Физика в движении самолета – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)
Внимание! Администрация сайта rosuchebnik.ru не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.
- Участник:Полозкова Анастасия Петровна
- Руководитель:Гусарова Ирина Викторовна
Введение
Обоснования выбора темы
Из множества предоставляемых вариантов тем, я выбрала именно изучение физических явлений, связанных с полетом самолета, потому что такой популярный и распространенный способ передвижения на сегодняшний день является интересным объектом изучения. Самолёт — воздушное судно, предназначенное для полётов в атмосфере с помощью силовой установки, создающей тягу, и неподвижного относительно других частей аппарата крыла, создающего подъёмную силу.
Физика играет огромную роль в процессе работы самолета. Тысячи самолетов летают каждый день. Тысячи людей доверяют жизни самолетам. Как же физика связана с этим? Именно этот вопрос натолкнул меня на изучения данной темы.
Актуальность это работы обусловлена изучением историей открытия физических явления в полете самолета, совершенствования их использования, а также возможностью развития моих исследовательских способностей, расширения кругозора и базы математических и физических знаний, развития логического мышления, тренировки интеллекта.
Объектом исследования является школьный материал физики 7-9 класс.
Предметом исследования являются физические явления в полете самолета.
Гипотезой исследования стало предположение: изученные физические явления лежат в основе полета самолета.
Цель исследования: проследить историю открытия физики, связанной с самолетом, как эти открытия повлияли на развитие общества. Исследовать некоторые физические явления, происходящие при полете самолета, установить между ними связь.
Практическая значимость работы определяется возможностью подробного изучения, саморазвития, анализа открытий.
I глава. Научное описание и объяснение явлений
1. Подъемная сила
Упрощённый вариант появления подъёмной силы крыла, которое располагается параллельно потоку воздуха. Конструкция крыла такова, что верхняя часть его профиля имеет выпуклую форму. Воздушный поток, обтекающий крыло, разделяется на два: верхний и нижний. Скорость нижнего потока остаётся практически неизменной. А вот скорость верхнего возрастает за счёт того, что он должен преодолеть больший путь за то же время. Чем выше скорость потока, тем ниже давление в нём. Следовательно, давление над крылом становится ниже. Из-за разницы этих давлений возникает подъёмная сила, которая толкает крыло вверх, а вместе с ним поднимается и самолёт. И чем больше эта разница, тем больше и подъёмная сила. А почему подъёмная сила появляется, когда профиль крыла имеет вогнуто-выпуклую или двояковыпуклую симметричную форму?
Профиль крыла самолёта располагается под углом к воздушному потоку.
А поток воздуха, сталкиваясь с нижней поверхностью такого крыла, скашивается и приобретает движение вниз. Согласно закону сохранения импульса на крыло будет действовать сила, направленная в противоположном направлении, то есть, вверх.
На самом деле всё намного сложнее. Набегающий поток воздуха воздействует на крыло с силой, которая называется полной аэродинамической силой. А подъёмная сила – это одна из составляющих этой силы. Вторая составляющая – сила лобового сопротивления. Вектор полной аэродинамической силы – это сумма векторов подъёмной силы и силы лобового сопротивления. Вектор подъёмной силы направлен перпендикулярно вектору скорости набегающего воздушного потока. А вектор силы лобового сопротивления – параллельно.
Самолёт может взлететь только в том случае, если подъёмная сила больше его веса. Скорость он развивает с помощью двигателей. С увеличением скорости увеличивается и подъёмная сила. И самолёт поднимается вверх.
Если подъёмная сила и вес самолёта равны, то он летит горизонтально.
Двигатели самолёта создают тягу – силу, направление которой совпадает с направлением движения самолёта и противоположно направлению лобового сопротивления. Тяга толкает самолёт сквозь воздушную среду. При горизонтальном полёте с постоянной скоростью тяга и лобовое сопротивление уравновешены. Если увеличить тягу, самолёт начнёт ускоряться. Но и лобовое сопротивление увеличится тоже. И вскоре они снова уравновесятся. И самолёт будет лететь с постоянной, но большей скоростью.
Если скорость уменьшается, то становится меньше и подъёмная сила, и самолёт начинает снижаться.
2. Сила тяжести
Сила тяжести остается всегда одинаковой, на земле ли самолет или в воздухе, и поэтому приятно знать, что эта постоянная сила всегда с нами. Полет возможен только тогда, когда есть поступательная скорость. Поступательная скорость получается за счет энергии от сгорания горючего.
Если мы отрываемся от земли и поднимаемся на некоторую высоту, мы уже имеем некоторый запас энергии (вес самолета), способный придать самолету поступательную скорость, когда мотор перестанет ее развивать.
В случае остановки мотора на некоторой высоте над землей вес продолжает тянуть самолет вперед; самолет не падает, а начинает планировать, скользя вниз, будучи все время управляем.
Чем выше самолет находится в воздухе, тем большее расстояние он может пролететь без мотора. Постоянно действующая сила тяжести становится чем- то вроде постоянной охраны обеспечивая самолет невидимой энергией, необходимой для движения вперед.
3. Электризация
На задней кромке крыла хорошо видны 10 электростатических разрядников.
Статическое электричество для летательных аппаратов представляет серьёзную проблему, но успешно решаемую.
Из-за трения о воздух на самолете в полёте набирается заряд 200 – 300 мкКл, поднимающий потенциал до 200 – 300 киловольт.
