Неге ұшақ 10-11 км биіктікте ұшады? – бұл кездейсоқ биіктік емес
Ұшақтар күнделікті өміріміздің бір бөлшегіне айналды. Бірақ сіз осы алып көлік не себепті дәл 10–11 шақырым биіктікте ұшатынын ойлап көрдіңіз бе? Бұл биіктік кездейсоқ таңдалмаған. Ол — көптеген ғылыми, экономикалық және техникалық факторлардың тоғысында қабылданған шешім. Бұл мақалада біз ұшақтардың ұшу биіктігіне байланысты себептерді — аэродинамикадан бастап, адам физиологиясына дейінгі аспектілермен — жүйелі түрде қарастырамыз.
1. Биіктік пен ауа тығыздығы: неғұрлым жоғары — соғұрлым жеңіл
Ұшақтар орта есеппен 10 000–11 000 метр биіктікте, яғни тропосфераның жоғарғы қабатында ұшады. Бұл қабатта ауаның тығыздығы теңіз деңгейімен салыстырғанда екі-үш есеге дейін азаяды. Мұның маңызы зор:
Тығыз ауада ұшу кезінде ұшақтың алға жылжуына қарсы әрекет ететін молекулалар саны көп болады. Бұл — аэродинамикалық кедергі деп аталады.
Биікте бұл кедергі әлдеқайда төмендейді, ұшақ аз отынмен көбірек қашықтықты ұша алады.
Сол себепті ұшақтар жоғары ұшқан сайын отын үнемдейді және жылдамырақ қозғалады.
Физикалық заңдылық: Жоғарылаған сайын қысым мен ауа тығыздығы экспоненциалды түрде төмендейді. Бұл — Бернулли заңы мен атмосфералық модельдердің негізінде есептеледі.
2. Қозғалтқыштың тиімділігі: реактивті күштің артықшылығы
Жоғары биіктікте ұшатын ұшақтардың көпшілігі реактивті қозғалтқыштармен жабдықталған. Бұл қозғалтқыштар жұмыс істеу үшін сыртқы ауаны сорып, оны қысып, жанармаймен араластырып, жанған газдарды үлкен жылдамдықпен сыртқа шығарады. Бұл — Ньютонның үшінші заңына сәйкес, алға итермелейтін күш тудырады.
Биікте:
Ауа салқын әрі құрғақ, бұл жану процесін тиімді етеді.
Қозғалтқыш ішіне кіретін ауаның салқын температурасы жану өнімдерінің жылдам ұшуын қамтамасыз етеді.
Төменгі температура жанғыш қоспаның кеңеюін күшейтеді, нәтижесінде итеруші күш те артады.
3. Ауа райынан қашу: тропосфера және турбуленттілік
Жер бетіне жақын биіктікте — 0–6 км аралығында — атмосферада ауа райына қатысты құбылыстар жиі болады: бұлттар, найзағай, дауыл, жауын, қар.
10 км биіктік — тропосфераның жоғарғы шекарасы.
Бұл жерде турбуленттілік төмен, ауа райы құбылыстары сирек кездеседі.
Бұл жолаушыларға тыныш әрі қауіпсіз рейс жасауға мүмкіндік береді.
Сондықтан ұшақтар нақты биіктікті кездейсоқ таңдаған жоқ — бұл метеорологиялық қауіптерді азайтудың ғылыми жолы.
4. Физиологиялық шектеулер және қысымды реттеу жүйесі
Биіктікке көтерілген сайын ауадағы қысым мен оттегі мөлшері төмендейді. Мысалы:
Эверест шыңының биіктігінде (8 848 м) адам сана-сезімін 2-3 минутта жоғалтады.
Ал 10 км биіктікте атмосфералық қысым жердегіден 4 есе төмен — бұл шамамен 25% ғана.
Оттегі парциалдық қысымы да күрт төмендейді: 5,5 кПа (қалыпты жағдайда 21 кПа).
Мұндай ортада адам тіршілік ете алмайды. Сол себепті:
Ұшақ салоны арнайы қысымды сақтау жүйесімен жабдықталған.
Қозғалтқыш сатысында сыртқы ауа сығылады да, салонына арнайы сүзгімен және температурамен беріледі.
Бұл — гипобариялық камера принципіне ұқсас, яғни жасанды қысымда тіршілік ету жүйесі.
5. Струйлық ағындар: ауадағы табиғи "экспресс"
Жоғары қабаттарда струйлық ағындар (jet stream) деп аталатын ерекше ауа ағымдары бар. Бұл:
Сағатына 150–250 км жылдамдықпен қозғалатын табиғи "жел дәліздері".
Егер ұшақ бағыты дұрыс таңдалса, бұл ағындарды пайдалану арқылы ұшу уақытын қысқартуға және отынды үнемдеуге болады.
Кейбір рейстерде бұған байланысты ұшып бару уақыты қайтып келу уақытынан 1 сағатқа қысқа болуы мүмкін.
