Максимальная высота полета самолета и обладатель рекорда

Lockheed YF-12

Lockheed YF-12

Перед пилотами прототипа YF-12, спроектированного в 1963 году инженерами фирмы Lockheed, Минобороны США поставило единственную задачу – развить рекордную скорость. Во время испытательных полётов самолёт показал на высоте 27,6 км результат 3,35 Маха, или 4100,4 км/ч. Для тестирования использовался секретный полигон «Зона 51» (ныне авиабаза Эдвардс).

Для ВВС эти исследования имели единственное практическое значение: разведывательный летательный аппарат на такой скорости и высоте не могла сбить ни одна ракета. Кроме военного ведомства заказчиком испытательных полётов на YF-12 было космическое агентство NASA. Программа исследований, во время которой было построено три прототипа, закрыта в 1979 году.

Определение высоты полета

Чтобы пилот мог контролировать высоту, необходимы надежные средства для ее измерения. На современном самолете применяют два способа измерения:

1. Барометрический. Он основан на явлении падения атмосферного давления при подъеме в верхние слои атмосферы. Измеренное давление сравнивают со стандартным значением (760 мм рт. ст.). Разница показывает расстояние самолета от условного уровня. Такое измерение проводят с помощью альтиметра (по-русски этот прибор называют высотомером).
2. Радиолокационный. Устройство измерения посылает вниз радиоволны (диапазон СВЧ). Сигнал отражается от поверхности земли и возвращается к приемнику. Время возвращения помогает определить расстояние от земли.

Применение двух методов позволяет достаточно точно определять положение воздушного судна во время полета.

Как определяется в конкретном случае

Чтобы измерить высоту, нужно иметь некоторую точку отсчета. Технически высота может измеряться от поверхности земли непосредственно под самолетом, от уровня моря, от высоты поверхности земли, на которой построен аэродром вылета. Но для достижения взаимопонимания между разными странами при управлении воздушным движением принято измерение от уровня, на котором давление составляет 760 мм рт. ст.

Как были установлены правила измерения

Правила полета, установленные в разных странах, могут отличаться. Так, в России (и ряде постсоветских стран) принято измерять высоту аэродрома по его давлению. Поэтому у стоящего на полосе самолета альтиметр показывает не «0», а высоту над уровнем моря.

Отличаются и единицы измерения. В основном применяют футы, но Китай и некоторые другие страны определяют высоту в метрах.

Международные нормы движения в небе разрабатывает и видоизменяет Международная организация гражданской авиации (ИКАО). Последние изменения вводились в 2006 году. В России правила полетов создает Федеральное агентство воздушного транспорта.

Горизонтальный бросок тела с горы

Горизонтальный бросок тела с горы — частный случай горизонтального броска. От него он отличается увеличенным расстоянием между местом бросания и местом падения. Это увеличение появляется потому, что плоскость находится под наклоном. И чем больше этот наклон, тем больше времени требуется телу, чтобы приземлиться.

График горизонтального броска тела с горы

α — угол наклона плоскости к горизонту, s — расстояние от места бросания до места падения

Дальность полета — смещение тела относительно оси ОХ от места бросания до места падения. Она равна произведению расстояния от места бросания до места падения и косинуса угла наклона плоскости к горизонту:

l = s • cosα

Начальная высота — высота, с которой было брошено тело. Обозначается h. Начальная высота равна произведению расстояния от места бросания до места падения и синусу угла наклона плоскости к горизонту:

h = s sinα

Пример №2. На горе с углом наклона 30о бросают горизонтально мяч с начальной скоростью 15 м/с. На каком расстоянии от точки бросания вдоль наклонной плоскости он упадет?

Выразим это расстояние через дальность полета:

Дальность полета выражается по формуле:

Подставим ее в формулу для вычисления расстояния от точки бросания до точки падения:

Выразим с учетом формулы начальной высоты:

Преобразуем:

Поделим обе части выражения на общий множитель s:

Подставим известные значения:

✅ Самые быстрые пассажирские самолёты

Ни для кого не секрет, что гражданская авиация самый быстрый вид транспорта на Земле. Сегодня существуют авиалайнеры способные максимально быстро доставить пассажиров в любую точку мира.

Boom Supersonic

Этот сверхзвуковой авиалайнер еще нельзя увидеть на взлетных полосах пассажирских аэропортов, так как проект еще в стадии разработки.

Первая модель, созданная в 2016 году, способна развивать скорость 2 335 км/час. В отличие от дорогих Конкордов XB-1 Baby Boom станет бюджетным, недорогим проектом. В конструкции использована сложная дельта, а управлять моделью будут, как и в обычных гражданских лайнерах, два пилота.

