Самолетът току-що е напуснал мястото си за паркиране. Той рулира бавно към пистата, придружен от равномерното боботене на двигателите си. В кабината пътниците довършват подреждането на багажа си, затягат коланите и хвърлят последен поглед към телефоните си преди излитане.
След това самолетът се подравнява на пистата.
За няколко секунди всичко изглежда почти спокойно. Самолетът понякога спира за кратко, сякаш поема дълбоко дъх. Изведнъж оборотите на двигателите се увеличават. Грохотът става по-мощен, седалките започват да вибрират, а пейзажът започва да преминава все по-бързо зад илюминаторите.
Няколко мига по-късно колесникът се откъсва от земята.
За някои пътници този шум е вълнуващ. Той символизира мощ, скорост и началото на пътешествието. За други може да бъде впечатляващ или дори леко обезпокоителен. Защо самолетите вдигат толкова много шум при излитане? Двигателите наистина ли работят на своя максимум? И защо шумът понякога изглежда, че намалява рязко няколко секунди след излитането?
Отговорът се крие основно в количеството енергия, необходимо за ускоряване на самолет с тегло няколко десетки или дори стотици тонове. Но двигателите не са единствените отговорни. Движението на въздуха, колесникът, клапите и дори околната среда около летището допринасят за това звуково усещане.
За да разберем какво се случва, трябва да се върнем към момента, в който самолетът започва да ускорява.
Самолетът не излита благодарение на скоростта на колелата си
За разлика от автомобила, самолетът не използва колелата си, за да ускорява по пистата. Колелата се въртят свободно и служат основно за поддържане на самолета, докато той е на земята.
Двигателите са тези, които избутват самолета напред.
При съвременните пътнически самолети тези двигатели обикновено са турбовентилаторни. Зад това техническо наименование се крие доста прост принцип: двигателят засмуква огромно количество въздух отпред, ускорява го и след това го изхвърля назад.
Чрез реакция самолетът се изтласква напред.
Част от въздуха преминава през сърцевината на двигателя. Той се компресира, смесва се с гориво и след това се изгаря в горивната камера. Това изгаряне произвежда много горещи газове, които се разширяват, завъртат турбините и се изхвърлят назад.
Но при съвременните двигатели голяма част от тягата се произвежда и от вентилатора – огромното обтекаемо витло, видимо отпред на реактивния двигател. То премества значителна маса въздух около сърцевината на двигателя.
Когато самолетът рулира спокойно към пистата, двигателите работят на сравнително умерени обороти. Те произвеждат точно толкова тяга, колкото е необходима за придвижване на самолета по земята.
При излитане ситуацията се променя напълно.
Двигателите трябва да ускорят един много тежък самолет до скорост, достатъчна за генериране на необходимата подемна сила от крилата. В зависимост от типа самолет, неговото тегло и условията през деня, тази скорост може да бъде значително над 200 километра в час.
Тази скорост трябва да бъде достигната на ограничено разстояние.
Затова пилотите увеличават значително тягата на двигателите. Много по-голямо количество въздух се засмуква, ускорява и изхвърля за няколко секунди. Именно това рязко повишаване на мощността предизвиква характерния грохот, чуван в началото на излитането.
Шумът идва основно от въздуха, изместен от двигателите
Може да се помисли, че шумът от реактивния двигател идва единствено от изгарянето на горивото. В действителност голяма част от звука идва от изместването на въздуха.
Двигателят засмуква въздух отпред и го изхвърля назад с голяма скорост. Когато този ускорен въздух срещне външния въздух, двата потока се смесват. Това смесване създава турбуленции, вариации в налягането и звукови вълни.
Колкото по-голяма е разликата в скоростта между въздуха, изхвърлен от двигателя, и околния въздух, толкова по-интензивен може да бъде шумът.
Лопатките на вентилатора също произвеждат свой собствен звуков подпис. Те се въртят много бързо и взаимодействат с въздуха, както и с различните структури, разположени вътре в двигателя.
Към това се добавят компресорите, турбините и циркулацията на газовете в сърцевината на реактивния двигател.
Крайният звук, чуван от пътниците или хората в близост до летището, не е един единствен шум. Това е сложна смесица, съставена от шума на вентилатора, потока на газовете, механичните вибрации и турбуленциите, създадени около двигателя.
При излитане всички тези явления стават по-интензивни, защото двигателят работи на високи обороти.
Това е малко като разликата между вентилатор, въртящ се бавно, и същия вентилатор, настроен на максимална скорост. Принципът остава идентичен, но количеството изместен въздух и нивото на шума вече не са същите.
