На крейсерской высоте пассажирский самолёт оказывается в условиях, которые на земле показались бы экстремальными. За бортом температура может опускаться до −50…−60 °C, давление значительно ниже привычного, а воздух содержит совсем немного влаги. При этом внутри фюзеляжа находятся сотни людей, работают электрические системы, электроника и двигатели.

Возникает закономерный вопрос: почему пассажиры не превращаются в сосульки, а самолёт не покрывается льдом изнутри и снаружи?

На самом деле сильный мороз для современной авиалайнерной техники — вполне штатное явление. Инженеры заранее учитывают его при проектировании самолёта. Более того, в некоторых ситуациях гораздо большую опасность представляет не экстремальный холод, а небольшое количество воды.

Что происходит с самолётом в −60 °C

Температура окружающего воздуха на высоте около 10–11 километров действительно может быть очень низкой. Однако это не означает, что каждая деталь самолёта охлаждается до той же температуры.

Во-первых, самолёт постоянно получает тепло от работающих двигателей и оборудования. Во-вторых, воздух, встречаясь с поверхностью летящего самолёта, тормозится и сжимается. В результате его температура повышается.

Этот эффект особенно заметен на передних частях самолёта. Поэтому температура поверхности не обязательно соответствует показаниям датчика температуры наружного воздуха.

Но главным источником тепла всё же являются двигатели.

В турбореактивном двигателе воздух поступает в компрессор, где последовательно сжимается. При этом его температура резко увеличивается. Часть сжатого воздуха отбирается и используется для работы системы кондиционирования и поддержания комфортных условий в салоне.

Получается парадоксальная ситуация: снаружи — десятки градусов мороза, а внутри самолёта есть источник очень горячего воздуха.

Почему пассажиры сами помогают отапливать салон

Удивительно, но люди на борту тоже являются источниками тепла.

Организм человека постоянно выделяет энергию в виде тепла. В среднем тепловая мощность одного человека составляет порядка 70–100 Вт в зависимости от активности и условий.

Если в самолёте находятся 200 пассажиров, суммарно они могут отдавать окружающему воздуху десятки киловатт тепла. К этому добавляются освещение, дисплеи, кухонное оборудование, электроника и другие системы.

Поэтому на большой высоте проблема зачастую заключается не в том, как согреть салон, а в том, как отвести лишнее тепло.

Система кондиционирования регулирует температуру, смешивая и обрабатывая воздушные потоки. В современных лайнерах параметры воздуха контролируются автоматически, чтобы пассажиры не ощущали резких перепадов.

Почему в самолёте не влажно

Есть ещё одна особенность высотного полёта — чрезвычайно сухой воздух.

На большой высоте абсолютное содержание влаги в атмосфере очень небольшое. После подготовки воздуха в системе кондиционирования относительная влажность в салоне обычно остаётся довольно низкой.

Именно поэтому после длительного перелёта многие пассажиры ощущают сухость в носу, горле или глазах.

Для конструкции самолёта низкая влажность имеет и положительную сторону. Влага — один из факторов, способствующих коррозии металлических деталей. Чем меньше её внутри конструкции, тем меньше потенциальных проблем.

Воздух в салоне при этом постоянно обновляется. Часть воздуха выводится наружу, а часть после очистки возвращается в систему. Это позволяет одновременно поддерживать необходимое качество воздуха и контролировать температуру.

Почему лобовое стекло пилотов специально нагревают

Если в салоне тепло, это ещё не значит, что все элементы самолёта можно оставить без подогрева.

Особое внимание уделяется лобовым стёклам кабины пилотов. Они должны сохранять прозрачность и необходимые механические свойства в широком диапазоне температур.

Стекло самолёта — это не обычное автомобильное стекло. Оно состоит из нескольких слоёв, рассчитанных на перепад давления, большие нагрузки и возможные столкновения с посторонними предметами.

В некоторых конструкциях предусмотрен электрический нагревательный слой. Он помогает бороться с обледенением и одновременно поддерживает нужную температуру стекла.

Это особенно важно потому, что лобовое стекло должно выдерживать значительные нагрузки. В авиации существуют специальные испытания на столкновение с птицами, которые позволяют проверить способность конструкции сохранить необходимую прочность после удара.

Маленькое отверстие в иллюминаторе — не случайность

Практически каждый пассажир видел небольшое отверстие в нижней части иллюминатора. Иногда оно вызывает тревогу: кажется, будто через эту крошечную дырочку воздух из салона уходит наружу.