Когда шасси самолета приближаются к посадочной полосе, происходит электрический разряд на землю длиной около метра, чаще всего по поверхности резины колес. Его хорошо видно в темноте.
Накапливающееся в полёте статическое электричество значительно ухудшает работу радиосвязного оборудования, приводит к сбоям в работе цифровой аппаратуры.
После посадки летательного аппарата статический заряд вполне способен убить человека.
Для предотвращения негативного влияния статического электричества на летательных аппаратах установлены следующие средства защиты:
- Перемычки металлизации, соединяющие отдельные элементы конструкции самолета между собой и массой самолета.
- Разрядники, способствующие стеканию накопленного самолетом заряда статического электричества в атмосферу.
На самолётах электростатические разрядники установлены группами на конце крыла, а также других выступающих частях конструкции планера.
Тело разрядника длиной 10–15 см представляет объемный резистор сопротивлением в 10–100 МОм.
II глава. История открытия, интересные факты о рассматриваемых явлениях
1. Подъемная сила
Подъемная, она же Архимедова, сила. Легенда гласит, что царь Герон II попросил мыслителя определить, из чистого ли золота сделана его корона, не причиняя вреда самому царскому венцу.
Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало — нужно было определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита, и определить, чистое ли это золото. Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну — и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся. И тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему. Решение задачи было найдено. А в развитии аэродинамики у нас в стране выдающуюся роль сыграл профессор Николай Егорович Жуковский (1847—1921) —«отец русской авиации». Заслуга Жуковского состоит в том, что он первый объяснил образование подъемной силы крыла и сформулировал теорему для вычисления этой силы. Теорема Жуковского: Подъёмная сила сегмента крыла бесконечного размаха равна произведению плотности газа (жидкости), скорости газа (жидкости), циркуляции скорости потока и длины выделенного отрезка крыла.
Направление действия подъёмной силы получается поворотом вектора скорости набегающего потока на прямой угол против циркуляции. До Жуковского возникновение подъёмной силы объяснялось ударной теорией Ньютона, описывающей ударяющиеся об обтекаемое тело не связанные друг с другом частицы воздуха. Данная теория даёт заниженное значение подъёмной силы крыла. Жуковский впервые представил открытый им осенью 1904 года механизм образования подъёмной силы крыла на заседании Математического общества 15 ноября 1905 года.
2. Сила тяжести
Исаак Ньютон гулял по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг увидел луну в дневном небе. И тут же на его глазах с ветки оторвалось и упало на землю яблоко. Ньютон в это самое время работал над законами движения , он уже знал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. Знал он и о том, что Луна не просто висит в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, и, следовательно, на нее воздействует какая-то сила, которая удерживает ее от того, чтобы сорваться с орбиты и улететь по прямой прочь, в открытый космос.
Тут ему и пришло в голову, что, возможно, это одна и та же сила заставляет и яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите. Все считали, что есть земная гравитация, действующая на несовершенной Земле, и есть гравитация небесная, действующая на совершенных небесах. Ньютон же сделал следующее – он объединил эти два типа гравитации в своем сознании. С этого исторического момента искусственное и ложное разделение Земли и остальной Вселенной прекратило свое существование.
3. Электризация
Электризация – это явления, в которых тела приобретают свойства притягивать другие тела; вэлектризациивсегдаучаствуютдватела. Приэтом электризуются оба тела. Электризация происходит при соприкосновении. Греческий философ Фалес Милетский, живший в 624-547 гг. до нашей эры, открыл, что янтарь, потертый о мех, приобретает свойство притягивать мелкие предметы — пушинки, соломинки и т.п. Это свойство в течение ряда столетий приписывалось только янтарю, от названия которого и произошло слово «электричество».
Рождение учения об электричестве связано с именем Уильяма Гильберта (1540-1603). Он был одним из первых ученых, утвердивших опыт, эксперимент как основу исследования. Он показал, что при трении электризуется не только янтарь, но и многие другие вещества и что притягивают они не только пылинки, но и металлы, дерево, листья, камешки и даже воду и масло.
Вывод
Изучая физические явления, у меня возникло желание более подробно изучить их применение. Удивительным фактом и маленьким открытием становится то, что окружающие явления подчиняются и объясняются общими законами и закономерностями в физике.
Почему самолет не падает, а корабль не тонет
Если запустить в воздух бумажный самолетик, он немного покружится и упадет. Упадёт и любой тяжелый предмет, который мы подбросим. А если положить камень или кусочек металла на воду, то он просто опустится на дно. Почему же тогда тяжелые самолеты не падают, а огромные корабли не тонут? У них есть свои секреты.
Как самолеты держатся в воздухе
Люди создали летательные аппараты, наблюдая за птицами: не падать самолетам помогают те же самые законы физики и те же приспособления, что и пернатым.
Большую роль играют крылья: снизу их делают ровными, а сверху – выпуклыми. Благодаря такой форме воздух, проходящий под крылом, давит на на него больше, чем воздух над крылом. Возникает так называемая подъемная сила, которая буквально выталкивает самолет вверх. Когда эта сила становится больше веса самолета, он взмывает в воздух. Представьте, насколько она большая, если большой самолет весит от 50 тонн – это вес десяти слонов. Пока действует подъемная сила, самолет не упадет.
