако когда самолет набирает высоту и выходит в горизонтальный полет, ситуация может измениться. Если погода резко меняется или на пути следования судна встает грозовой фронт, пилот должен сообщить диспетчеру о смене условий. Также при возникновении технических неполадок и других непредвиденных ситуаций пилот также может менять уровень движения, руководствуясь безопасностью пассажиров.
Таким образом, идеальная высота следования определяется авиаконструкторами, диспетчером и пилотом.
Что такое эшелон в авиации?
Эшелонирование воздушного пространства — это задача диспетчеров, которые планируют рассредоточение самолетов таким образом, чтобы не допустить их критического сближения и возникновения аварийных ситуаций. Выделяют вертикальное эшелонирование, продольное и боковое, которые соответствуют тому или иному положению воздушных судов относительно друг друга.
Эшелоны полета — это своеобразные схемы, которых придерживается пилот, чтобы сохранить безопасность пассажиров и не сбиться с заданного курса. Для начала движения по эшелону используется эшелон перехода, т. е. условное значение, по которому движутся самолеты в определенном воздушном пространстве (например, над территорией аэропорта).
Таблица эшелонов различается в разных странах, в зависимости от того, какая схема используется в гражданской авиации на конкретной территории. Пилоты и диспетчеры переходят с одной схемы на другую при совершении международных и, особенно, межконтинентальных рейсов.
Факторы безопасности, влияющие на оптимальную высоту полета
Высотный самолет отличается от стандартного тем, что перемещение на больших высотах не вредит его системам. Это зависит от материала корпуса, формы крыльев, грузоподъемности и множества других факторов, заданных при конструировании летательного аппарата с определенной целью. Основные факторы, которыми определяется максимальная высота полета самолета:
Обычно самолеты движутся на уровне больше 9000 м от земли. Это связано с тем, что здесь двигателям не требуется дополнительного охлаждения (за бортом достаточно холодно), на такой высоте нет птиц (их попадание в турбины опасно для летательного средства), судно следует выше уровня облаков (а значит, видимость хорошая и погодные условия практически не влияют). Помимо прочего, чем выше летит самолет, тем больше времени у экипажа для решения непредвиденных ситуаций.
Человеческий фактор при выборе оптимальной высоты полета
Оптимальный уровень полета зависит не только от технических характеристик. Ранее уже упоминалось, что такие величины, как эшелон перехода могут различаться в аэропортах разных стран. Высота полета может различаться в зависимости от направления движения судна (быть четной или нечетной).
Однако набор высоты также может быть продиктован самим пилотом при возникновении непредвиденных ситуаций (например, столкновении с зоной сильной турбулентности). Такие ситуации в идеале должны быть предусмотрены диспетчерской службой, однако случаются природные явления, развивающиеся слишком стремительно, чтобы спланировать столкновение с ними заблаговременно. И тогда все зависит от человеческого фактора: быстроты принятия решений пилотом и мастерства экипажа.
Самые высотные пассажирские самолеты
Самые высотные самолеты среди гражданских строились не для того, чтобы кого-то удивить. Набор высоты позволяет этим самолетам избегать штормов и следовать по воздушным коридорам, недоступным другим моделям. Среди самых высотных моделей выделяют следующие:
Таким образом, уровень следования пассажирских судов все равно значительно уступает техническим возможностям военных самолетов.
Рекорды высоты, достигаемые пассажирскими самолетами
Несмотря на то что высотные самолеты теоретически могут достигать больше 13 000 метров над землей, крейсерская высота пассажирских лайнеров практически никогда не превышает 12 000 метров. Это наиболее комфортный вариант для экипажа, пилота, пассажиров и самой техники: так она расходует наименьшее количество топлива и не подвергается преждевременному износу.
Однако авиастроение пыталось однажды «прыгнуть выше головы», выпустив сверхзвуковые пассажирские судна, способные побить рекорд высоты самолета гражданского назначения. Это были российский Ту-144 и французский Concorde. Они способны были перемещаться на уровне около 18 000 метров, а предельный показатель достигал 20 000 метров. Такие самолеты позволяли вдвое сократить время привычных воздушных маршрутов.
Однако эти машины были сняты с эксплуатации по ряду причин. Во-первых, они были сложны и дорого обходились в плане технического обслуживания. Во-вторых, в ходе использования этих машин случались инциденты, повлекшие за собой гибель многих людей. В связи с этим самолеты были признаны ненадежными и выведены из использования.
С какой высоты начинается невесомость?