В мащаба на самолетен двигател пропорциите са очевидно много по-впечатляващи.
Винаги ли самолетите използват максимална мощност?
Изразът „пълна мощност“ често се използва от пътниците, за да опишат излитането. Въпреки това двигателите не се използват систематично на своята максимална тяга.
Преди всяко излитане пилотите изчисляват необходимите характеристики, като вземат предвид много параметри:
-
теглото на самолета;
-
дължината на пистата;
-
външната температура;
-
вятъра;
-
надморската височина на летището;
-
състоянието на пистата;
-
евентуалното наличие на препятствия;
-
конфигурацията на самолета.
Когато условията са благоприятни, често е възможно да се излети с намалена тяга.
Да си представим сравнително лек самолет, дълга писта, умерена температура и попътен вятър. В тази ситуация би било безполезно да се изисква от двигателите цялата мощност, на която са способни. По-ниска тяга е достатъчна за ускоряване и излитане при пълна безопасност.
Този метод позволява да се намали износването на двигателите, да се ограничат механичните натоварвания и да се удължи експлоатационният живот на някои компоненти. Той може също леко да намали разхода на гориво и шума.
При Airbus пътниците, запалени по авиацията, понякога чуват за излитане с „FLEX“ тяга. При други самолети се говори по-специално за намалена тяга или „derate“. Методите за изчисление не са точно същите, но общата идея се състои в това да не се използва повече мощност от необходимото.
Обратно, по-голяма тяга може да бъде необходима, когато самолетът е тежък, пистата е къса или температурата е висока.
Топлият въздух е по-малко плътен от студения. Двигателите и крилата могат да бъдат по-малко ефективни, когато е много горещо. Летищата, разположени на голяма надморска височина, представляват подобна трудност, тъй като въздухът там също е по-малко плътен.
При тези условия излитането може да изисква повече мощност и по-дълго разстояние за ускорение.
Чуваният шум следователно не зависи само от типа самолет. Той варира и според теглото, времето, летището и характеристиките, изчислени за полета.
Защо шумът изглежда още по-силен близо до земята?
Един самолет може да произвежда много шум при излитане, но нашето възприятие се влияе и от неговата близост.
В момента, в който двигателите увеличават оборотите, самолетът все още се намира на земята или само на няколко десетки метра височина. Пътниците седят на няколко метра от двигателите, докато хората, живеещи около летището, могат да се намират директно под траекторията на излитане.
Разстоянието между източника на звук и слушателя остава сравнително малко.
Няколко минути по-късно самолетът вече лети на няколко хиляди метра височина. Двигателите продължават да произвеждат тяга, но звукът изглежда много по-малко впечатляващ от земята, защото самолетът се е отдалечил.
Околната среда на летището може също да усили или промени възприятието за шум.
Звукът може да се отразява в земята, сградите, терминалите или някои метални повърхности. Околният релеф също влияе на неговото разпространение. В долина, например, шумовете могат да се разпространяват по различен начин, отколкото в напълно открита зона.
Метеорологичните условия също играят роля. Вятърът може да пренася звука в определена посока, докато температурните вариации в атмосферата могат да изкривят звуковите вълни.
Това е една от причините, поради които един самолет може да изглежда необичайно шумен в определени дни, дори ако излитането му е напълно нормално.
Двигателите не са единствените, които вдигат шум
По време на първите секунди от полета самолетът се намира в конфигурация, много различна от тази, използвана при крайцерски полет.
Клапите са разгърнати върху крилата, за да се увеличи подемната сила при ниска скорост. В зависимост от самолета, могат да бъдат извадени и други механизации за повишаване на подемната сила.
Тези елементи променят формата на крилото и нарушават потока на въздуха. Те позволяват на самолета да излети с разумна скорост, но също така произвеждат повече съпротивление и аеродинамичен шум.
Колесникът също допринася за нивото на шума.
Докато колелата остават извадени, въздухът среща гумите, стойките на колесника, люковете и различните механизми. Всички тези елементи създават турбуленции.
В точния момент на ускорение по пистата пътниците чуват и търкалянето на колелата по земята. Пистата никога не е идеално гладка. Гумите преминават през фуги, жлебове, маркировки и малки неравности.
Колкото по-бързо ускорява самолетът, толкова по-бърз и интензивен става този грохот.
Когато самолетът се откъсне от земята, шумът от търкалянето изчезва внезапно. Но почти веднага може да се чуе друг шум: този от прибирането на колесника.
