Через сто лет после своего рождения гражданская авиация стала совершенно будничной частью нашей жизни. Мы настолько привыкли к пассажирским самолетам, что почти утратили любопытство и уже не задумываемся: «а что там у них внутри?».

Поэтому для многих авиаперелет — это нечто сродни магии, со своими ритуалами поклонения таинственным богам, поднимающим в воздух больших железных птиц с людьми внутри. Поэтому «Популярная механика» решила развеять распространенные мифы и раскрыть некоторые секреты устройства пассажирских самолетов. И мы надеемся, что единственный вопрос, который останется у вас после прочтения этого материала, — это «почему самолеты летают, а крыльями не машут?». Впрочем, этот вопрос уже не раз был рассмотрен в прошлых номерах нашего журнала.

Посадка пассажиров

…Но вот прощальные объятия провожающих позади. Пассажиров просят пройти на посадку. Правда, не всех сразу. Довольно часто бывает, что первыми рассаживают тех, кто сидит в передней части салона, а затем — тех, кто сидит в хвосте. И это не прихоть авиакомпании — иначе самолет просто может перевернуться, даже не отъехав от терминала. Особенно это важно для тех самолетов, у которых двигатели находятся в хвосте и центр тяжести смещен далеко назад. Например, на Ил-62 для предотвращения опрокидывания была предусмотрена дополнительная хвостовая опора и даже, более того, балансировочный водяной бак в передней части самолета.

Впрочем, заднее расположение двигателей имеет и свои плюсы. Во‑первых, это уменьшает уровень шума в салоне во время полета. Во‑вторых, такие двигатели стоят выше, чем те, которые расположены под крыльями, и менее подвержены «засасыванию» посторонних предметов с взлетно-посадочной полосы. И наконец, при отказе одного из двигателей самолет будет сохранять лучшую управляемость — за счет меньшего «плеча» его меньше разворачивает. Вместе с тем хвостовые двигатели имеют и достаточно серьезные минусы: их сложнее обслуживать (особенно в самолетах типа Ту-154 или MD-10, где двигатель размещен прямо в фюзеляже). Кроме того, в этом случае используется Т-образный стабилизатор, который при увеличении угла атаки может попасть в вихревой след крыла, что чревато потерей управления. Поэтому в современных самолетах двигатели стараются располагать под крыльями. Это дает серьезные преимущества — простой доступ к двигателям облегчает их обслуживание, а за счет равномерного распределения нагрузки можно упростить и облегчить конструкцию крыла.

Взлет

Пассажиры рассажены и пристегнуты, самолет выруливает к началу взлетной полосы, и пилоты получают разрешение на взлет. Посмотрите в иллюминатор: «распушенное» крыло производит незабываемое впечатление, хотя зрелище это — не для слабонервных. Выдвинутая механизация крыла изменяет его профиль, увеличивая подъемную силу и сокращая длину разбега. Почти сразу после того, как земля уходит вниз, отчетливо слышен негромкий гул: шасси убираются внутрь фюзеляжа или крыльев. Но сначала нужно остановить тяжелые колеса, которые после отрыва от земли еще вращаются: гироскопический эффект создает большую нагрузку на механизм уборки шасси. Затем самолет слегка «просаживается». Но пугаться не нужно — это происходит в момент, когда складываются выдвижные элементы механизации крыла. При этом уменьшается подъемная сила крыла и его сопротивление, что позволяет достичь больших скоростей.

Набор высоты

Во время набора высоты у пассажиров закладывает уши. Давление снаружи падает, и без кислородной маски уже на высоте больше 5−6 км (а полеты современных авиалайнеров проходят на высотах порядка 9−11 км) человек испытывает кислородное голодание, высотную декомпрессию и не способен выжить. Поэтому салон самолета относительно герметичен, но все равно его нужно постоянно «поддувать». Давление в салоне меньше, чем «на уровне моря» (но не ниже 0,75 атм., это соответствует давлению воздуха на уровне 2400 м над уровнем моря), — и именно поэтому при наборе высоты (и падении давления) у пассажиров закладывает уши. Чтобы преодолеть этот неприятный симптом, достаточно выровнять давление в полости среднего уха — сделать несколько глотательных движений. Именно с этим связана традиция перед взлетом раздавать пассажирам леденцы (именно леденцы, а не, скажем, шоколадные конфеты): при растворении их во рту выделяется слюна и глотательные движения происходят совершенно автоматически.