Cessna Citation X

Один из первых самолетов бизнес-класса, созданный американской компанией, долгое время держал рекорд по скоростным показателям этого класса лайнеров.

Cessna Citation X способен разгоняться до 1 126 км/час, а дальность полета составляет 6 тыс. километров. Этот двухмоторный турбовентиляторный аппарат активно используется не только авиакомпаниями, но и частными лицами. По количеству чартерных рейсов «Cessna Citation X», пожалуй, лидер среди всего мирового авиапарка.

Cessna Citation X+

На сегодняшний день «Cessna Citation X+», при максимальной скорости 1 153 км/час, самый быстрый пассажирский самолет в мире. Таких показателей удалось достичь за счет установления на лайнер мощных двигателей, а также изменения конструкции крыла.

Кроме того, конструкторы позаботились о комфорте пассажиров, сделав комфортабельный салон. В салоне всего 12 посадочных мест, потому самый современный самолет стал флагманом мировой бизнес-авиации.

Airbus A380

Созданный европейскими конструкторами А380 на сегодня самый быстрый серийный самолет в мире, развивающий скорость 1 020 км/час. Но скорость авиалайнера не единственное преимущество этой модели. Это один из крупнейших серийных авиалайнеров мировой гражданской авиации.

На воздушных авиалиниях он появился в 2005 году, и сразу завоевал популярность среди ведущих авиакомпаний. Специалисты отмечают легкость управления, а пассажиры комфорт и удобство во время длительных перелетов.

Boeing 747

Среди быстрых авиалайнеров стоит упомянуть и «Boeing 747», развивающий скорость 988 км/час. Эти самолеты стали первыми дальнемагистральными самолетами с двумя палубами и широким фюзеляжем.

Высокая скорость полета обеспечена мощными двигателями и особенностями аэродинамической конструкцией корпуса лайнера. Авиакомпании активно закупают Боинг, несмотря на довольно высокую цену, и на сегодня это самый распространенный авиалайнер на воздушных трассах мира.

Кинематические характеристики движения

Важные факты!

Графически движение горизонтально брошенного тела описывается следующим образом:

1. Вектор скорости горизонтально брошенного тела направлен по касательной к траектории его движения.
2. Проекция начальной скорости на ось ОХ равна v: v_ox = v. Ее проекция на ось ОУ равна нулю: v_oy = 0.
3. Проекция мгновенной скорости на ось ОХ равна v: v_x = v. Ее проекция на ось ОУ равна нулю: v_y = –gt.
4. Проекция ускорения свободного падения на ось ОХ равна нулю: g_x = 0. Ее проекция на ось ОУ равна –g: g_y = –g.

Модуль мгновенной скорости в момент времени t можно вычислить по теореме Пифагора:

Подставив в эту формулу значения проекций мгновенной скорости в момент времени t, получим:

Минимальная скорость в течение всего времени движения равна начальной скорости: v_min = v.

Максимальной скорости тело достигает в момент приземления. Поэтому максимальной скоростью тела в течение всего времени движения является его конечная скорость: v_max = v.

Время падения — время, в течение которого перемещалось тело до момента приземления. Его можно выразить через формулу высоты при равноускоренном прямолинейном движении:

h — высота, с которой тело бросили в горизонтальном направлении.

Дальность полета — перемещение тела относительно ОХ. Обозначается буквой l. Так как относительно ОХ тело движется с постоянной скоростью, для вычисления дальности полета можно использовать формулу перемещения при равномерном прямолинейном движении:

l = s_x = vt_пад

Выразив время падения через высоту и ускорение свободного падения, формула для определения дальности полета получает следующий вид:

Горизонтальное смещение тела — смещение тела вдоль оси ОХ. Вычислить горизонтальное смещение тела в любой момент времени t можно по формуле координаты x:

Учитывая, что x = 0, и проекция ускорения свободного падения на ось ОХ тоже равна нулю, а проекция начальной скорости есть модуль этой скорости, данная формула принимает вид:

x = vt

Мгновенная высота — высота, на которой находится тело в выбранный момент времени t. Она вычисляется по формуле координаты y:

Пример №1. Из окна, расположенного 5 м от земли, горизонтально брошен камень, упавший на расстоянии 8 м от дома. С какой скоростью был брошен камень?

Так как нам известна высота места бросания и дальность полета, начальную скорость тела можно вычислить по формуле:

Выразим начальную скорость и вычислим ее:

F-22 «Раптор»

МиГ-29 дышит в спину F-22 «Раптор» — истребитель, разработанный для ВВС США. Аппарат должен был стать заменой F-15. Первый удачный полет датируется 1997 годом, через 4 года был запущен серийный выпуск. Машина преодолела скоростной барьер в 2 400 км/ч, разогнавшись до 2 410 км/ч.