Но эта сила будет держать летающий транспорт в воздухе, пока он движется. Попробуйте подбросить мяч: он будет лететь, пока есть скорость, и чем она выше, тем дольше он будет лететь. То же самое с самолетом: чтобы держаться в воздухе, ему нужно набрать нужную скорость и продолжать движение. Самолет не взлетит, пока не наберет скорость, которая требуется для взлета. Здесь задействуется другая сила: сила тяги, которую создает двигатель внутри самолета, – именно это и направляет его вперед. И чем большую скорость набирает самолет, тем сильнее воздух его выталкивает.
Получается, что самолет не падает благодаря особой форме, которая помогает ему парить в воздухе, и скорости полета, которую обеспечивает двигатель.
Как корабли держатся на воде
Секрет плавательных средств не только в воде, но и в воздухе, который в сотни раз легче воды. Корабли строят так, чтобы внутри было много пространств, заполненных воздухом, который будет держать корабль на воде, не давая ему пойти ко дну.
Это можно проиллюстрировать на простом опыте: положите на воду металлическую пластину – она сразу же утонет. Но если вы опустите на воду миску из того же металла, она будет оставаться на плаву, даже если вы положите в нее что-то еще. Причина все та же: в ней есть воздух.
Физика объясняет такой эффект тем, что в воде тонут предметы, плотность которых выше воды. И наоборот: не тонут предметы, плотность которых ниже. Металл плотнее воды, но если из него сделать предмет и наполнить его воздухом, его плотность будет ниже, и он будет держаться на поверхности.
Кроме того, на любой предмет в воде действует выталкивающая сила – сила Архимеда. Чем больший объем воды корабль вытесняет своим объемом, погруженным в воду, тем больше сила, которая давит на него снизу, выталкивая на поверхность. Эта сила равна весу вытесненной воды.
Получается, что корабль не тонет благодаря объему воздуха, который в нем находится.
Но попробуйте заполнить миску из нашего примера предметами – и она затонет. Точно так же с кораблем, именно поэтому есть строгие нормативы по весу груза, которое можно взять на борт.
На самолетах тоже действуют правила провоза багажа: есть определенная взлетная масса, превышать которую нельзя. Так что еще один секрет того, почему самолет не падает, а корабль не тонет, в его правильном весе и послушных пассажирах.
Почему самолеты не падают?. В 2017 году Сеть авиационной безопасности… | Джефф Фостер | Ingeniously Simple
Опубликовано в·
Чтение: 15 мин.·
20 марта 2019 г. .
Учитывая, что самолеты летают со скоростью 600 миль в час, на высоте 40 000 футов и заполнены легковоспламеняющимися жидкостями, это довольно удивительное достижение. Как авиационной отрасли удается поддерживать такой высокий уровень безопасности?
Чтобы понять, почему мы должны отправиться в прошлое, в Чикаго 1940-х годов, и начать понимать образ мышления авиационной промышленности. Оттуда мы двинемся вперед и посмотрим, как отрасль реагирует на неудачи и как на самом деле работает ее культура непрерывного совершенствования.
Чикагская конвенция
Международная организация гражданской авиации (ИКАО) была создана Чикагской конвенцией о международной гражданской авиации. Это произошло в темное время человеческой истории; Вторая мировая все еще бушевала. Несмотря на это, 55 стран направили для участия более 700 делегатов, часто с большим личным риском. Конференция проходила с 1 ноября по 7 декабря, и в конце была подписана следующая декларация:
Церемония подписания«будущее развитие международной гражданской авиации может в значительной степени способствовать установлению и сохранению дружбы и взаимопонимания между нациями и народами мира, однако злоупотребление ею может стать угрозой для общей безопасности; и желательно избегать трений и способствовать тому сотрудничеству между нациями и народами, от которого зависит мир во всем мире».
промышленность в целях безопасности. Вместо этого именно эта статья, статья 37, устанавливает международные стандарты и рекомендуемую практику.
Статья 37. Рекомендуемая практикаБыло решено стандартизировать наиболее важные практики, но, что еще более важно, она установила процесс расследования авиационных происшествий и открытого и прозрачного обмена этими данными.
В модели Westrum это известно как генеративная модель. В этой модели неудача побуждает к расследованию, а не к правосудию. Именно создание этой культуры помогло повысить безопасность авиакомпаний на протяжении многих лет.
Комета
Наше путешествие начинается в 1950-х годов с Comet Jetliner, построенным недалеко от Хатфилда в Великобритании. Это действительно удивительный самолет, и в то время он летал быстрее и выше, чем что-либо еще. Он превзошел Boeing 707 и стал первым пассажирским самолетом с реактивными двигателями.
Первый коммерческий реактивный лайнер! К сожалению, за год ввода в эксплуатацию было потеряно три самолета.
Все переживали катастрофические разрывы, и кажется, что нет общей причины. Флот был остановлен. Из-за отсутствия основной причины производитель (de Havilland) внес около 60 различных модификаций, чтобы охватить все возможные причины аварии (включая добавление управляющих поверхностей, дополнительное усиление и т. д.). Управление гражданской авиации посчитало, что это сделало самолет безопасным, и они были перезапущены.
Это оказалось плохим решением, и всего через две недели после повторного ввода в эксплуатацию аналогичный отказ произошел над Неаполем. Эксплуатация кометы была приостановлена до выяснения причины.
Структурные разрушения были редкостью в то время, и следователи приложили огромные усилия, чтобы найти первопричину.
На изображении ниже показан напорный бак, созданный вокруг фюзеляжа Comet. Этот бак был заполнен 200 000 литров воды, чтобы имитировать давление полета. Бак был слит, проверки проводились, и это повторялось. Потребовалось 3060 цикла давления перед разрушением фюзеляжа.