Колелата започват да се прибират във фюзелажа или в крилата. Хидравлични механизми се задействат, люковете се отварят и след това се затварят, а колелата могат да продължат да се въртят за кратък момент.
За пътник, който не познава тези звуци, резултатът може да изглежда обезпокоителен: вибрации, щракания, глухи грохоти или механични шумове под пода.
Въпреки това всичко това е част от нормалното функциониране на самолета.
Защо двигателите изглежда, че забавят точно след излитане?
Това вероятно е един от моментите, които изненадват най-много пътниците.
Самолетът току-що е излетял. Двигателите са шумни, ъгълът на изкачване изглежда голям и изведнъж грохотът намалява. Някои хора тогава остават с впечатлението, че двигателите са загубили мощност или дори че са спрели.
В действителност става въпрос за нормално намаляване на тягата.
Тягата, използвана за откъсване от земята, не е необходимо да се поддържа през цялото изкачване. След като самолетът е във въздуха, на височина, предвидена от процедурата, пилотите намаляват оборотите на двигателите до тяга, подходяща за изкачване.
Този преход може да бъде автоматичен или командван от пилотите в зависимост от типа самолет и процедурите на авиокомпанията.
Тъй като оборотите на двигателя намаляват, шумът също спада. Разликата може да изглежда голяма, защото тя настъпва след много шумна фаза.
Самолетът обаче продължава да се изкачва нормално.
В някои региони процедурите за намаляване на шума могат да направят тази промяна още по-забележима. Целта е да се ограничат шумовите смущения над населените места, като същевременно се поддържат необходимите характеристики и граници на безопасност.
Траекторията също може да се промени малко след излитането. Самолетът може леко да намали ъгъла си на изкачване, за да ускори и да започне постепенно прибиране на клапите.
За един пътник това може да създаде впечатлението, че самолетът леко „пада“. Въпреки това самолетът обикновено продължава да се изкачва. Просто неговият наклон става по-малък, което променя усещанията в седалката.
Шумът намалява, носът се спуска леко и двигателите променят оборотите си: тези събития са нормални и предвидени.
Защо шумът се променя няколко пъти по време на изкачването?
След намаляването на тягата звукът на двигателите може да се променя още няколко пъти.
Самолетът ускорява постепенно, прибира клапите си и адаптира режима си на изкачване. Двигателите не работят на фиксирана настройка от излитането до крайцерската височина.
Те се настройват постоянно според нуждите на самолета.
Ръководството на въздушното движение може да поиска от самолета временно да поддържа определена скорост или определена височина. Пилотите или автоматиката тогава адаптират тягата.
Когато клапите се прибират, аеродинамичният шум също се променя. Крилото постепенно възвръща по-гладка конфигурация, по-добре адаптирана към високите скорости.
Пътниците могат да чуят електрически двигатели или хидравлични механизми, които преместват повърхностите. При някои самолети тези шумове са особено разпознаваеми.
Промените в оборотите следователно не означават, че двигателите работят по неправилен начин. Напротив, те показват, че самолетът адаптира конфигурацията си към всеки етап от полета.
Излитането не е единствено събитие. То е бърза последователност от фази:
-
задаване на тяга;
-
ускорение по пистата;
-
ротация;
-
излитане;
-
прибиране на колесника;
-
намаляване към тяга за изкачване;
-
ускорение;
-
постепенно прибиране на клапите.
Всеки от тези етапи притежава свои собствени звуци и усещания.
Къде се чува най-много шумът в кабината?
Нивото на шума зависи много от заетото място в самолета.
Пътниците, седящи в близост до двигателите, естествено чуват повече определени честоти и вибрации. При самолети, чиито двигатели са инсталирани под крилата, зоната около крилата може да изглежда особено шумна по време на излитане.
В предната част на кабината грохотът на двигателите често е по-малко осезаем, въпреки че шумът от въздуха около фюзелажа става по-забележим, когато скоростта се увеличава.
В задната част възприятието силно зависи от конструкцията на самолета. Звукът, произведен от двигателите и турбуленциите, може да бъде по-силно изразен там.
При някои регионални самолети, чиито двигатели са инсталирани в задната част на фюзелажа, разпределението на шума е очевидно различно.
Турбовитловите самолети също имат специфичен звуков подпис. Техните витла се въртят бързо и генерират по-ритмичен шум, понякога придружен от вибрации, добре осезаеми в кабината.
