При наборі літаком висоти, на певному етапі тяги стає недостатньо для продовження набору, вертикальна швидкість знижується та стає рівною нулю. І на цьому етапі літак не має можливості здійснювати набір висоти надалі.
Ці обмеження пов’язані передусім зі зниженням густини повітря на великих висотах, що впливає як на тягу двигунів, так і на підіймальну силу.
Далі розгляну поняття стелі польоту, насамперед теоретичну, практичну та динамічну стелю польоту літака. Окремо коротко опишу явище Coffin Corner.
Типи стель польоту
Практична стеля (service ceiling)
Практична стеля польоту літака (англ. service ceiling) – максимальна можлива висота польоту літака, на якій все ще залишається можливість скористатись надлишком тяги двигунів для набору висоти з невеликою вертикальною швидкістю.
Зазвичай польоти на максимальні відстані відбуваються поблизу практичної стелі. В процесі виконання польоту при зменшенні маси літака під час польоту знижується витрата пального, а стеля підвищується, що дозволяє поступово набирати висоту.
Практична стеля на кілька сотень метрів менша, ніж теоретична стеля, про що далі.
Теоретична стеля (absolute ceiling)
Теоретична стеля польоту літака (англ. absolute ceiling) визначається як найбільша можлива висота польоту, на якій літальний апарат за максимальної тяги своїх двигунів здатен підтримувати горизонтальний політ, при цьому його вертикальна швидкість набору висоти становить нуль.
На цій граничній висоті тяга двигунів повністю витрачається на подолання аеродинамічного опору в горизонтальному польоті. Це означає, що у літака повністю вичерпується надлишок тяги, необхідний для підйому. Таким чином, подальший набір висоти стає неможливим, а сталий горизонтальний політ може виконуватися лише на єдиній, оптимальній для цих умов швидкості та відповідному куті атаки.
Через критично малий або практично відсутній надлишок тяги, режим польоту на теоретичній стелі є вкрай «нестійким». Будь-яке, навіть незначне, відхилення може привести до значних втрат висоти. Саме тому тривалий політ в цих умовах є практично нездійсненним.
Динамічна стеля
Динамічна стеля літального апарата (англ. dynamic ceiling) — це максимальна миттєва висота польоту, якої можна досягти не в сталому режимі, а за рахунок перетворення значного запасу кінетичної енергії літака, накопиченої на меншій висоті.
Для досягнення динамічної стелі літак спочатку «розганяється» до максимально можливої швидкості на висоті, що зазвичай нижча за його теоретичну стелю. Потім виконується різкий маневр набору висоти, відомий як «гірка». Завдяки цьому маневру кінетична енергія, накопичена під час розгону, додається до роботи двигунів з набору висоти, дозволяючи літаку піднятися значно вище своєї теоретичної стелі.
Як показує практика, винищувачі можуть використовувати такий метод для тимчасового досягнення екстремальних висот. Наприклад, модифікований F-15A “Streak Eagle” встановив рекорд, досягнувши висоти близько 31 км (103 000 футів) під час випробувань, хоча стандартна практична стеля літака є значно меншою.
Сертифікована стеля (Certified Ceiling)
Сертифікована стеля (англ. certified ceiling) — це максимальна висота, на якій літак може «законно» експлуатуватися. На відміну від практичної та теоретичної стель, які є технічними характеристиками, сертифікована стеля є юридичним обмеженням, встановленим у процесі сертифікації літака.
Це зона підвищеної небезпеки, і перевищення сертифікованої стелі є порушенням авіаційних правил.
Безпека на великих висотах
Coffin Corner або Q corner
Як відомо, з висотою повітря стає більш розрідженим. Таким чином потрібна швидкість для стабільного польоту також росте.
Якщо ми наберемо надто велику висоту, в певний момент попадемо в діапазон критичних висот, де подальший набір буде неможливим. Швидкість знизити також не вдасться. Збільшити — теж, бо ми лімітовані можливостями літака.
Coffin Corner – обмеження швидкості разом зі збільшенням висоти польоту літака.
Якщо літак летить занадто високо, він досягає цієї точки, де більше не може підтримувати висоту, що змушує його знижуватися. Будь-яка спроба маневру в цих умовах може призвести до втрати контролю.
Для безпеки польотів рекомендується не “залітати” в цей діапазон швидкостей.
Більш детально про Coffin Corner в авіації
Тренування з відновлення при критичних ситуаціях (Upset Recovery Training)
Для пілотів, що виконують польоти на великих висотах, все більше уваги приділяється спеціальному тренуванню з відновлення при критичних ситуаціях (upset recovery training).
«Критична ситуація» (upset) — це будь-яке неочікуване відхилення від нормальної траєкторії польоту, яке може бути викликане занадто повільним польотом, занадто швидким польотом, турбулентністю або несправністю системи керування польотом.
Отже
Польоти на висотах, близьких до практичної або динамічної стелі, вимагають від екіпажу постійного контролю швидкісного режиму та чисел Маха, оскільки на таких висотах значно зменшується маневреність і наближення до так званого Coffin Corner (кутової пастки) може призвести до критичних ситуацій.
Глибоке розуміння цих характеристик є запорукою безпечного управління літаком у верхніх шарах атмосфери.