Это послужило ключевым доказательством, которое изменило направление расследования авиакатастрофы.
Ученые нашли безошибочный отпечаток усталости металла.
Усталость металла в углах окон является наиболее частой причиной аварии. Квадратные окна вызывают концентрацию стресса в этой области и приводят к дополнительному стрессу и, в конечном итоге, к неудаче. Легенда гласит, что именно поэтому все современные самолеты имеют овальные иллюминаторы.
Сравнение результатов имитации давления (слева) и обломков (справа)Но это еще не все. Авиакомпания всегда стремится к безопасности, и будущий анализ пришел к другому выводу. Первопричина была не в квадратных окнах, а в способе их крепления к раме. Для квадратных окон использовались заклепки, а для овальных – клей. Это и было истинной причиной поломки окон.
Моя цель здесь не в деталях, а в неустанном процессе расследования, чтобы найти детали того, что пошло не так.
Гранд-Каньон
Наша следующая история перенесет нас в 1950-е годы.
Сразу после 9 утра из аэропорта Лос-Анджелеса с разницей всего в 5 минут вылетели два самолета: Galaxy Super Constellation и DC7.
Вылетая из Лос-Анджелеса, они действовали в соответствии с так называемыми правилами полетов по приборам. Согласно этим правилам, управление воздушным движением и приборы на самолете обеспечивают пилотам основные механизмы управления.
Оба самолета направлялись через США, и когда они приблизились к Неваде, они перешли на так называемые правила визуальных полетов (VFR). При полетах по ПВП пилоты несут ответственность за предотвращение столкновений. Я не пилот, поэтому я нахожу это пугающим, но это распространенный метод полета.
Оба пилота столкнулись с облаками возле Гранд-Каньона. Приближаясь к облакам, они применяли те же правила. Поднимитесь, чтобы получить лучшую видимость. Когда они поднимались сквозь облака, они столкнулись. Оба самолета были смертельно повреждены, и это была первая коммерческая авария, в которой погибло более 100 человек.
Следствие пришло к выводу, что причина была удручающе проста. Самолеты просто не увидели друг друга вовремя, чтобы избежать столкновения. Облака в этом районе ограничивали видимость, и самолеты столкнулись. К сожалению, в то время существовала технология, позволяющая решить эту проблему, и в отчете не было ничего примечательного.
«недостаточность консультативной информации о воздушном движении на маршруте из-за неадекватности средств и нехватки персонала в управлении воздушным движением»
В результате этого отчета Конгресс потребовал действий, и в 1958 году Конгресс принял Федеральный Закон об авиации. Это создало единое агентство, контролирующее воздушное пространство США. Это привело к значительному увеличению инвестиций как в технологии управления воздушным движением, так и в наборе большего количества авиадиспетчеров. В результате создания этого органа стали реже происходить столкновения в воздухе.
United Airlines
Рейс 389 United Airlines вылетел из нью-йоркского аэропорта La Guardia в Чикаго.
Когда в 21:00 самолет приблизился к О’Хара, авиадиспетчерская служба попросила самолет снизиться до высоты 6000 футов.
Самолет начал контролируемо снижаться со скоростью около 2000 футов в минуту. Когда он прошел 6000 футов, он не смог остановить снижение. Через несколько минут рейс 389 United Airlines врезался в озеро Мичиган, в результате чего все находившиеся на борту погибли.
Расследование началось немедленно. Самолет был в отличном техническом состоянии, осмотр тел не выявил признаков потери трудоспособности в полете. Диспетчер «черного ящика» не показал никаких проблем, и управление воздушным движением дало правильные инструкции. Очевидной причины гибели самолетов не было.
Но этого недостаточно для авиационной промышленности. Ни один камень не остался неперевернутым. Необходимо было расследовать все возможные причины крушения. Следователи отметили, что конструкция 9-го0041 Высотомер отличался от других типов самолетов и начал расследование. Вам может быть интересно, как считывание высоты может быть ошибкой? Наверняка все просто?
Вы измеряете высоту с помощью трехточечного альтиметра.
В предложенном названии у вас есть три точки размером 10000, 1000 и 100. Самая длинная стрелка указывает на 100 футов. Короткий короткий указывает на 1000 футов. А средний (с крестом) указывает на 1000.
Зернистые фотографии показывают альтиметры данных. Довольно легко представить, что вы можете неправильно их понять, взглянув на них беглым взглядом. Дальнейшее расследование пришло к выводу, что конструкция этого конкретного самолета была наиболее подвержена неправильному считыванию, особенно на высоте, на которой самолет не смог остановить снижение.
Последующие исследования направлены на упрощение конструкции. В этом дизайне линия 10000 футов всегда видна, что сводит к минимуму вероятность неправильного чтения.
Признаюсь первым, мне это не намного яснее, но, судя по исследованиям, это было понятно пилотам того времени. Эта улучшенная конструкция альтиметра была рекомендована и развернута для приборных панелей самолетов.
Рейс Air Florida 90
Флорида — один из самых теплых штатов США.
Это означало, что у экипажа этого самолета был небольшой опыт взлетов в холодных погодных условиях. Как и все пилоты, они осознавали опасность, но не думали об этом.
Пока они сидели на взлетно-посадочной полосе, капитан и его второй пилот начали прорабатывать контрольный список взлета, как они делали это уже миллион раз. Прорабатывая список, они действуют на автопилоте, не принимая во внимание контекст, в котором они находились (было очень холодно!). Упрощенная версия диалога (доступна на черном ящике) показана ниже:
Крылья? 2, проверьте!
