Режимы полета. Дальность и продолжительность полета.

Определения ИКАО: Крейсерским полётом по маршруту (en-route/cruise) для правил полётов по приборам (ППП) считается этап полёта от последней точки набора высоты на этапе взлёта через этап набора высоты крейсерского эшелона, полёта по маршруту и до момента снижения в точку первоначального захода на посадку IAF (Initial Approach Fix).

Крейсерским полётом по маршруту (en-route/cruise) для правил визуальных полётов (ПВП) считается этап полёта от последней точки набора высоты на этапе взлёта через этап набора высоты крейсерской высоты или эшелона, полёта по маршруту и снижения до высоты полёта по кругу визуальных полётов (ПВП) или до достижения высоты 1000 футов над превышением посадочной полосы, в зависимости, что будет достигнуто раньше.

Режим установившегося горизонтального полёта является одним из основных эксплуатационных режимов для самолётов гражданской авиации. Наиболее экономичным профилем полёта является полёт с набором высоты по мере уменьшения веса самолёта из-за выработки топлива. Поршневые двигатели имеют, систему наддува, которая делает экономичной их работу на одной определённой высоте (где достигается максимальный КПД). А экипаж реактивного самолёта, по мере уменьшения веса самолёта за счёт выработки горючего, с разрешения диспетчера ОВД, может занимать всё более высокие эшелоны с целью увеличения эффективности полёта. Поршневые двигатели наиболее эффективны при полётах на скоростях примерно до 250 миль/час (460 км/час) и на высотах до 3000 метров, турбовинтовые - для полётов на скоростях от 250 до 400 миль/час (460-750 км/час) и высотах от 7500 до 10500 метров, а турбореактивные - на скоростях выше 400 миль/час и высотах от 11000 до 18000 метров.

При определении крейсерских лётно-технических характеристик самолёта принято характеризовать три режима полёта:

• режим максимальной крейсерской дальности полёта (MRC - Maximum Range Cruise);

• режим полётов на большие расстояния (LRC - Long Range Cruise); и

• режим постоянной крейсерской скорости полёта (CMC- Constant Mach Cruise).

Режим максимальной крейсерской дальности полета (MRC) - это выдерживание скорости, на которой, для данного веса самолёта и высоты полёта, достигается минимальный расход топлива на каждую пройденную милю (или километр).

Для реактивных самолётов желательна их эксплуатация на больших высотах, где обеспечивается совпадение наилучших условий эксплуатации двигателя и планера самолёта. Что касается планера, то на больших высотах происходит уменьшение индуктивного и увеличение профильного сопротивления. Минимум лобового сопротивления достигается на скорости, равной приблизительно 1,4 Vs (1,4 скорости сваливания). Эта скорость, соответствующая минимальному сопротивлению, используется только при полётах на продолжительность, например, в зоне ожидания; для полётов на максимальную дальность классической оптимальной скоростью является 1,3 V_IMD (1,3 скорости минимального лобового сопротивления).

Оптимальная скорость при полёте на максимальную дальность изменяется в зависимости от высоты полёта. Она несколько больше на малых высотах и несколько меньше на больших. Так как лобовое сопротивление, если принять во внимание его зависимость от скорости, изменяется только с изменением индикаторной скорости, а истинная воздушная скорость, связанная с индикаторной, возрастает с увеличением высоты, то из этого следует, что чем больше высота полёта, тем больше истинная воздушная скорость при данных индикаторной скорости и лобовом сопротивлении (в действительности, даже при уменьшении индикаторной скорости в определённых пределах истинная воздушная скорость может возрасти при увеличении высоты). Отсюда, чем больше высота полёта, тем больше расстояние, проходимое самолётом при расходовании одного и того же количества топлива, которое необходимо для создания тяги, равной силе сопротивления. Увеличение скорости полёта по сравнению с оптимальной на 10 км/час, например, для самолёта Ту-154 приводит к перерасходу топлива на 150 кг/час, а уменьшение высоты полёта на 1200 м равносильно перерасходу топлива на 420 кг/час. Для самолётов типа Боинг 737 при режиме скорости полёта на большие расстояния (LRC) полет выше или ниже оптимальной высоты на 2000 футов (600 м) приводит к перерасходу топлива (по сравнению с полётом на оптимальной высоте) на 1%. Перерасход топлива при полёте на этом режиме на высоте ниже оптимальной на 4000 футов составит 4% (то же и при 0,74 М), ниже на 8000 футов - 10% (11% для М 0,74), а ниже на 12000 футов - 15% (20% для М 0,74).