Истребитель F-22 «Раптор»

В арсенале F-22 20-мм пушка, 480 снарядов, ракеты «воздух-воздух». Главный недостаток истребителя – критический запас топлива (8,2 тонны), что является предпосылкой дозаправок в воздухе. Впервые боевая машина проявила себя в Сирии. Использование истребителя ограничено из-за частых летных происшествий и сбоев системы подачи кислорода.

Виды дальности

Обычно в лётно-тактических характеристиках летательных аппаратов рассматриваются следующие виды дальности: техническая, практическая и тактическая.

Технической дальностью полёта называют максимальную дальность полёта летательного аппарата (самолёта) в стандартных  атмосферных условиях, без ветра при полной заправке самолёта и полной его выработке, за исключением невырабатываемого остатка. Наличие невырабатываемого остатка связано с тем, что не всё заправленное в баки самолёта топливо может быть выработано, что связано с конструктивными особенностями топливной системы. Обычно невырабатываемый остаток топлива составляет 1,5 % от массы заправляемого топлива.
Техническая дальность является важным показателем предельных возможностей летательного аппарата (самолёта). Однако завершение реального полёта с пустыми баками является недопустимым по соображениям безопасности, так как любое непредвиденное отклонение от маршрута, наличие встречного ветра и т. п. могут привести к тому, что летательный аппарат (самолёт)не достигнет аэродрома назначения. Поэтому более реальным показателем является практическая дальность полёта.

Практическая дальность полёта — расстояние, которое может пролетать летательный аппарат при заданном состоянии атмосферы с учётом расхода топлива на запуск и опробование двигателей, руление перед взлётом, взлёт, предпосадочный манёвр, посадку, руление после посадки, а также с учётом аэронавигационного запаса топлива, определяемого для соответствующего типа летательного аппарата Нормами лётной годности. Практическая дальность полёта существенно зависит от массы Целевой нагрузки. Зависимость «нагрузка — дальность» является одной из основных характеристик летательного аппарата. На этой зависимости можно выделить три характерных участка: 1 — ограничение по максимальной целевой нагрузке (в основном обусловлено прочностью конструкции); 2 — ограничение по взлётной массе; 3 — ограничение по массе топлива (ёмкость топливных баков).

Аэронавигационный запас топлива предназначен для компенсации возможных отклонений условий полёта от расчётных, а также для ожидания в воздухе в районе аэродрома назначения или достижения запасного аэродрома в случае возникновения особых обстоятельств.
Аэронавигационный запас топлива составляет, как правило,10-15 % от массы заправляемого топлива.

Максимальная практическая дальность полёта — практическая дальность полёта на высоте и скорости наибольшей дальности и полной заправке горючего.

Необходимо отметить, что в процессе полёта по мере расходования топлива масса летательного аппарата (самолета) уменьшается, в результате чего постепенно возрастает высота практического потолка. Если летательный аппарат (самолет) будет постоянно лететь на высоте практического потолка, то есть с небольшим набором высоты, то в этом случае дальность его полёта будет больше, чем при горизонтальном полёте. Такой способ выполнения крейсерского полёта получил название полета по потолкам.

Тактическая дальность полёта — это практическая дальность с учётом расхода топлива на всех этапах, предусмотренным заданием на полёт.

На примере самолёта:

• Техническая дальность — дальность полёта одиночного самолёта до полного израсходования топлива;
• Практическая дальность — дальность полёта с учётом гарантийного 10-15 % остатка топлива (от массы заправляемого топлива);
• Тактическая дальность — дальность полёта с учётом запаса топлива на выполнение задания, не связанного с продвижением по маршруту.

Су-27

Су-27

Рассказывая о самых быстрых военных самолётах, не обойтись без взгляда на Су-27. Он – первенец советского военного авиастроения четвёртого поколения. Его скорость ничем не отличается от тех, какую развивают практически все современные военные летательные аппараты. Она ограничена 2,35 Маха (2876,4 км/ч). Изюминка Су-27 в том, что он стал родоначальником целой серии уникальных советских и российских военных самолётов поколений 4+ и 4++.

Максимально облегчённый самолёт под маркировкой П-42 пилот Николай Садовников 27 октября 1986 года поднял на высоту 3 000 м всего за 25 секунд. Ни один серийный военный самолёт в мире не достиг сравнимой скороподъёмности. Несмотря на почтенный возраст, Су-27 в различных модификациях находится на вооружении в строевых авиачастях ВВС РФ.