Уперлись в потолок: почему вертолёты не могут летать высоко?

Вертолёт может совершать вертикальный взлёт и посадку на минимальной площади, зависать в воздухе и даже летать боком. Однако у вертолётов есть один серьезный недостаток: они не могут летать на больших высотах. Почему?

Разреженный воздух: враг вертолёта

Ключ к пониманию проблемы лежит в физике полета. Вертолёты используют вращающиеся лопасти для создания подъемной силы. Эта сила создается за счет разницы давления воздуха над и под лопастью. Когда лопасть вращается, она толкает воздух вниз, создавая область низкого давления сверху и область высокого давления снизу. Эта разница давления и создает подъемную силу.

Однако с увеличением высоты атмосфера становится все более разреженной. Воздуха становится меньше, его плотность снижается. Это означает, что лопасти вертолёта будут толкать меньше воздуха, создавая меньшую подъемную силу.

Влияние на мощность

Снижение плотности воздуха также влияет на мощность двигателя вертолёта. Двигатель сжигает топливо, чтобы производить энергию, необходимую для вращения лопастей.

Но при меньшей плотности воздуха двигатель получает меньше кислорода, что приводит к снижению мощности. С ростом высоты подъемная сила вертолёта уменьшается, а мощность двигателя падает. В определенный момент эти факторы начинают преобладать, и вертолёт просто не может поддерживать себя в воздухе.

Эта критическая высота зависит от конкретной модели вертолёта, его массы, мощности двигателя и многих других факторов. В среднем, вертолёты могут подниматься на высоту до 3-4 километров. Дальнейший подъем станет слишком опасным и неэффективным.

Почему самолеты могут летать выше?

Самолеты, в отличие от вертолётов, используют крылья, которые создают подъемную силу за счет разницы скоростей воздуха над и под крылом. Эта сила не зависит от плотности воздуха, а определяется скоростью самолета. Кроме того, самолеты имеют более мощные двигатели, которые могут поднимать летательный аппарат на большие высоты.

Дополнительные ограничения

Помимо физических ограничений, вертолёты имеют и другие проблемы с полетом на больших высотах:

• Разрежение воздуха может привести к нестабильности управления вертолётом. Лопасти могут начинать вибрировать, что усложняет управление.
• Холодные температуры на больших высотах могут влиять на работу двигателя, гидравлических систем и других компонентов вертолёта.
• Опасность для жизни пилота. Кабина вертолёта недостаточно герметична, поэтому разреженный воздух оказывает отрицательно влияние на организм пилота. Решением могут служить кислородные баллоны, но это будет означать дополнительный вес и лишнее занятое пространство.
• Ограниченный запас топлива. Вертолёт только кажется большим, на самом деле эти летательные аппараты не рассчитаны на длительные полёты, несколько сотен километров без дозаправки — это предел для среднестатистического обычного вертолёта. Повышение запаса топлива повысит массу, ограничит место в кабине и т. д.
• Бюрократические ограничения. Во многих страна вертолётам попросту не разрешается подниматься выше указанной высоты, которая даже не приближается к максимальной отметке. Речь даже не о километрах, а о нескольких сотнях метров над землёй. Регламенты движения воздушных судов ограничивают максимально допустимую высоту полёта вертолёта.

Сможет ли вертолёт когда-нибудь «пробить потолок»?

Безусловно, прогресс не стоит на месте, новые технологии, материалы, системы т.д. в теории позволят вертолётам подняться выше, но в этом нет смысла, потому что вертолёт нужен не для высотных полётов.

К тому же прецеденты уже были. Французский пилот Жан Буле в 1972 смог подняться на высоту 12442 метра над землёй, он пилотировал небольшой вертолёт Аэроспасьяль SA 315B «Лама». На сегодня этот подъём является абсолютным мировым рекордом высоты. Впрочем, спуск тоже является рекордом, так как двигатель вертолёта отказал и ему пришлось спускаться в режиме авторотации пропеллера (когда двигатель не работает, но пропеллер всё равно вращается за счёт подъёмной силы).

Другой француз, Дидье Дельсаль смог подняться на вершину горы Эверест — 8850 м. Дельсаль пилотировал Eurocopter AS 350 B3, он совершил подъём и посадку на вершине горы дважды за два последовательных дня. В первый день время пребывания на вершине составило 230 секунд, во второй — на 10 секунд больше — 240.

Даже сейчас существуют вертолёты, теоретически способные подниматься на относительно большую высоту. Например, Robinson R22 способен подняться на 4200 м, а AguctaWestland AW 139 на 6069 м.

Но, пожалуй, наиболее примечательным в плане рекордов является американский военный вертолёт Sikorsky CH-54 Tarhe также известный как «Воздушный кран». В 1971 году он установил рекорд высоты горизонтального полёта на 11000 метров, кроме того ему же принадлежат рекорды скорости подъёма на 3000, 6000 и 9000 метров, а также рекорд по самому большому количеству людей, поднятому в воздух на вертолёте. Все рекорды, кроме последнего, до сих пор не были побиты, несмотря на то, что летательный аппарат давно в отставке.

Заключение

Но «теоретически» не значит, что такое происходит каждый день. Вертолётам разрешается подниматься на большую высоту очень редко и в исключительных случаях, например, для проведения спасательных операций и в других особенно одобренных государственными властями случаях.

Вертолёты не могут достигать высот, но их универсальность и способность летать в сложных условиях делают их незаменимыми при проведении спасательных операций и транспортировке грузов и пассажиров в отдаленные районы, куда нет доступа для самолётов.