Шасси? Подарите, проверьте!
Противообледенительная система двигателя включена? Выкл., проверьте!
Теперь мы выходим на взлетно-посадочную полосу. Вот диалог из черного ящика. Посмотрите, как говорит второй пилот:
Капитан: Он намотался. Настоящий холод, настоящий холод.
Второй пилот: Боже, посмотри на эту штуку. Это кажется неправильным, не так ли? Это неправильно.
Капитан: Да, восемьдесят.
Второй пилот: Нет, я не думаю, что это правильно. Ах, может быть, это так.
Капитан: Сто двадцать.
Второй пилот: Не знаю
Капитан: Ви-один. Полегче, ви-два.
Язык не является директивным. Самолет не развил столько мощности, сколько нужно для взлета, несмотря на то, что приборы говорят об обратном. Пушистый язык замаскировал истинную опасность, которая подстерегает. Капитану легко отмахнуться от этих опасений и продолжить полет.
Капитан: Вперед, вперед, легко. Нам нужно всего пятьсот.
Капитан: Давай вперед….вперед, едва поднимись.
Капитан: Я знаю это.
[ЗВУК УДАРА]
Только в последнюю минуту второй пилот получает указание: «Мы идем ко дну, Ларри». Самолет глохнет, потому что ему не удалось создать достаточную подъемную силу, и рейс 90 разбился.
Расследование пришло к выводу, что в крушении виновато несколько факторов. Я выделил одну область, которая привела к изменениям в результате этого крушения, а именно отказ капитана отклонить взлет, когда внимание было привлечено к аномальным показаниям двигателя в этих конкретных погодных условиях.
Экипаж был неопытен, однако, если бы они осознали всю серьезность ситуации, взлет можно было бы прервать и спасти жизни.
Это (и подобные несчастные случаи) привело к введению того, что известно как «управление ресурсами кабины».
Цель — создать психологически безопасную среду. Это означает способность «показывать и использовать себя, не опасаясь негативных последствий для самооценки, статуса или карьеры».
В случае крушения 1982 года было две проблемы. Контрольный список в начале полета был просто зачитан без ситуационной осведомленности (было холодно!), а затем была еще одна возможность, когда второй пилот понял, что самолет движется слишком медленно, но не смог сообщить о своих опасениях капитану.
Суть CRM заключается в создании климата или культуры, в которых авторитет может быть подвергнут сомнению с уважением (независимо от роли).
Однако в случае проблем с общением этот процесс обманчиво прост. Внимание → Беспокойство → Проблема → Решение → Соглашение.
Давайте представим выполнение этого процесса для прерванного взлета. Это может выглядеть примерно так:
Прежде всего, возьмите Внимание — Эй, капитан. может не хватить скорости для достижения подъемной силы
Возможное Решение — Мы должны прервать взлет
Искать Соглашение — Капитан, пожалуйста, подтвердите.
Это звучит просто; это не. А теперь представьте, что вы проходите через подобный сценарий в состоянии сильного стресса. Вот почему обучение CRM является обязательным во всем мире, и все члены экипажа регулярно проходят курсы повышения квалификации.
Это больше, чем любое другое технологическое усовершенствование, является важнейшим фактором спасения жизней во всем мире.
Рейс 143 Air Canada
Рейс 143 Air Canada был обычным рейсом из Монреаля в Эдмонтон.
Когда самолет пролетал над Онтарио на нормальной высоте 41000 футов и двигался со скоростью более 400 миль в час, система оповещения Боинга 767 издала четыре коротких звуковых сигнала, предупреждая экипаж о проблеме с давлением.
В этот момент пилоты решили, что у них вышел из строя топливный насос в левом кольце, и отключили его. Хотите верьте, хотите нет, но это не большая проблема, когда самолет запущен, гравитация выполняет работу по наполнению двигателя топливом. Бортовой компьютер показывал более чем достаточное количество топлива, и других признаков каких-либо проблем не было.
Через несколько минут загорелась вторая лампочка топлива. Вспоминая историю, капитан сказал:
«Обстоятельства тогда стали складываться довольно быстро».
Он не ошибся!
Еще одна тревога в кабине. Пилоты сохраняли спокойствие и направились в Виннипег.
Через две минуты поступила совершенно новая тревога. В симуляторе этого не было. Все стало очень тихо.
Из-за нехватки топлива оба двигателя Pratt и Whitney сгорели.
В 1:21 этот современный самолет стоимостью 40 миллионов долларов превратился в планер.
С обоими отказавшими двигателями , пилоты просмотрели свой аварийный контрольный список, чтобы найти раздел, озаглавленный «Как управлять самолетом без двигателей». Неудивительно, что такого раздела не существовало.
По счастливой случайности капитан самолета Боб Пирсон был опытным пилотом-планеристом. Когда самолет планирует, ему необходимо снизиться, чтобы сохранить достаточную подъемную силу. Он нашел оптимальный угол планирования, в то время как его второй пилот начал вычислять, как далеко они могут улететь.
Высота в этой точке составляла примерно 35 000 футов. Они не собирались достигать Виннипега.
Второй пилот служил в ВВС Канады из Гимли. Именно здесь они намеревались приземлиться на базе, известной как Станция Гимли.
При их текущей скорости снижения он был в пределах досягаемости. Была надежда.