Това не означава непременно, че те са по-малко безопасни или по-малко ефективни. Тяхното задвижване просто произвежда звук, различен от този на самолет, оборудван с турбореактивни двигатели.
Дори две седалки, разположени в един и същ самолет, могат да предложат различни звукови преживявания според близостта им до врата, крило, реактивен двигател или определени части от структурата.
Защо някои самолети са много по-тихи?
Не всички двигатели произвеждат едно и също количество шум.
Старите турбореактивни двигатели обикновено ускоряваха по-малко количество въздух до много висока скорост. Този метод можеше да генерира особено шумна струя.
Съвременните двигатели с висока степен на двуконтурност възприемат различен подход. Техният голям вентилатор премества много по-голяма маса въздух, но като го ускорява по-малко рязко.
Това решение позволява ефективно производство на тяга, като същевременно намалява шума и разхода на гориво.
Именно поради тази причина съвременните двигатели имат впечатляващи диаметри. При някои скорошни самолети гондолата на двигателя е почти толкова широка, колкото фюзелажа на малък пътнически самолет.
Производителите работят също върху формата на лопатките, въздухозаборниците и материалите, инсталирани в гондолите.
Някои вътрешни повърхности са покрити с акустични панели, проектирани да абсорбират част от звуковите вълни. Тези структури съдържат малки кухини, които улавят или отслабват определени честоти.
При някои двигатели се наблюдават и назъбени ръбове в задната част на гондолата или дюзата. Тези форми, често наричани шеврони, позволяват смесването между въздушните потоци да стане по-постепенно и могат да намалят някои компоненти на шума.
Инженерите изучават също източниците на аеродинамичен шум. Формата на колесниците, клапите и техните механизми може да бъде оптимизирана за ограничаване на турбуленциите.
Благодарение на тези подобрения, един съвременен широкофюзелажен самолет понякога може да изглежда по-малко шумен от много по-малък самолет, проектиран преди няколко десетилетия.
Размерът на самолета следователно не е достатъчен за определяне на неговото ниво на шум.
Как летищата се опитват да ограничат шума?
Дори ако съвременните самолети обикновено са по-малко шумни от своите предшественици, шумовите смущения остават важна тема за населението, живеещо около летищата.
Траекториите на излитане често са проектирани така, че да избягват доколкото е възможно най-гъсто населените зони.
Пилотите следват прецизни процедури, указващи курсовете, височините и понякога моментите, в които тягата или конфигурацията трябва да бъдат променени.
Някои летища налагат и ограничения през нощта. Най-шумните самолети могат да бъдат забранени в определени часове, подложени на допълнителни такси или ограничени в броя на разрешените движения.
Около летищните платформи са инсталирани измервателни станции за записване на шума, произведен от излитанията и кацанията.
Трябва обаче да се помни, че траекториите не могат да бъдат избирани единствено въз основа на шума. Безопасността, времето, релефът, въздушният трафик и характеристиките на самолетите остават приоритетни.
Един самолет не може просто да заобиколи всяко жилище. Процедурите следователно търсят компромис между безопасност, ефективност и намаляване на смущенията.
Един електрически самолет няма ли да вдига никакъв шум?
Идеята за почти безшумен самолет е привлекателна. Въпреки това дори един електрически самолет би продължил да произвежда шум.
Електрическият двигател премахва горенето и някои механични източници, присъстващи в турбореактивния двигател. Но той все още трябва да задвижва витло, вентилатор или друга система, позволяваща ускоряване на въздуха.
А преместването на голямо количество въздух неизбежно произвежда звук.
Към това се добавя аеродинамичният шум, създаден от потока на въздуха около крилата, фюзелажа, клапите и колесника.
При ниска скорост задвижването често представлява основен източник на звук. Но когато скоростта се увеличава, шумът от въздуха около самолета става все по-важен.
Бъдещите електрически или хибридни самолети вероятно ще могат да бъдат по-тихи в определени фази на полета. Те обаче никога няма да бъдат напълно безшумни.
Летенето с тежка машина при висока скорост неизбежно включва преместването на много въздух.
Трябва ли да се притесняваме, когато излитането е много шумно?
В огромното мнозинство от случаите силният шум при излитане е напълно нормален.
Самолетът трябва да ускори бързо, двигателите работят на високи обороти, колелата се търкалят по пистата, а крилата са конфигурирани да произвеждат много подемна сила при ниска скорост.
След излитането колесникът се прибира, клапите променят позицията си и тягата се настройва. Всички тези действия предизвикват шумове, вибрации и промени в усещанията.
Пилотите очевидно не се доверяват единствено на звука на двигателите.
