Самолёт весом в несколько сотен тонн касается взлётно-посадочной полосы со скоростью, которая для автомобиля кажется огромной. У тяжёлого пассажирского лайнера скорость в момент приземления может составлять порядка 230–270 км/ч. И после касания колёсами земли он вовсе не останавливается — наоборот, продолжает мчаться по полосе.

За считанные десятки секунд эту огромную машину необходимо безопасно замедлить и остановить.

Кажется, что всё просто: пилот нажимает на тормоза, двигатели переходят в режим реверса — и самолёт постепенно останавливается. На самом деле посадочное торможение представляет собой сложную работу сразу нескольких систем. Шасси, авиационные шины, тормоза, интерцепторы, двигатели и сама ВПП становятся частью единого механизма, задача которого — отнять у самолёта колоссальную кинетическую энергию.

Главный враг — энергия движения

Чтобы понять масштаб задачи, достаточно обратиться к простой физике. Кинетическая энергия определяется формулой:

E = mv² / 2

То есть она зависит не только от массы, но и от квадрата скорости.

Представим самолёт массой 500 тонн, движущийся со скоростью 250 км/ч. Это примерно 69 метров в секунду. Получается около 1,2 миллиарда джоулей кинетической энергии.

И эту энергию нельзя просто «выключить». Её необходимо преобразовать в другие формы — главным образом в тепло.

Причём увеличение скорости особенно сильно влияет на задачу. Если скорость возрастает на 10%, кинетическая энергия увеличивается примерно на 21%. Именно поэтому лишние километры в час при посадке имеют гораздо большее значение, чем может показаться пассажиру.

Но самолёт тормозит не одним способом.

Первым удар принимает шасси

В момент касания полосы самолёту приходится погасить не только горизонтальное движение, но и энергию вертикального снижения.

Для этого стойки шасси имеют сложную конструкцию. Это не обычные металлические опоры, способные просто выдержать вес самолёта. Внутри амортизационной стойки работает гидропневматическая система.

В ней используется сжатый газ и гидравлическая жидкость. При посадке стойка сжимается, а жидкость проходит через специально рассчитанные отверстия. Благодаря этому движение замедляется и часть механической энергии превращается в тепло.

Такой принцип позволяет сделать касание значительно мягче и не допустить резкого удара по конструкции самолёта.

При этом стойка должна справляться не только с вертикальной нагрузкой. При посадке возникают продольные и боковые усилия, особенно если самолёт касается полосы не идеально прямо.

Отдельная проблема — вибрации и колебания колёс. Для их подавления используются специальные демпфирующие устройства.

Но основная работа по остановке ещё впереди.

Колёсам приходится раскручиваться за долю секунды

До посадки колёса самолёта свободно вращаются или практически неподвижны относительно вращения вокруг своей оси. Самолёт при этом летит сотни километров в час.

Как только шины касаются ВПП, колёсам необходимо практически мгновенно перейти к скорости вращения, соответствующей движению самолёта по земле.

Именно поэтому во время посадки иногда можно увидеть характерный дым от шин. В первые мгновения резина испытывает сильное скольжение относительно поверхности, пока колесо не раскрутится.

Авиационные шины рассчитаны на совершенно другие условия, чем автомобильные. Они работают под высоким давлением и должны выдерживать огромную нагрузку, очень высокую скорость вращения и резкие изменения режима работы.

Внутри обычно используется азот. Он не поддерживает горение и содержит значительно меньше влаги, чем обычный атмосферный воздух, что важно при эксплуатации авиационных колёс.

После касания шины становятся одним из важнейших звеньев системы торможения: именно через них тормозное усилие передаётся на ВПП.

Тормоза превращают миллиарды джоулей в тепло

Теперь наступает очередь главного механизма — колёсных тормозов.

Принцип знаком каждому водителю: тормозные элементы создают сопротивление вращению колеса. Но у пассажирского лайнера масштабы несопоставимы с автомобилем.

Тормозам приходится поглощать огромное количество энергии, поэтому на крупных самолётах применяются многодисковые тормозные системы, а в современных конструкциях широко используются углеродные тормоза.

Их важнейшее преимущество — способность сохранять эффективность при очень высоких температурах.