Оба пилота не знали, что в тренировочной зоне произошли некоторые изменения.
Gimli Motorsports ParkКогда самолет начал снижаться, стало очевидно, что они приближаются слишком высоко и слишком быстро, что повышает опасность того, что они сбегут с конца трассы. помог предотвратить беду. Самолет врезался в ограждение между тормозными полосами, это дополнительное трение замедлило самолет. Передняя стойка шасси вышла из строя, что еще больше увеличило трение.
Самолет полностью остановился. Все благополучно покинули самолет. Несмотря на то, что двигатели выключаются на высоте 40 км. ВСЕ выжили.
Безопасное приземление на дрэг-стрип!Так что же пошло не так?
Ну, во время инцидента Канада переходила на метрическую систему, и новые 767 были первыми, которые были откалиброваны для метрических единиц вместо имперских.
Когда вы заправляя самолет топливом, требуемый объем топлива зависит от температуры, поэтому вы используете коэффициент преобразования.
Масса литра топлива 0,803 кг. К сожалению, техники использовали коэффициент пересчета для массы фунта топлива (1,77). Этот неверный коэффициент пересчета (примененный как к добавленному топливу, так и к топливу в баке) привел к тому, что самолет взлетел всего с 25% топлива. необходимое топливо!
Исследователи самолетов не остановились на достигнутом. Тщательное расследование выявило многочисленные сбои, связанные с взаимодействием наземного экипажа с самолетом, выделенными ролями, независимыми проверками и модернизированными расчетами полетного топлива.
F22 Raptor
Наша последняя история связана с F22 Raptor.
F22 Raptor, один из самых удивительных самолетов, которые я когда-либо видел.Это один из немногих самолетов, который может поддерживать сверхзвуковой полет без использования форсажных форсунок, а если он поворачивает фитиль вверх, то может летать со скоростью, превышающей 2 Маха.
Это совершенно сумасшедший самолет.
Двигатели имеют направленные новинки, повышающие маневренность самолета. Однако за это приходится платить: вам нужно очень много программного обеспечения, чтобы этот самолет летал по прямой. Шесть самолетов перелетели с Гавайев в Японию.
Примерно так они и пошли. Это долгое путешествие по северной части Тихого океана, но оно включает в себя фиолетовую линию посередине. Международная линия перемены дат.
Когда эскадрилья пересекла международную линию перемены дат, система управления полетом отказала. Они не смогли вернуть «Текущая позиция». Как вы можете себе представить, несколько систем в самолете зависят от знания вашего местоположения. Это привело к цепной реакции отказов, оставивших пилотов в полном неведении.
Они пытались перезагрузить свои системы, но это не сработало. Они были беспомощны, им пришлось вернуться к визуальной навигации.
К счастью, это была небоевая ситуация, и погода была хорошей. Их сопровождали самолеты-заправщики КС-10.
Военные самолеты стоимостью в миллиард долларов медленно следовали за самолетами-заправщиками домой и, в конце концов, доковыляли до дома.
Так почему же это произошло?
Почему F22 не сработал?Программное обеспечение для программы оперативного полета было написано в виде четырех программ, написанных на коде Ада 83 и переведенных на Ада 9.5.
Даже тогда, около 20 лет назад, было трудно найти программистов ADA. Это было в то время, когда технология переходила от аналогового к цифровому управлению полетом (управление полетом по проводам), и это был один из первых самолетов, для которого требовалось так много строк кода. Ада была навязана командам по распоряжению правительства, поэтому причиной могло быть отсутствие обучения в среде. Расследование показало, что требования были плохо определены, и этот конкретный случай не был протестирован. Тестирования не было достаточно — на самом деле тестовая система авиасимулятора даже не включала это как возможный пункт назначения для полета.
Они не добились качества.
В качестве утешения хоть фикс вышел через 2 дня!
Этот сбой привел к дополнительным указаниям по программному обеспечению в самолетах. Для обеспечения безопасности полетов в программном обеспечении авионики использовалось больше инструментов. Например, использование формальных методов или разработка на основе моделей. Это позволило производителям авионики объединиться, применить более строгие испытания и провести их независимую проверку.
Учитывая недавний инцидент с 737-MAX, очевидно, что эту область еще можно улучшить.
Тренд в правильном направлении. Итак, это подводит меня к концу. Так почему же самолеты не разбиваются? Что ж, правда в том, что самолеты и разбиваются, но именно процессы, вытекающие из той первой конвенции в 1944 году, постоянно улучшали безопасность авиакомпаний. Каждое происшествие (фатальное или нет) побуждает к расследованию. На основе запросов орган по стандартизации воздуха ищет ответы (а не обвинения) и обязуется адаптироваться на основе результатов.
Именно это стремление всей авиационной отрасли к росту значительно повысило безопасность и будет продолжать делать это в будущем.
Итак, что из этого может извлечь индустрия разработки программного обеспечения? Ниже есть несколько отличных книг, которые вдохновляют.
- Ускорение — анализ влияния культуры на результаты развития.
- Бесстрашная организация — работа Эми Эдмонсон о психологической безопасности.
- Скромное расследование — классическая книга Эдгара Шейна о расследовании!
- Мышление «черного ящика» — легко читаемое руководство Мэтью Сайеда по установке на рост
- Мышление — работа Кэрол Двек по установке на рост.
Первоначально это был доклад, сделанный на конференции Redgate’s Level Up 2019. Узнайте больше о нас на https://ingeniouslysimple.com, и мы нанимаем!