Любители и профессионалы в сфере авиатехники наверняка знают, что при определенных условиях в самолете можно достичь невесомости. С какой высоты начинается невесомость? На какой высоте летает самолет, который способен на такое?
На самом деле, крейсерская высота не столь важна, когда речь идет о достижении невесомости. При определенных маневрах и обычный гражданский самолет может вызвать кратковременный эффект снижения гравитации, например, люди, которые часто летают самолетами, иногда могут заметить подобный эффект при заходе судна на посадку.
Длительный (до 40 секунд) эффект потери гравитации на самолете можно создать, если выполнить маневр по эллипсоидной траектории: резкий набор высоты, краткое выравнивание и затем резкий сброс. Такой маневр называется «провал в воздухе». С его помощью тренируются выдерживать перегрузки будущие космонавты.
Также есть специальные самолет, на которых выполняется по несколько сессий перегрузок за один полет. Они принадлежат космическим агентствам разных стран. Маневры на таких самолетах обычно находятся на высотах от 30 км.
На какой высоте летают истребители?
Крейсерская высота конкретного истребителя зависит не столько от его характеристик, сколько от поставленной военной задачи. Набор высоты происходит аналогично гражданским самолетам: эшелон перехода определяется согласно отправной точке, а затем меняется при пересечении границ воздушного пространства, чтобы избежать столкновения с другими судами в одном эшелоне.
Уровень полета истребителя зависит от его поколения. Сверхзвуковые воздушные судна, к которым относятся практически все современные истребители, обычно следуют на высоте 18–20 км. Однако высота полета может меняться, в зависимости от возможностей самолета. Например, в 1977 году был установлен мировой рекорд высоты, покоренной истребителем: Александр Федотов на МиГ-25 достиг отметки в 37650 метров.
Самолетовождение и Эшелонирование
Эшелоны полетов устанавливаются от условного уровня, который соответствует уровню Балтийского моря при стандартной атмосфере (атмосферное давление 760 мм рт. ст. при температуре наружного воздуха +15° С температурным градиентом 0,65° С и нормальной влажностью).
Высота эшелона в полете определяется барометрическим высотомером при установке деления «760» барометрической шкалы против неподвижного индекса. Перед взлетом экипаж обязан установить показания барометрического высотомера (высотомеров) на «нуль» высоты путем установки величины атмосферного давления (на уровне взлетно- посадочной полосы аэродрома взлета) против неподвижного индекса.
Установку шкалы барометрического давления высотомера делением «760» против неподвижного индекса разрешается производить только после набора переходной высоты — узаконенной для данного аэродрома высоты прямоугольного маршрута.
При подходе к аэродрому для захода на посадку перестановку барометрической шкалы высотомера с давления 760 мм рт. ст. на давление высоты аэродрома разрешается производить при уходе с высоты эше лона перехода — нижнего эшелона зоны ожидания аэродрома посадки.
Перед посадкой на высокогорных аэродромах при получении на борт сообщения об атмосферном давлении на уровне ВПП аэродрома меньше 670 мм рт. ст. необходимо оставить деление «760» шкалы баро
метрического давления против неподвижного индекса, найти разность между барометрическим давлением 760 и барометрическим давлением на уровне взлетно-посадочной полосы аэродрома посадки и выразить его в метрах по стандартной атмосфере. Найденная таким образом величина и будет нулем высотомера.
ОСОБЕННОСТИ ЭШЕЛОНИРОВАНИЯ И САМОЛЕТОВОЖДЕНИЯ НА МЕЖДУНАРОДНЫХ ВОЗДУШНЫХ ТРАССАХ
Организация и руководство полетами на международных воздушных трассах. Международными называются трассы, проходящие над территориями двух или более государств.
Особенности полетов на международных трассах определяются правилами и нормативами, установленными соответствующими государствами, включающими:
условия, пересечения государственных границ;
ширину воздушных трасс; систему эшелонирования самолетов;
ограничения и зоны с особым режимом полетов;
бортовую и наземную документацию, регламентирующую полеты;
средства и правила самолетовождения. связи и сигнализации; системы счисления времени; нормы запаса топлива; аэродромную сеть.
Во всех государствах службы управления движением являются государственными органами и руководят полетами всех самолетов, включая и иностранные.
Связь с самолетами ведется в основном на ультракоротких волнах по радиотелефону на языках, установленных для территорий данных государств.
В странах, входящих в международную
организацию гражданской авиации (ИКАО),
радиосвязь с иностранными самолетами ведут на английском языке.
