دلیل پرواز هواپیما در ارتفاع بالا

شاید برایتان سوال باشد که چرا هواپیماهای مسافربری در ارتفاعی بسیار بالا کیلومترها بالاتر از سطح زمین پرواز می کنند. این ارتفاع که معمولاً بین ۳۵,۰۰۰ تا ۴۲,۰۰۰ پا (حدود ۱۰ تا ۱۳ کیلومتر) متغیر است دلایل متعددی دارد که همگی به بهینه سازی پرواز افزایش ایمنی و راحتی مسافران مربوط می شوند. این ارتفاع به هواپیما اجازه می دهد تا از شرایط جوی نامناسب ترافیک هوایی و خطرات زمینی دوری کرده و در عین حال با کاهش مقاومت هوا مصرف سوخت را به طور چشمگیری کاهش دهد. در ادامه به تفصیل به بررسی این دلایل می پردازیم.

راندمان سوخت

یکی از اصلی ترین دلایل پرواز در ارتفاع بالا افزایش راندمان سوخت است. با افزایش ارتفاع چگالی هوا کاهش می یابد. هوای رقیق تر مقاومت کمتری در برابر حرکت هواپیما ایجاد می کند که به آن «پسا» یا Drag می گویند. کاهش پسا به موتورها اجازه می دهد تا با نیروی کمتری هواپیما را به جلو برانند.

این کاهش مقاومت هوا به معنای نیاز کمتر به نیروی رانش موتورها و در نتیجه مصرف سوخت کمتر برای حفظ سرعت کروز است. اگرچه در ارتفاعات بسیار بالا اکسیژن کمتری برای احتراق وجود دارد اما طراحی موتورهای توربوفن مدرن به گونه ای است که در این شرایط نیز عملکرد بهینه داشته باشند. ترکیب کاهش پسا و عملکرد بهینه موتورها در ارتفاع بالا پرواز را از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه می کند.

اجتناب از ترافیک هوایی و خطرات

پرواز در ارتفاعات بالا به هواپیماهای تجاری این امکان را می دهد تا از لایه های پایین تر جو که محل فعالیت هواپیماهای کوچک تر هلیکوپترها و ترافیک هوایی محلی است فاصله بگیرند. این جداسازی عمودی خطر برخورد با سایر هواگردها را به حداقل می رساند و مسیرهای پروازی را ایمن تر می کند.

علاوه بر این در ارتفاع بالا هواپیماها از موانع زمینی مانند کوه ها ساختمان های بلند و دکل ها کاملاً فاصله دارند. این فاصله ایمنی به خصوص در شرایط دید محدود یا مسیرهای پروازی بر فراز مناطق پرخطر اهمیت حیاتی پیدا می کند و حاشیه اطمینان قابل توجهی برای پروازهای طولانی فراهم می آورد.

Bird Strike یا برخورد پرندگان با هواپیما در پرواز

یکی از خطرات جدی برای هواپیماها به خصوص در ارتفاعات پایین تر برخورد با پرندگان است که به آن Bird Strike گفته می شود. این برخوردها می توانند آسیب های جدی به بدنه بال ها موتورها و حتی سیستم های کنترل هواپیما وارد کنند.

پرندگان معمولاً در ارتفاعات پایین تر از ۱۰,۰۰۰ پا پرواز می کنند. با اوج گرفتن هواپیما به ارتفاعات بالای ۳۰,۰۰۰ پا عملاً از محدوده پروازی پرندگان خارج می شود. این امر به طور چشمگیری خطر Bird Strike را کاهش می دهد و ایمنی پرواز را به خصوص در مراحل حساس برخاست و فرود افزایش می دهد.

شرایط آب و هوایی

بیشتر پدیده های جوی که باعث ناپایداری و خطر می شوند مانند ابرها طوفان ها رعد و برق و بادهای شدید در لایه تروپوسفر (نزدیک ترین لایه به زمین) رخ می دهند. ارتفاع پرواز هواپیماهای تجاری معمولاً در لایه استراتوسفر یا بخش بالایی تروپوسفر است که بالاتر از بیشتر این پدیده ها قرار دارد.

پرواز بالای ابرها و سیستم های طوفانی به هواپیما اجازه می دهد تا در هوای آرام تر و پایدارتر حرکت کند. این موضوع هم به افزایش ایمنی کمک می کند و هم تجربه پرواز راحت تری را برای مسافران فراهم می آورد و از تکان ها و تلاطم های ناشی از شرایط جوی جلوگیری می کند.

پرواز بر فراز ابرها

همانطور که گفته شد بیشتر ابرها و سیستم های جوی ناپایدار در لایه تروپوسفر قرار دارند که معمولاً تا ارتفاع حدود ۳۶,۰۰۰ پا امتداد دارد. هواپیماهای تجاری با پرواز در ارتفاعات بالاتر عموماً بر فراز این لایه و درون یا بالای استراتوسفر حرکت می کنند.

این موقعیت به هواپیما اجازه می دهد تا از تلاطم های ناشی از ابرها و طوفان ها دوری کند. پرواز بالای ابرها به معنای آسمان صاف تر و دید بهتر برای خلبانان است و مسافران نیز از پروازی آرام تر و منظره زیبای ابرها از بالا لذت می برند.

پرواز نرم تر در ارتفاع بالاتر

لایه استراتوسفر که هواپیماهای تجاری در آن پرواز می کنند نسبت به تروپوسفر از پایداری بیشتری برخوردار است. در تروپوسفر جریان های هوایی قوی تغییرات ناگهانی دما و رطوبت و پدیده های جوی مانند طوفان ها باعث ایجاد تلاطم (Turbulence) می شوند.