Почему самолеты не врезаются друг в друга?
Table of Contents
Toggle Когда вы летите в качестве пассажира на коммерческом авиалайнере, трудно представить, какой уровень координации и планирования необходим для обеспечения безопасности вашего полета.
Поскольку эта координация в значительной степени остается за кадром, пилоты авиакомпаний и бортпроводники часто слышат вопросы от обеспокоенных клиентов о полетах слишком близко к другим самолетам!
«Могу ли я пойти и поговорить с пилотами, потому что я думаю, что мы чуть не столкнулись с другим самолетом»?
На самом деле любой пересекающий границу самолет, вероятно, находится значительно дальше, чем может показаться, и совершенно безопасен!
Итак, если вы нервничаете, думаете, что ваш самолет слишком близко подошел к впереди идущему, или вам просто любопытно, в этой статье мы надеемся вас успокоить.
К концу статьи вы будете знать:
- Могут ли пилоты видеть другие самолеты?
- Как коммерческие самолеты не сталкиваются друг с другом?
- Современное оборудование, помогающее самолетам избегать столкновений
Мы рассмотрим, как пилоты избегают столкновений с другими самолетами, используя как устаревшие, так и современные методы.
И помните, , благодаря этим строгим системам безопасности практически не бывает столкновений в воздухе между современными коммерческими самолетами.
Нервничающие летуны, обратите внимание: риск погибнуть при столкновении в воздухе слишком мал, чтобы его можно было рассчитать!
Как пилоты избегают самолетов: по старинке!
В современных авиалайнерах много необычных технологий, но, несмотря на все достижения, некоторые ключевые правила, которым пилоты следовали десятилетиями, остаются неизменными.
Двумя ключевыми методами обеспечения эшелонирования воздушных судов являются правило север-юг во время полета и соблюдение процедурных методов после взлета и во время захода на посадку до посадки.
Правило Север/Юг
Одно из самых основных правил полета, правило север-юг или полукруг, определяет, на какой высоте должны лететь самолеты в зависимости от их направления.
Это гарантирует, что самолеты, летящие навстречу друг другу, пересекаются над головой с вертикальным разделением не менее 1000 футов (около 305 м).
Вот краткий обзор:
- Перед достижением крейсерской высоты все пилоты меняют свои приборы, чтобы использовать одни и те же данные — среднюю высоту над уровнем моря Участки высотой 2000 футов, между которыми нет самолетов
- Это означает, что все воздушные суда, летящие на высотах, указанных на их приборах, разделены по вертикали не менее чем на 1000 футов (около 305 м).
Что делать, если два самолета летят на одном уровне навстречу друг другу? Эта проблема решается правилом север/юг.
Самолет, летящий по курсу между севером и югом (000-179 градусов) на нечетном эшелоне полета (например, FL 350, FL 370, FL390)
Самолет, летящий по курсу между югом и севером (180-359градусов) летите на ровном эшелоне полета (например, FL 360, FL 380 и т. д.).
Это гарантирует, что самолеты, летящие навстречу друг другу в одной и той же части неба, сохраняют разницу высот не менее 1000 футов (около 305 м) авиадиспетчерами.
Под постоянным контролем управление воздушным движением направляет пилотов на правильные взлетно-посадочные полосы и предоставляет информацию о векторизации (курс и высота), чтобы избежать других самолетов в этом районе.
Однако во многих частях мира, где отсутствует управление воздушным движением, используются процедурные полеты. Это означает, что все перемещения выполняются без прямой связи с УВД. Итак, как это работает?
Каждый аэропорт публикует стандартный маршрут вылета по приборам (SID) или стандартный маршрут прибытия в терминал (STAR).
В этих документах подробно описаны точные процедуры входа и прибытия в воздушное пространство аэропорта, направления и высоты, на которых должен лететь самолет, чтобы в конечном итоге выровняться со взлетно-посадочной полосой, избегая при этом других самолетов в этом районе.
Пилоты будут сообщать об обозначенных точках над головой в каждой процедуре, а авиадиспетчер, слушая (но не наблюдая!) точно поймет, где находится каждый самолет во время процедуры.
Часто используя только секундомер и отсчет скорости полета самолета, когда между прибывающими самолетами есть безопасное расстояние, пилотам разрешается лететь по маршруту к следующей точке отчета.
Это трудоемкий и сравнительно неэффективный метод вылета и захода на посадку, но он все же играет ключевую роль в обеспечении безопасности самолетов. Несмотря на то, что пилоты летают на современных авиалайнерах, коммерческие пилоты по-прежнему регулярно проверяются на «возврат к основам» процедурных полетов практически каждые шесть месяцев при проверке тренажера.
Как пилоты избегают столкновения с самолетами: современные методы
Как мы видели, старомодные методы, такие как правило полукруга и процедурные траектории полета, хорошо удерживают самолеты друг от друга, но они являются грубыми ориентирами и часто трудоемкий. Разве технологии не продвинулись? Для коммерческих самолетов ответ однозначно положительный.
Сегодня есть два основных инструмента, которые пилоты используют для предотвращения столкновений: система предотвращения столкновений (TCAS) и радар управления воздушным движением (ATC).
TCAS
Система предотвращения столкновений (TCAS) — это разновидность бортовой системы предотвращения столкновений (ACAS), предназначенная для снижения вероятности столкновений самолетов в воздухе.