При выполнении международных полетов на каждом воздушном судне должно быть:
свидетельство о пригодности его к полетам;
утвержденный план полета; бюллетень погоды.
Правила полетов над разными иностранными государствами различны. Подробные сведения об условиях, схемах и маршрутах полетов на отдельных международных трассах излагаются в специальных сборниках, издаваемых службой авиационной информации Министерства гражданской авиации России (САИ МГА).
В странах, входящих в ИКАО, руководство воздушным движением имеет главным образом информационный характер. Экипажу задаются только высота, точное время вылета и прилета, а иногда время пролета контрольных пунктов. Остальные данные передаются на борт самолета в виде информации, на основании которой экипаж принимает самостоятельные решения, касающиеся выполнения полета.
Зарубежные воздушные трассы, как правило, имеют ширину 10 морских миль (18,52 км). Эта величина и определяет требуемую точность самолетовождения.
Принятые в странах, входящих в ИКАО, и в России единицы измерения. Графа «Голубая таблица» относится к тем странам, которые пока еще не приняли полностью рекомендаций ИКАО по единицам измерений.
Распределение высот эшелонирования в зависимости от направления полета в различных государствах может быть различным. Применяются полукруговая и квадрантная системы.
Полукруговая система применяется в основном в России и США. В США для высот полета до 29 000 футов промежутки между попутными эшелонами приняты равными 2000 футов, а между встречными — 1000 футов. Для высот полета от 29 000 футов и более соответствующие промежутки удваиваются. При полетах в направлении путевых углов от 0 до 179°, т. е. на восток, назначаются высоты эшелонирования, кратные нечетным числам тысяч футов. При полетах с путевыми углами от 180 до 359°, т. е. на запад, назначаются четные эшелоны.
В некоторых странах, входящих в ИКАО, в том числе в Англии, Бельгии, Дании, Швеции, Голландии и др. Принята квадрантная система, по которой на высотах до 29 000 футов попутные эшелоны различаются на 2000 футов, а встречные — на 1000 футов. Эшелоны для направлений полетов, соответствующих соседним квадрантам, отличаются по высотам один от другого на 500 футов.
На высотах более 29 000 футов соответствующие промежутки удваиваются.
В результате исследований было установлено следующее:
в месте установки индукционных или магнитных датчиков на современных самолетах с газотурбинными двигателями девиация не превышает девиационные работы на аэродромах, имеющих армированное бетонное покрытие, производить нельзя, так как там имеются локальные аномалии, вызывающие изменение показаний магнитных компасов и курсовых систем до ±5-f-8°;
замена на самолетах газотурбинных двигателей не влияет на точность работы курсовых систем и дистанционных компасов.
На этом основании изданы специальные указания для различных типов тяжелых транспортных самолетов с газотурбинными двигателями, согласно которым:
девиационные работы из регламентных работ по техобслуживанию данных самолетов исключены;
с датчиков дистанционных компасов и курсовых систем девиационный прибор снят;
рекомендовано проводить компенсацию инструментальных погрешностей дистанционных компасов и курсовых систем только при замене указателя УШМ (компаса ДГМК-7) или коррекционного механизма;
установочная ошибка датчиков определяется путем поворота датчика до совпадения показаний курса по указателю штурмана с магнитным курсом самолета, определенным двукратным пеленгованием его продольной оси (с носа и хвоста).
Компенсацию инструментальных погрешностей курсовых устройств выполняют без вращения самолета в следующем порядке.
а) На самолетах, оборудованных курсовыми системами КС и гироиндукционным компасом ГИК-1: снять индукционный датчик с самолета и укрепить его на поворотной антимагнитной платформе из комплекта УПК-3. Соединить датчик с курсовой системой переходным жгутом. Платформу антимагнитной установки с укрепленным на ней датчиком установить на крыле самолета над местом крепления индукционного датчика или на треноге при выносе установки на землю;
установить нулевое показание на шкалах указателя штурмана и коррекционного механизма.
Средняя ошибка дистанционной передачи на участке датчик — КМ определяется в следующем порядке:
устанавливаются нулевые показания на шкале антимагнитной установки и коррекционном механизме (КМ);
снимаются отсчеты курса по шкале КМ при развороте антимагнитной установки на курсы 90, 180 и 270° и определяющие поправки для каждого курса;
сумма поправок на основных курсах делится на четыре и определяется средняя ошибка дистанционной передачи;
нулевое показание на диамагнитной установке исправляется на величину средней ошибки, а на УШ устанавливается курс «0».
