niedziela, 16 sierpnia 2015

Dlaczego samoloty latają na wysokości 10 000m

Czytelnicy tego bloga z pewnością znają grafikę (różne jej warianty) wyjaśniającą “czemu samoloty latają”. Większość pewnie zna również jej humorystyczną przeróbkę.

W tej notce chcę pokrótce napisać dlaczego samoloty rejsowe z reguły latają na wysokości około dziesięciu kilometrów (9km - 12km) z prędkością około 250 metrów na sekundę. Wynika to w dużej mierze z tych czterech czynników, które przedstawiono na wspomnianej grafice.

Kluczowa jest oczywiście siła nośna - odpowiedni kształt skrzydła samolotu sprawia, że jeśli odpowiednio go rozpędzimy, więcej cząsteczek powietrza będzie napierać na jego dolną powierzchnię a mniej na górną, w efekcie pchając samolot do góry i równoważąc jego ciężar. Mamy jeszcze dwie poziome strzałki - opór powietrza oraz ciąg silników. Powietrze uderzające w przód samolotu próbuje go zatrzymać, powietrze wyrzucane z silników popycha go do przodu.

Gęstość powietrza maleje wraz z wysokością, w związku z tym im wyżej się wznosimy, tym mniejszy opór stawia powietrze. Mniejsze tarcie, więc i zapotrzebowanie na energię by latać takim samolotem. Jeśli jednak wzniesiemy się za wysoko, powietrze stanie się zbyt rzadkie by siła nośna mogła przezwyciężyć siłę grawitacji. Zatem istnieje jakiś kompromis między tymi dwoma czynnikami. Dla typowego samolotu pasażerskiego, przypada on między wysokością dziewięciu a dwunastu kilometrów.

Problem mniejszej gęstości powietrza można nadrobić lecąc szybciej, ale prędkość również jest obustronnie ograniczona. Lecąc zbyt wolno, tracimy siłę nośną, co w lotnictwie nazywa się przeciągnięciem. Im wyżej znajduje się samolot, tym większa jest minimalna prędkość, która pozwoli mu utrzymać się w powietrzu. Prędkość ograniczona jest też drugiej strony. Zbliżając się do prędkości dźwięku natrafimy na masę problemów - ogromny opór powietrza, temperatura, sonic boom - mogą one wręcz zniszczyć samolot. Co więcej, im wyżej tym prędkość dźwięku jest niższa. W efekcie otrzymujemy taki oto obrazek:


Do tego dochodzą jeszcze liczne niuanse technologiczne. Powietrze na tych wysokościach jest mniej turbulentne niż niżej. Gęstość powietrza wyznacza również ilość tlenu spalanego w silnikach. Jako że niebo jest pełne samolotów, projektanci zadbali o jak najlepszą wydajność - skrzydła, wysokość, silniki, wszystko dostrojone jest tak, by optymalnie zużywać paliwo. To znaczy latać z prędkością około 250 metrów na sekundę, na wysokości dziesięciu kilometrów nad ziemią.


5 komentarzy:

  1. A to ciekawe :). Mogłeś się jeszcze pokusić o jakieś porównanie z innymi samolotami, dla których ten trójkąt będzie się prezentował trochę szerzej, jak np. szpiegowski U2.

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Cholera, chciałem sprostować, że B2 a nie U2 i bombowiec a nie szpiegowski, ale coś mnie tknęło i sprawdziłem. Kłaniam się nisko.

      Usuń
  2. A czy prawa ścianka trójkąta nie powinna być bardziej pionowa? W końcu bariera dźwięku nie zmienia się tak radykalnie wraz z wysokością:
    http://www.fighter-planes.com/jetmach1.htm

    Choć rozumiem że to obrazek uproszczony :)

    OdpowiedzUsuń
  3. Dajcie spokój, wreszcie udało mi się napisać krótką notkę ;)
    I tak, to oczywiście uproszczenie, prędkość dźwięku nie zmienia się tak szybko, ale przede wszystkim nie zmienia się tak liniowo.

    OdpowiedzUsuń
  4. Moim zdaniem wpis jest świetny. Wszystko wyjaśnione jest klarownie, a grafika doskonale uzupełnia całość. Ja bym chciała więcej postów o maszynach. :)
    Pozdrawiam :D

    OdpowiedzUsuń