Самолеты с поддержкой TCAS постоянно передают свое местоположение по радиочастотам, аналогично тому, как корабли используют AIS. Все находящиеся поблизости самолеты, оборудованные системой TCAS, постоянно прослушивают эти передачи и сравнивают их со своим местоположением.
При этом сравнении учитываются скорость и курс обоих самолетов, и если обнаруживается, что столкновение неизбежно, пилоты обоих самолетов предписывают уклоняться. Некоторые современные системы TCAS — например, в последних самолетах Airbus A380 и A350 — даже автоматически инициируют маневр, который может заключаться в наборе высоты, снижении или выравнивании.
Однако «настоящей» пользой для пилотов является повышенная осведомленность, которую обеспечивают системы TCAS.
В то время как пилоты надеются, что им никогда не придется выполнять настоящий маневр уклонения, современные системы используются в каждом полете, чтобы отображать все находящиеся поблизости самолеты и информировать пилотов о потенциальных конфликтах до того, как они произойдут.
Радар УВД
Радар управления воздушным движением (УВД) — еще один основной инструмент, который пилоты используют для предотвращения столкновений.
В самом загруженном воздушном пространстве служба управления воздушным движением использует комбинацию первичного и вторичного обзорных радаров.
Первичный обзорный радар (PSR) работает, передавая микроволновый сигнал, который отражается от самолета и возвращается на наземную станцию. Время, необходимое для возврата сигнала, используется для расчета расстояния до самолета, а направление, откуда он пришел, используется для определения пеленга самолета.
- Современный PSR исключительно точен и не требует ввода данных с самолета. Все, что летает в небе, будет подробно показано на экранах авиадиспетчеров.
- Однако первичные радары имеют некоторые ограничения. Они дороги, и для покрытия больших участков воздушного пространства необходимы мощные радары.
- Кроме того, он может «видеть» только те самолеты, которые находятся в пределах прямой видимости передатчика (т. е. не за холмами или горами), и на него может повлиять плохая погода (например, сильный дождь или снег).
Все, что летает в небе, будет подробно показано на экранах авиадиспетчеров.Вторичный обзорный радар (SSR) был разработан для устранения ограничений PSR. Вместо того, чтобы полагаться на микроволновый сигнал, отраженный от самолета, SSR использует «импульсную» передачу, которая принимается транспондером на борту самолета.
Затем транспондер отвечает на запрос, передавая сигнал обратно на наземную станцию, который включает в себя такую информацию, как высота полета, опознавательный индекс и скорость. Затем эти данные используются авиадиспетчерами для обеспечения эшелонирования воздушных судов.
SSR может использоваться в любых погодных условиях и не требует прямой видимости, поэтому его можно использовать для отслеживания самолетов, летящих за холмами или горами. Все современные коммерческие самолеты должны быть оснащены транспондером и использовать код, назначенный УВД. Он также предлагает преимущество, заключающееся в возможности отслеживать гораздо больше самолетов, чем PSR, что делает его предпочтительной радиолокационной системой в загруженном воздушном пространстве.
Часто задаваемые вопросы
На каком расстоянии друг от друга летают самолеты?
Минимальное горизонтальное разделяющее расстояние между воздушными судами в крейсерском режиме обычно составляет 5 морских миль. При радиолокационном контроле в строго регулируемом воздушном пространстве, таком как крупные международные аэропорты, это расстояние может быть уменьшено до 3 морских миль.
Для вертикального разделения 2000 футов является стандартным расстоянием разделения. Однако с развитием технологий многие занятые участки воздушного пространства позволяют коммерческим самолетам использовать сокращенные минимумы вертикального эшелонирования (RVSM).
В этом воздушном пространстве самолеты разделяются всего на 1000 футов по вертикали.
Когда самолеты ближе всего друг к другу?
Вас может удивить тот факт, что два коммерческих самолета, которые когда-либо летели друг к другу, находятся ближе всего во время взлета и посадки.
В самых загруженных аэропортах мира службам управления воздушным движением приходится максимизировать скорость прибывающих и вылетающих самолетов, размещая самолеты как можно ближе друг к другу. В хорошую погоду загруженные аэропорты обычно делают это, давая пилотам разрешение на посадку после.
В то время как самолеты первоначально прибывают на окончательный заход на посадку на расстоянии около 3 морских миль, самолеты «сбиваются в кучу», когда предшествующий самолет замедляется во время посадки. В результате некоторым коммерческим самолетам разрешено приземляться, когда самолет впереди находится всего в нескольких сотнях метров впереди, а взлетно-посадочная полоса может быть свободна только на высоте 100 футов.
Могут ли коммерческие пилоты видеть другие самолеты?
Первое правило — быть начеку! Или так говорят… На самом деле, это только половина правды. Пилоты коммерческих авиалиний обычно не высматривают в иллюминаторах другие самолеты.
- Обнаружение других летательных аппаратов абсолютно необходимо для частных пилотов, управляющих легкими самолетами, но это не всегда практично для коммерческого пилота, управляющего авиалайнером.
- Из-за их высокой скорости, в зависимости от времени суток, погодных условий и положения солнца, пилоту может быть очень трудно физически увидеть другой самолет.
- Коммерческие пилоты обучены пользоваться своими приборами, включая дисплеи TCAS, и полагаться на диспетчерскую службу, чтобы держаться подальше от других самолетов.
Резюме
Пилоты используют комбинацию различных методов, чтобы уклониться от столкновения с другими воздушными судами, включая автоматизированные системы TCAS, радиолокационное наведение УВД и визуальный осмотр.