При интенсивном торможении тормозные диски буквально превращаются в гигантские тепловые накопители. Их температура может достигать нескольких сотен градусов, а после тяжёлого режима торможения оборудование ещё долго остаётся горячим.

Поэтому температура тормозов контролируется, а после особенно интенсивной работы самолёту может потребоваться время для охлаждения.

На некоторых самолётах используются специальные вентиляторы, ускоряющие отвод тепла.

Самая тяжёлая работа может произойти не после посадки

Парадоксально, но тормозная система самолёта проектируется с учётом ещё более жёсткого сценария, чем обычная посадка.

Это прерванный взлёт.

Самолёт может разогнаться до очень высокой скорости, но ещё не успеть оторваться от земли. Если экипаж принимает решение прекратить взлёт, огромная масса должна быть остановлена на оставшейся части полосы.

В этот момент тормозам приходится работать практически на пределе возможностей.

Именно поэтому авиационные тормозные системы имеют значительный запас прочности и рассчитываются с учётом экстремальных режимов, а не только обычного приземления.

Почему колёса не блокируются

Просто максимально затормозить колёса тоже нельзя.

Если колесо полностью заблокируется, шина начнёт скользить по покрытию. Это резко ухудшит управляемость и может привести к повреждению резины.

Поэтому самолёты используют противоюзовую систему. Она постоянно сравнивает скорость вращения колёс и при необходимости уменьшает тормозное давление.

Фактически автоматика десятки раз в секунду корректирует тормозное усилие, помогая сохранить сцепление шин с поверхностью.

У пилота также может быть возможность выбрать режим автоматического торможения. Система сама регулирует усилие так, чтобы самолёт замедлялся с заданной интенсивностью.

Спойлеры и реверс забирают часть работы

После касания пилоты обычно выпускают интерцепторы — специальные панели на крыле, которые резко уменьшают подъёмную силу.

Это необходимо не только для аэродинамического торможения. Самолёту нужно как можно быстрее перенести большую часть своего веса на колёса. Чем сильнее нагрузка на шасси, тем большее тормозное усилие шины могут передать покрытию.

Реверс тяги двигателей также помогает замедлению.

Но он не является единственным средством остановки. Основную работу по торможению на высокой скорости выполняет комплекс аэродинамических средств и колёсных тормозов.

Причём эффективность реверса снижается по мере падения скорости, тогда как колёсные тормоза продолжают работать.

ВПП тоже участвует в остановке

Даже самая совершенная тормозная система не сможет обеспечить одинаковый результат на любой поверхности.

Длина полосы рассчитывается с учётом множества факторов: массы самолёта, скорости, температуры, ветра, уклона ВПП и состояния покрытия.

Особенно сильно на торможение влияет вода.

Если между шиной и покрытием образуется водяная плёнка, возникает риск аквапланирования. Колесо хуже контактирует с поверхностью, а значит, самолёт теряет часть доступного тормозного усилия.

Поэтому на ВПП предусмотрены уклоны и специальные элементы покрытия, которые помогают отводить воду.

Есть и менее очевидная проблема — резина от авиационных шин. При каждой посадке небольшая её часть остаётся на полосе. Со временем в зоне приземления может образовываться плотный слой резиновых отложений.

Он способен ухудшать сцепление, особенно на мокрой поверхности. Поэтому аэропорты периодически очищают ВПП от накопившейся резины.

Самолёт тормозит всем сразу

В итоге остановка тяжёлого лайнера — это не работа одного механизма, а целая последовательность процессов.

Шасси поглощает энергию удара при касании. Шины обеспечивают контакт с полосой. Интерцепторы уменьшают подъёмную силу и помогают перенести вес на колёса. Тормоза превращают кинетическую энергию в тепло. Противоюзовая автоматика не даёт колёсам потерять сцепление. Реверс двигателей снижает скорость, а сама ВПП обеспечивает необходимое сцепление.

И всё это происходит после того, как самолёт массой в сотни тонн только что летел со скоростью около 250 км/ч.

Поэтому посадка заканчивается не тогда, когда самолёт коснулся земли. Настоящая финальная стадия полёта продолжается до тех пор, пока эта огромная масса не отдаст практически всю энергию движения и не превратится из летящего лайнера в неподвижную машину у терминала.

Без автора