Proč letí vrtulník níže než letadlo?

Pokud člověk nezasvěcený do spletitostí aerodynamiky a aeronautiky začne srovnávat самолет и vrtulník, pak z hlediska jejich „schopností“ bude mít otázky. S nosností a rychlostí je vše víceméně jasné (vložky jsou výkonnější a větší), ale s ohledem na výšku zdvihu (strop) vyvstávají otázky.


Proč může jedno letadlo stoupat do velkých výšek, zatímco jiné ne? Připomeňme našim milým čtenářům, že rekordního stropu dosáhl 31.09.1977. září 226 sovětský pilot A. Fedotov na prototypu letounu E-37650M, vyvinutém v Mikojan Design Bureau. Vůz se zvedl na XNUMX XNUMX m.


Mezi vrtulníky je také rekordman. Aérospatiale SA.315B Lama pilotovaný Francouzem J. Bouletem vystoupal v roce 1972 do výšky 12442 XNUMX m.

Designové prvky vrtulníku

Moderní letadla s vrtulovým pohonem dokážou to, co mnoho letadel nedokáže, i když se v tomto ohledu snaží zacelit mezeru. Vrtulník může vzlétnout vertikálně z minimálně velké plošiny, omezené svými rozměry, a vznášet se nad jedním místem tak dlouho, jak je potřeba. Dnešní vrtulníky umí létat do stran a dokonce i dozadu. Ale nejsou schopni vystoupat vysoko. Maximum pro většinu aut je 4-6 km.

Jaký je strop?

Každé letadlo má dva typy nejvyšší nadmořské výšky. První je statický. To jsou ony tisíce metrů, které je schopen získat vrtulník, který stoupá přísně vertikálně jen díky vrtuli. U civilních modelů se statický strop pohybuje od 2 do 4 km, u vojenských modelů - 5-6 tisíc m.


Ve skutečnosti ale vrtulníky stoupají mnohem výš. Jak? K tomu je nutné využít horizontální zrychlení, kdy se kinematická energie přeměňuje na potenciální energii. Abychom text nekomplikovali fyzikálními a vědeckými výpočty, řekněme to jednoduše: čím více auto zrychluje při letu rovnoběžně se zemí, tím výše bude stoupat. Pro piloty je takový „trik“ zahrnut do „sbírky“ akrobatických manévrů a nazývá se „skluzavka“. Proč vrtulníky nelétají vysoko?

Nízká hustota vzduchu

Letouny jsou drženy ve vzduchu vztlakovou silou generovanou speciálním profilem křídla. Pokud má dopravní letadlo vrtule, pak ho také táhnou dopředu a proudové motory ho tlačí stejným směrem.


Díky výkonné elektrárně může takový letoun jen stěží používat křídla a stoupat kolmo, jako raketa. Ve velkých výškách, kde je řídký vzduch, se letadlo pohybuje nejen díky křídlům, ale také díky motorům.


A co vrtulník? Stoupá nahoru v důsledku otáčení šroubů, které tvoří kužel. Výtah zde má oproti letadlu jiný charakter. Získává se díky rozdílu tlaku pod lopatkami a nad nimi. Jak se otáčejí, tlačí vzduch dolů, odkud tlačí na vrtule stroje a „nutí“ ho stoupat. Ve vysokých nadmořských výškách je atmosféra řidší: čím výše se dostanete, tím méně je hustá. A listy vrtulníku prostě nemají co tlačit dolů, aby vytvořily vztlak.

Motor a jeho výkon

K přípravě palivové směsi je zapotřebí nejen palivo, ale také kyslík. A toho je ve výšce velmi málo. Výsledkem je, že motor začne pracovat nestabilně a existuje riziko, že se úplně zastaví. Mimochodem, právě to se stalo s výše zmíněným francouzským rekordmanem: dokázal se zázrakem vyhnout tragédii - díky autorotaci (to je, když se vrtule točí samy od sebe, když nefunguje pohonná jednotka).