Почему нельзя облегчить жизнь пассажирам и поддерживать давление, соответствующее уровню моря? Это связано с прочностью материалов фюзеляжа. Один из первых пассажирских самолетов с герметичной кабиной — De Havilland Comet — наддувался почти до нормального атмосферного давления. Однако через некоторое время последовала череда необъяснимых аварий — 4 самолета буквально развалились в воздухе. Один из них упал в Средиземное море, и когда спасатели подняли со дна обломки, оказалось, что самый большой фрагмент имел размеры всего около полуметра. Проведенные исследования показали, что все эти катастрофы произошли из-за «усталости» металла: напряжения, возникающие из-за разницы давлений внутри и снаружи фюзеляжа, накапливаются и со временем способны разрушить самолет.

Однако прогресс не стоит на месте, и чем новее самолет, тем более совершенные материалы в нем использованы и тем ближе давление в салоне к нормальному. А в новом Boeing 787, в конструкции которого широко используются высокопрочные композиционные материалы, давление обещают поддерживать на «уровне моря» в течение всего полета.

Горизонтальный полет

Наконец гаснут таблички «пристегните ремни» и самолет переходит в горизонтальный полет — наиболее безопасную часть путешествия. Самое время встать с кресла, размять ноги, зайти в туалет. Кстати, хотим развеять широко распространенный «туалетный» миф. Отходы в современных авиалайнерах вовсе не сбрасываются наружу. Они поступают в бак, из которого уже на земле выкачиваются специальной ассенизационной машиной. Поэтому кадр из фильма «Невероятные приключения итальянцев в России», когда паспорт, выброшенный в унитаз, прилипает снаружи к иллюминатору, — лишь выдумка сценариста.

Разумеется, нельзя и «выйти наружу». Обычные двери, через которые происходит посадка и высадка, в полете заблокированы. А двери аварийных выходов, открывающиеся внутрь, надежно удерживаются разницей давлений.

Управлением в горизонтальном полете, как правило, заведует автопилот. Да и вообще ручной режим пилотирования для современных самолетов крайне нехарактерен. Впрочем, называть его «ручным» тоже будет не совсем точно. Крайним (авиаторы не любят слово «последний») российским самолетом с настоящим ручным управлением был Ил-62: там механические тяги управления шли через весь самолет. В дальнейшем управление стало дистанционным, с использованием гидравлики, но линейная зависимость (то есть прямая пропорциональность) между углом отклонения штурвала и углом отклонения управляющих плоскостей сохранилась. При этом летчик сам решает, насколько нужно повернуть штурвал, чтобы, скажем, наклонить самолет на тот или иной угол. В самолетах последнего поколения уже нет штурвала как такового — лишь джойстик, наклоном которого задается угол отклонения непосредственно самолета, а все промежуточные вычисления выполняет компьютер.

Посадка

Вновь загораются таблички «Пристегните ремни», и самолет начинает снижаться. Впереди — самый опасный (согласно статистике) этап полета — посадка. Вот уже видны огни аэродрома… Самолет снижает скорость, для сохранения подъемной силы выдвигаются элементы механизации крыла — в общем, все как на взлете, только в обратном порядке. Негромкий гул, самолет начинает легонько трясти — это выпущенное шасси создает нестабильность обтекания.