После учета средней ошибки диамагнитная установка последовательно устанавливается на курсы 15, 30, 45 и т. д. до 345° и лекальным устройством показания курса на УШ доводятся соответственно до 15, 30, 45 и т. д. до 345° при нажатой кнопке быстрого согласования.
б) На самолетах, оборудованных дистанционным магнитным компасом, имеющим датчик типа ПДК-3: инструментальные погрешности компенсируют путем разворота магнитной системы датчика ПДК-3 через 15° по шкале датчика. Разворот магнитной системы осуществляется без снятия датчика при помощи любого магнитного бруска;
при расхождениях в показаниях УШМ с показаниями курса по шкале датчика ПДК-3 необходимо лекальным устройством довести показания курса на УШМ до показаний курса по шкале ПДК-3.
Компенсация радиодевиации. Девиация радиокомпаса компенсируется механическим* компенсатором, установленным на оси вращения рамочной антенны.
Направляющая лента через специальный передаточный механизм создает дополнительный поворот оси сельсин-датчика. При помощи 24 компенсационных винтов направляющей ленте придается форма, необходимая для отсчетов показаний радиокомпаса через 15° шкалы (от 0 до 360°).
До начала определения радиодевиации компенсатор следует нейтрализовать, выкрутив каждый винт настолько, чтобы направляющая лента приобрела кольцевую форму (дополнительный поворот оси сельсин-датчика на всех курсовых углах равен нулю).
Рекомендуется для определения радиодевиации выбирать радиостанцию на расстоянии 50—60 км. После определения и устранения установочной ошибки радиокомпаса на отсчетах показаний (ОРК) 0 и 180° следует, вращая самолет и останавливая его при ОРК, кратных 15°, снимать отсчеты. При каждом отсчете ОРК определяется фактический курсовой угол радиостанции и записывается радиодевиация.
Затем строится график радио- девиации, причем для избежания резких перегибов ленты экстремальные значения графика делят на три равные части и строят два промежуточных графика радиодевиации. После этого компенсатор снимают с оси рамки и вращением соответствующих винтов компенсируют радиодевиацию по первому промежуточному графику, отсчитывая введенную на данном ОРК поправку по специальной стрелке на компенсаторе. Скомпенсировав радиодевиацию и по второму промежуточному графику, окончательно компенсируют ее по кривой радиодевиации.
Компенсацию радиодевиации по всем трем графикам следует выполнять в таком порядке, чтобы после введения каждой положительной поправки вводилась бы такая же отрицательная величина, т. е. как бы по зеркальному отражению курсовых углов.
Общий порядок компенсации принят следующий: 0°, 15, 345, 30, 330, 45, 315, 60,300, 75, 285, 90, 270, 105, 255, 120, 240, 135, 225, 150, 210, 165, 195 и 180°.
После компенсации радиодевиации компенсатор устанавливают на механизм рамки и, вращая самолет, проверяют правильность проведенной работы. Если обнаруживается неточность, проводится декомпенсация радиодевиации дополнительным вращением винтов при соответствующих ОРК.
Недопустимо определение радиодевиации на земле на самолетах, у которых рамочная антенна АР К установлена в нижней части фюзеляжа. Это объясняется искажением электромагнитного поля электромагнитными волнами, отраженными от земной поверхности. В таких случаях радиодевиацию определяют в полете, выбирая для этой цели радиостанцию, удаленную от района полетов на 200—300 км.
Самолет, выполняющий такой полет, должен пересекать линию заданного пеленга при каждом отсчете курсового угла радиостанции. Порядок курсовых углов в полете удобно принять таким, какой указан для компенсации радиодевиации на компенсационном механизме, причем до КУР 270—90° самолет приближается к радиостанции, а затем удаляется от нее.
С целью сокращения времени можно выполнять полет по 24-угольному маршруту, т. е. практически по окружности, переходя на 20—
30 сек в прямолинейный полет при каждом отсчете показания радиокомпаса и курса. Следует помнить, что здесь в каждой точке отсчета необходимо определять МС и наносить его на карту для расчета при
обработке данных пеленга радиостанции от точки снятия отсчета.
При обоих методах фактический курсовой угол радиостанции в момент снятия отсчета определяют по формуле
Компенсация радиодевиации выполняется после посадки в том же порядке, как и при определении ее на земле, но без проверки точности выполнения работ, так как потребовался бы повторный полет.
На каждом самолете имеется типовой график радиодевиации, при необходимости наносимый на лекало рамки.