Teoreticky lze problém vyřešit zvýšením výkonu motoru a otáček rotoru. Ale nebudete to moci dělat donekonečna: pod vlivem odstředivé síly se čepele jednoduše uvolní.


To je také jeden z důvodů, proč vrtulníky nemohou dosáhnout rychlosti „letadla“. Z vědeckého hlediska se omezuje na narušení proudění kolem části povrchu lopatek. Zjednodušeně řečeno, maximální vztlaková síla vrtulníku je realizována pouze při určitém úhlu náběhu (náklonu) rotoru (maximum je 13°) a rychlosti. Čím výše letadlo stoupá, tím více se lopatky otáčejí, aby zajistily vztlak.


Ale co letadla – vždyť i jejich motory potřebují kyslík? Pokud se budeme bavit o pístových motorech, rekord byl vytvořen v roce 1938 a patří Italovi Mario Pezzimu. Jeho vůz, Caproni Ca.161, se vyšplhal do „ohromující“ výšky 17083 XNUMX m, což je považováno za úspěch i dnes, natož v té době!


Rekord byl překonán v roce 1995. Pravda, ne o mnoho: pilotovaný vrtulový letoun Grob Strato 2C vystoupal na 18561 18552 m (podle jiných zdrojů 29 XNUMX km). Osud tohoto letounu byl mimochodem nezáviděníhodný: uskutečnilo pouze XNUMX letů, po kterých jeho provoz ustal. Možná kvůli nešťastnému prvnímu slovu v názvu (pokud ho čtete v ruštině)?


Ale vraťme se k motorům. Moderní tryskové letadlo může létat výše než vrtulník nejen kvůli odlišným principům vztlaku. Proud vzduchu vstupuje do spalovacího motoru vysokou rychlostí, pro vrtulník nedosažitelnou. Malé množství kyslíku je částečně kompenzováno jeho zhutněním pomocí turbodmychadla. Moderní dopravní letadla pro cestující stoupají do výšky 10-12 km, aby se snížil odpor proudů. Výsledkem je kompromis: nemůžete vylézt výš, protože se zastaví motory a vzduch vám „brání“ v rychlém letu níže.

Jiné důvody

Vrtulník není určen pro vysoké nadmořské výšky: jeho konstrukce například není uzpůsobena pro zvládnutí nízkých teplot. A to je nebezpečné pro hydrauliku, některé prvky motoru, nepřetlakovou kabinu a interiér. Nedostatek vzduchu donutí piloty používat kyslíkové masky a instalovat plynové lahve, což zvyšuje hmotnost stroje.


Ano, všechny tyto nedostatky lze odstranit. Ale proč – vytvářet nové rekordy? Vrtulník je kompaktní vozidlo pro cestování vzduchem, doručující náklad a cestující na těžko dostupná místa. Celkově je vrtulník levnější než letadlo, ale v určitých technických „schopnostech“ je lepší. Pokud potřebujete vystoupat výš a letět dále, je vám k dispozici dopravní letadlo. Vše by mělo být logické a ekonomicky proveditelné.

Shrnutí

Současné helikoptéry stoupají do výšky 3-4 km: prostě nic nepotřebují. Navíc: v řadě zemí je strop těchto leteckých strojů zcela omezen na několik set metrů. Teoreticky je možné vyrobit vrtulník, který se zvedne mnohem výše, než je dokonce francouzský rekord. Ale to nedává smysl a není to nutné. Výjimečně lze uvést záchranné akce. Ostatně i standardní vrtulníky se mohou vyšvihnout nad úroveň stanovenou výrobcem.


Například stejný držitel rekordu Aérospatiale SA.315B Lama je navržen pro strop pouze 5,4 km, ale zvedl 12 km. Pro nákladní vozidlo Sikorsky CH-54 Tarhe je maximální výška 5600 m a dosáhla 11000 1970 m, ale je to tak „rozmazlování“ a riskantní. Co se týče záchranných letů, „laťka“ není o mnoho překročena. Například v roce 4 sovětský Mi-5500, navržený pro strop 6000 m, evakuoval pacienta z Pamíru v nadmořské výšce XNUMX m.