Вместе с шасси выдвигаются и автоматически зажигаются фары (обычно они установлены на стойках шасси). Казалось бы, зачем самолету фары? Авиаторы в шутку отвечают на этот вопрос так: «Чтобы пилот видел, куда лететь!» И хотя, разумеется, фары используются при посадке и рулежке, на самом деле основная их задача — отпугивать птиц. При попадании птицы в двигатель последний, скорее всего, выйдет из строя, и это может вызвать даже падение самолета. Поэтому птицы — серьезная опасность: по данным ИКАО (Международной организации гражданской авиации), столкновения птиц с самолетами ежегодно наносит ущерб около $1 млрд. Поэтому с птицами на аэродромах идет бескомпромиссная борьба: устанавливается аппаратура для отпугивания, специальные орнитологические службы занимаются отстрелом, в некоторых аэропортах (например, в Домодедово) даже используют специально обученных ловчих птиц. Этой же цели служат нарисованные на коках (обтекателях) вентиляторов двигателей белые «запятые» — при вращении они создают отпугивающий «мигающий» эффект: птицы принимают его за глаза хищника (как и фары).

Кроме фар самолет несет на себе аэронавигационные огни — для обозначения траектории полета и предотвращения опасного сближения с другими самолетами: на правом крыле — зеленый, на левом — красный, а на киле — белый. Запомнить такое расположение просто — летчики шутят, что существует мнемоническое правило: «Справа от опытного командира сидит зеленый второй пилот». Кроме того, на фюзеляже и крыльях располагаются красные или белые проблесковые световые маяки. А в последнее время авиакомпании стали при заходе на посадку подсвечивать и киль самолета — во‑первых, улучшается видимость (для других самолетов), а во-вторых, какая-никакая реклама.

И вот наконец колеса касаются полосы. Легкий дымок в первый момент сопровождает их переход от покоя к быстрому вращению. В этот момент пассажиры обычно аплодируют. Однако радоваться рано: самолет все еще двигается со скоростью около 250 км/ч, и ему нужно погасить эту скорость до того, как 2−2,5-километровая полоса закончится. Да и вообще, авиаторы — народ суеверный, и до завершения полета вряд ли уместно проявлять какие-то эмоции (лучше поблагодарить бортпроводников при выходе из самолета). Кстати, аплодисменты могут быть излишни еще по одной причине: при посадке пилот может и вовсе не участвовать в управлении! Современные авиалайнеры допускают полностью автоматическую посадку при нулевой видимости и автоматическое заруливание к терминалу (в аэропортах категории IIIC согласно стандартам ИКАО). Правда, в России таких аэропортов пока нет. Определить, кто посадил самолет, довольно просто. Очень мягкая посадка — характерный признак ручного управления: пилот аккуратно «притирает» самолет к земле. Автоматическая посадка — более жесткая, потому что автопилот должен просто уложиться в допуски по максимальной вертикальной скорости.

Чтобы затормозить, самолет оснащен сразу несколькими системами. Первая — это воздушные тормоза — аэродинамические щитки, которые самолет «распушает» для увеличения сопротивления. Вторая — реверс двигателей (хотя, например, на Як-42 его нет). Третья система — собственно колесные тормоза. Впрочем, были и более экзотические варианты: на некоторых старых самолетах (например, Ту-134 первых серий) использовались даже тормозные парашюты.

Колесные тормоза на старых пассажирских самолетах — колодочные (автомобилисты назвали бы их барабанными), а на новых — дисковые (на самых новых моделях используются даже диски из композиционных материалов, как в Формуле-1), с гидравлическим приводом. Причем шасси в обязательном порядке оснащается антиблокировочной системой ABS. Собственно, в автомобиль эта система пришла из авиации — для самолета неравномерное торможение чревато заносом и сходом с посадочной полосы.

К шинам и корду самолетных колес, в отличие от автомобильных, предъявляются повышенные прочностные требования. Кроме того, на стойках шины ставят обычно парами, чтобы разрыв или прокол одной не привел к аварийной ситуации. Шины самолета бескамерные, пневматические (с давлением 6−8 атмосфер) и нешипованные (даже зимой полосу чистят, так что необходимости в шипах нет).

Передняя стойка рулевая и управляется педалями. При этом поворачивается не вся стойка, а только нижняя ее часть — само колесо. Правда, такое управление используется только в процессе рулежки. В полете педали ведают рулем направления, расположенным на киле самолета.