Те разполагат с много инструменти, показващи техните обороти, температура, налягане, разход и общо функциониране. Системите на самолета също наблюдават много параметри и сигнализират за аномалии.
Необичаен шум, чут от пътник, следователно не означава автоматично, че се случва проблем.
Позицията на седалката, времето, използваната мощност и конфигурацията на самолета могат да направят едно излитане по-шумно от друго.
Също така е често срещано пътник внезапно да забележи звук просто защото му обръща повече внимание. Веднъж обезпокоен, всяка вибрация или промяна в оборотите може да изглежда необичайна.
Разбирането на протичането на излитането често позволява тази фаза да се преживее много по-спокойно.
📖 Статии, които биха могли да ви заинтересуват
Искате ли да продължите да откривате тайните на авиацията? Ето три статии, за да разберете по-добре как летят самолетите, защо достигат такива височини и какво прави въздушния транспорт толкова безопасен.
-
Как може да лети толкова тежък самолет?
-
Защо самолетите почти никога не се разбиват?
-
Защо самолетите летят толкова високо?
✈️ Препоръчани продукти
Искате ли да продължите страстта си към авиацията отвъд тази статия? Открийте нашите колекции, посветени на любителите на самолети, с предмети за излагане, за подарък или за носене навсякъде със себе си.
Много шум за откъсване на няколко тона от земята
Ако самолетите вдигат толкова много шум при излитане, това е преди всичко защото трябва да постигнат нещо изключително за много кратко време.
Самолет с тегло няколко десетки или стотици тонове трябва да ускори достатъчно, за да започнат крилата му да го носят. За да го постигне, неговите двигатели засмукват и ускоряват огромно количество въздух.
Шумът при излитане следователно е този на тягата, но също и този на колелата по пистата, на въздуха около крилата, на разгърнатите клапи и на колесника.
Веднъж във въздуха, шумът обикновено намалява. Двигателите преминават към тяга за изкачване, колесникът се прибира, клапите постепенно се прибират и самолетът се отдалечава от земята.
Следващият път, когато чуете грохота на двигателите да изпълва кабината, ще знаете какво се случва.
Самолетът не просто вдига шум.
Той ускорява гигантска маса въздух, за да превърне машина от няколко тона в самолет, способен да напусне земята и да се изкачи към небето.
🎬 За по-добро разбиране на функционирането на самолетен двигател
Впечатляващият шум, чуван при излитане, е пряко свързан с функционирането на реактивните двигатели и огромното количество въздух, което те преместват. За да откриете по-точно какво се случва вътре в един самолетен двигател, ето едно просто и образователно видео, което обяснява всяка стъпка от неговото функциониране.
Често задавани въпроси за шума от самолетите при излитане
Защо двигателите стават внезапно шумни на пистата?
Пилотите увеличават значително тягата, за да ускорят самолета до неговата скорост за излитане. Двигателите тогава засмукват и преместват много повече въздух, което увеличава нивото на шума.
Винаги ли двигателите се използват на максимална мощност?
Не. Когато теглото на самолета, дължината на пистата и метеорологичните условия позволяват, пилотите могат да използват намалена тяга, изчислена преди излитането.
Защо шумът намалява рязко след излитането?
След като самолетът е в изкачване, пилотите обикновено намаляват тягата за излитане към тяга, подходяща за изкачване. Това намаляване е нормално и не означава, че двигателите спират.
Какъв е силният шум, чут под самолета след излитане?
Той често идва от прибирането на колесника. Колелата се прибират, люковете се отварят и след това се затварят, което може да предизвика грохоти, щракания и вибрации.
Защо някои излитания изглеждат по-шумни от други?
Шумът зависи от типа самолет, неговото тегло, използваната мощност, температурата, вятъра, пистата и заетото място в кабината.
Големите самолети винаги ли са най-шумни?
Не. Един съвременен широкофюзелажен самолет, оборудван с нови двигатели, може да бъде по-малко шумен от по-малък, но по-стар самолет. Конструкцията на двигателя е по-важна от самия размер на самолета.
Съвременните самолети наистина ли са по-тихи?
Да, в общи линии. Двигателите с висока степен на двуконтурност, акустичните материали и аеродинамичните подобрения позволиха значително намаляване на шума при новите поколения самолети.
Един електрически самолет би ли бил напълно безшумен?
Не. Дори без горене, би останал шумът от витлата или вентилаторите, както и аеродинамичният шум, произведен от въздуха около фюзелажа, крилата и колесника.