Переходя к двигателю, можно сказать, что для получения наименьшего удельного расхода топлива требуется, чтобы двигатель работал на своём расчётном оптимальном режиме, которому приблизительно соответствует число оборотов в минуту, равное 90% максимального. Так как для заданного числа оборотов тяга падает с увеличением высоты (поскольку реактивный двигатель не имеет «наддува»), то отсюда следует, что только на большой высоте двигатель разовьёт тягу, которая будет достаточно малой, но равной потребной тяге при нормальном крейсерском числе оборотов. Таким образом, имеем совпадение оптимального режима работы двигателя (развивающего тягу, потребную лишь для преодоления сопротивления планера, величина которого находится на практически приемлемом минимальном уровне) и индикаторной скорости, дающей высокую истинную воздушную скорость. Отсюда ясно, почему полёты должны проходить на большой высоте. Следует помнить, что с увеличением высоты полёта потребная мощность двигателей за счёт увеличения потребной скорости (на величину высотного коэффициента) увеличивается.

Резюмируя вышесказанное, очевидно, что истинную скорость полёта можно значительно увеличить, если совершать полёт на больших высотах, доступных реактивным самолётам. Расход топлива пропорционален тяге, которая равна лобовому сопротивлению самолёта и которое, в свою очередь, пропорционально приборной скорости полёта. Таким образом, при постоянной приборной скорости, истинную скорость можно увеличить путём набора большей высоты, где плотность воздуха, а, следовательно, и лобовое сопротивление самолёта становятся меньше. Соответственно и часовой расход топлива для данного расстояния будет меньшим. Это самый важный и единственный фактор, который должен учитываться сотрудником по обеспечению полётов и пилотом с целью экономии расхода топлива. Однако следует иметь в виду, что расход топлива не является показателем, если его рассматривать отдельно от других факторов, таких как загруженность воздушного пространства (задержка вылетов по слотам), оптимальный выбор маршрута полёта (расстояние, стоимость пролёта территорий) и т.п.

Наиболее оптимальным режимом полёта для современных турбореактивных лайнеров является режим полёта на большие расстояния - Long Range Cruise (LRC).

Режим полёта на большие расстояния (LRC) - это скорость полёта, которая выше скорости MRC (примерно на 10 узлов или 0,01 числа Маха) и которая обеспечивает 99% минимального километрового расхода топлива при нулевом ветре. 1% увеличения расхода топлива от оптимального позволяет увеличить скорость полёта от 2 до 4%.

Справка: Для самолётов типа Боинг 737 LRC составляет примерно 0,74 числа Маха.

Выдерживание режима полёта на большие расстояния (LRC) требует постепенного уменьшения крейсерской скорости полёта по мере уменьшения веса самолёта за счёт выработки топлива.

При увеличении полётной массы для выполнения горизонтального полёта необходима подъёмная сила большей величины, что при том же угле атаки, что возможно только в результате увеличения скорости полёта, а следовательно, и потребной тяги, т.е. при увеличении полётной массы потребная тяга и скорость на всех углах атаки должны увеличиваться.

Хотя для реактивных самолётов принцип «чем выше - тем лучше» и справедлив, но максимальная высота, на которую может подняться самолет, не безгранична. Мощность двигателей с высотой падает, и поэтому высота, на которой самолет уже не может набирать высоту (т.е. вертикальная скорость уменьшается до нуля) называется теоретическим потолком самолёта. Поскольку набирать такую высоту можно бесконечно долго, то на практике определяют практический потолок, под которым понимают высоту, на которой самолёт ещё обладает какой-либо скороподъёмностью.

Практический потолок - наибольшая высота, на которой воздушное судно может устойчиво сохранять вертикальную скорость набора высоты, равную 100 футов в минуту (0,5 м/сек).

Пассажирский самолёт может оказаться на высоте, превышающей теоретический потолок в случае отказа одного из двигателей. В руководстве по лётной эксплуатации даются рекомендации на немедленное снижение и уменьшение скорости с целью изменения эшелона и продолжения установившегося горизонтального полёта на новой, но меньшей высоте и меньшей скорости.