Безопасность полетов

Современные реактивные авиалайнеры летают на достаточно больших высотах, и пассажиры не слишком часто жалуются на воздушные ямы (атмосферные неоднородности встречаются в основном при наборе высоты и снижении — на этих этапах пристегиваться ремнями обязательно). Однако иногда, в тропиках или при пересечении границы суша/океан, самолет даже в горизонтальном полете может попасть в сильный нисходящий поток и за несколько секунд потерять 3−4 км высоты. Такие «ямы» могут сильно травмировать пассажиров, и поэтому рекомендуется не расстегивать ремни лишний раз, даже когда таблички «пристегнитесь» погашены. Еще одну серьезную опасность представляют для самолета грозовые фронты. Каждый авиалайнер оснащен метеолокатором, способным обнаружить колебания плотности воздуха по курсу. Полет через грозу чреват для самолета попаданиями молний, что может привести даже к образованию в кабине шаровых молний или разрушению обтекателей антенн. Кроме того, при полете через грозовой фронт на самолете накапливается статическое электричество. Правда, от этого фактора защищают небольшие метелки на концах крыльев, через которые заряд стекает с самолета. Во всяком случае, теперь нам понятно, почему ведьмы летают именно на метлах — видимо, статический заряд для них тоже неприятен… (Некоторые эксперты высказывают мнение, что причина этого в другом: просто ведьмы используют ионный двигатель.)

Велика ли для самолетов вероятность столкновения с другим воздушным судном? Самый надежный способ предотвращения опасного сближения — правильная работа диспетчера, а для подстраховки используется система TCAS, наличие которой при полетах в Европу обязательно. Это небольшой экран на приборной панели, на котором отображаются метки находящихся поблизости самолетов. В случае опасного сближения система TCAS сама «разводит» борты, выдавая пилотам сигнал тревоги и указание (в том числе и речевое) на подъем высоты или снижение. Срабатывание TCAS имеет приоритет над указаниями диспетчера: именно этот ключевой момент стал причиной катастрофы над Боденским озером — башкирский экипаж начал снижение по команде диспетчера, вопреки сигналу TCAS «Climb, climb!». Тем не менее от визуального способа тоже никто не собирается отказываться: аэронавигационные огни и маяки — вещь достаточно дешевая, а шансов добавляет. К тому же огни полезны и при рулежках, интенсивность которых в больших аэропортах весьма велика. Правда, рулежки регулируются диспетчерами, но по сторонам смотреть тоже не мешает.

Если часть полета проходит над морем, под каждым креслом в авиалайнере обязательно находится спасательный жилет, и стюардессы перед полетом объясняют, как его использовать. Таковы международные правила. На самом деле это скорее историческая традиция и средство успокоения нервов — времена, когда самолеты могли безопасно сесть на воду, остались в далеком прошлом. Скорости современных самолетов таковы, что вероятность для самолета сесть на водную поверхность целым гораздо ниже, чем при посадке на брюхо на поле. В частности, одним из важных факторов является то, что на однородной поверхности воды нет визуальных ориентиров, по которым можно было бы определить высоту и вертикальную скорость (попросту говоря, глазу не за что зацепиться).

Почему же «для успокоения нервов» под кресла не кладут парашюты? Дело в том, что воспользоваться ими — выпрыгнуть из самолета при воздушной скорости (по давлению) около 400−500 км/ч — попросту невозможно. Один известный авиаконструктор даже выразил мнение относительно всех этих систем: «Единственным средством спасения современного пассажирского самолета является нормальное завершение полета на аэродроме, и задача конструкторов — в том, чтобы это средство работало лучше всего». Именно на этом и концентрируют свои усилия конструкторы современных пассажирских самолетов, и в итоге увеличение надежности оказывается дешевле различных катапульт и парашютов. Во всяком случае, несмотря на все «страшилки», воздушный транспорт сегодня считается самым безопасным: статистика утверждает, что вероятность попасть в автомобильную аварию по дороге в аэропорт намного выше, чем стать жертвой авиакатастрофы.

Статья «» опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2005).