На самом деле всё наоборот — это важная часть конструкции.

Иллюминатор имеет несколько слоёв. Основную нагрузку от перепада давления принимает внутренняя панель, а маленькое отверстие помогает выравнивать давление между отдельными слоями.

Кроме того, оно способствует удалению влаги из пространства между панелями.

Таким образом, даже крошечное отверстие является частью системы безопасности и нормальной работы иллюминатора.

Самая опасная температура — не обязательно самая низкая

И здесь начинается самое интересное.

Можно предположить, что максимальная опасность обледенения возникает при −50 или −60 °C. Но для самолёта это не совсем так.

Наиболее неприятная ситуация возникает, когда самолёт проходит через облака, содержащие переохлаждённые капли жидкой воды.

Такая капля может сохранять жидкое состояние при температуре ниже 0 °C. Пока она находится в воздухе, ничего необычного не происходит. Но при столкновении с крылом, стабилизатором, воздухозаборником или другой поверхностью она может практически мгновенно замёрзнуть.

На поверхности начинает накапливаться лёд.

Именно поэтому самолёт может столкнуться с серьёзным обледенением при температуре, которая гораздо выше экстремальных −40…−60 °C.

А при очень сильном морозе жидкой воды в облаках становится значительно меньше: большая её часть уже находится в виде ледяных кристаллов.

Как самолёт борется с обледенением

Передние кромки крыла, воздухозаборники двигателей и некоторые другие критически важные участки оборудованы противообледенительными системами.

Один из распространённых способов — использование горячего воздуха, отбираемого от двигателя. Он направляется к участкам, где особенно важно не допустить образования льда.

На некоторых самолётах применяются электрические нагревательные элементы.

Причём нагрев не обязательно включается одновременно на всей поверхности. Система может распределять тепло по отдельным участкам, чтобы не создавать лишнюю нагрузку на двигатель или электрическую сеть.

Это позволяет самолёту безопасно проходить через зоны обледенения даже при наличии большого количества влаги в атмосфере.

Холод опасен и для топлива

Есть ещё одна проблема, о которой пассажиры обычно не думают.

Авиационный керосин прекрасно работает при очень низких температурах, однако и у него есть температурные ограничения. Например, для широко используемого топлива Jet A-1 температура замерзания находится примерно около −47 °C.

При этом важно понимать, что топливо не превращается мгновенно в ледяной кусок сразу после достижения определённой температуры. В процессе охлаждения из топлива могут выделяться кристаллы, а содержащаяся в нём влага способна превращаться в лёд.

Именно вода может стать особенно неприятной проблемой.

Хорошо известен случай с Boeing 777 авиакомпании British Airways, выполнявшим рейс 38. Во время снижения самолёт столкнулся с потерей тяги обоих двигателей. Расследование показало, что причиной стал лёд в топливной системе.

Во время длительного полёта топливо сильно охладилось. Затем при снижении в более тёплый воздух лёд начал таять и перемещаться вместе с потоком топлива. В определённый момент он скопился в районе топливного теплообменника и ограничил подачу топлива к двигателям.

Самолёт потерял тягу на небольшой высоте и совершил аварийную посадку в аэропорту Хитроу. Несмотря на крайне опасную ситуацию, все находившиеся на борту люди выжили.

Этот случай стал важным напоминанием: иногда для авиации опаснее не огромное количество льда, а небольшое его скопление в неправильном месте.

Почему самолёт всё-таки не превращается в холодильник

На высоте 11 километров самолёт постоянно находится в холодном разреженном воздухе, но его системы специально рассчитаны на такие условия.

Двигатели создают горячий сжатый воздух. Система кондиционирования регулирует его температуру. Пассажиры и оборудование дополнительно нагревают салон. Критические элементы получают электрический или воздушный подогрев.

При этом конструкция защищена от обледенения, перепадов давления и низких температур.

Поэтому −50 или даже −60 °C за бортом для современного пассажирского самолёта — вовсе не чрезвычайная ситуация. Это обычная часть его рабочего режима.

И самое удивительное здесь заключается в другом: главной угрозой для самолёта на большой высоте является не сам мороз, а сочетание холода с влагой.

Именно поэтому авиационные инженеры борются не просто с низкой температурой. Они контролируют давление, влажность, температуру топлива, состояние воздуха и возможность образования льда. Благодаря этой сложной системе защиты пассажир может спокойно сидеть в салоне при комфортных +20…+24 °C, пока в нескольких метрах от него за бортом царит шестидесятиградусный мороз.

Без автора