در استراتوسفر هوا رقیق تر و پایدارتر است و تلاطم کمتری وجود دارد. این شرایط باعث می شود که پرواز در ارتفاع بالاتر نرم تر و راحت تر باشد. اگرچه تلاطم می تواند در هر ارتفاعی رخ دهد اما احتمال و شدت تلاطم در ارتفاعات کروز معمولاً کمتر است.

مواقع اضطراری

در صورت بروز یک وضعیت اضطراری مانند از دست دادن نیروی موتورها پرواز در ارتفاع بالا به هواپیما زمان و مسافت بیشتری برای سر خوردن (Glide) می دهد. هواپیما حتی بدون نیروی موتور نیز می تواند برای مسافت قابل توجهی در هوا باقی بماند و به آرامی ارتفاع کم کند.

این زمان اضافی به خلبانان فرصت بیشتری برای ارزیابی وضعیت برنامه ریزی برای فرود اضطراری یا رسیدن به نزدیک ترین فرودگاه مناسب می دهد. در ارتفاع پایین تر زمان واکنش و گزینه های موجود برای خلبان به شدت محدودتر است.

هواپیماهای مختلف ارتفاعات مختلف

ارتفاع بهینه پرواز برای هر هواپیما متفاوت است و به عواملی مانند وزن فعلی هواپیما (شامل وزن سوخت مسافر و بار) نوع هواپیما مدل موتورها و شرایط جوی بستگی دارد. هواپیماهای سنگین تر معمولاً در ابتدا در ارتفاعات پایین تری پرواز می کنند و با مصرف سوخت و سبک تر شدن به تدریج ارتفاع خود را افزایش می دهند.

انواع مختلف هواپیماها از هواپیماهای کوچک پیستونی گرفته تا جت های تجاری بزرگ برای پرواز در ارتفاعات متفاوتی طراحی شده اند. هواپیماهای کوچک بدون کابین تحت فشار معمولاً زیر ۱۰,۰۰۰ پا پرواز می کنند در حالی که جت های تجاری در ارتفاعات بسیار بالاتر اوج می گیرند.

ارتفاع استاندارد پرواز هواپیما

اگرچه ارتفاع بهینه پرواز متغیر است اما هواپیماهای مسافربری بزرگ معمولاً در ارتفاعات کروز بین ۳۵,۰۰۰ تا ۴۲,۰۰۰ پا (حدود ۱۰ تا ۱۳ کیلومتر) پرواز می کنند. این محدوده به عنوان ارتفاع استاندارد پرواز برای بیشتر پروازهای تجاری دوربرد و میان برد شناخته می شود.

این ارتفاع تعادلی بین راندمان سوخت (کاهش پسا در هوای رقیق تر) و عملکرد موتورها (در دسترس بودن اکسیژن کافی برای احتراق) فراهم می کند. کنترل ترافیک هوایی نیز از این محدوده ارتفاعی برای مدیریت و جداسازی هواپیماها در مسیرهای هوایی استفاده می کند.

چه کسانی تعیین کننده هستند؟

تعیین ارتفاع پرواز یک هواپیما یک فرآیند مشترک است. ابتدا خلبانان و شرکت هواپیمایی بر اساس عواملی مانند وزن هواپیما مسافت پرواز پیش بینی آب و هوا و مسیرهای هوایی موجود یک برنامه پروازی شامل ارتفاع پیشنهادی تهیه می کنند.

سپس کنترل ترافیک هوایی (ATC) این برنامه را بررسی کرده و بر اساس ترافیک هوایی موجود جداسازی لازم با سایر هواپیماها و محدودیت های فضای هوایی ارتفاع پرواز را تأیید یا تغییر می دهد. در طول پرواز نیز خلبان با هماهنگی ATC می تواند ارتفاع پرواز را بر اساس شرایط تغییر دهد.

مقایسهٔ ارتفاع پروازی جت های خصوصی و هواپیماهای تجاری

جت های خصوصی اغلب قابلیت پرواز در ارتفاعات بالاتری نسبت به هواپیماهای تجاری بزرگ را دارند. این موضوع به چند دلیل اصلی مرتبط است. طراحی این جت ها معمولاً اجازه می دهد تا به سرعت به ارتفاعات بالاتر صعود کرده و در آنجا پرواز کنند.

این قابلیت به جت های خصوصی امکان دسترسی به مسیرهای پروازی کمتر شلوغ و پرواز بر فراز بیشتر ترافیک هوایی تجاری را می دهد. همچنین پرواز در ارتفاعات بالاتر می تواند به افزایش سرعت و راندمان سوخت در برخی مدل های جت خصوصی کمک کند.

اندازهٔ کوچک تر و وزن سبک تر

جت های خصوصی معمولاً بسیار کوچک تر و سبک تر از هواپیماهای مسافربری تجاری هستند. این اندازه و وزن کمتر به آن ها اجازه می دهد تا با نیروی موتور نسبتاً کمتری به سرعت به ارتفاعات بالاتری صعود کنند. در ارتفاعات بالا هوای رقیق تر برای هواپیماهای سبک تر مزایای بیشتری از نظر عملکرد و راندمان دارد.

قابلیت صعود سریع به ارتفاع کروز بالا یکی از ویژگی های مطلوب جت های خصوصی است که به مالکان آن ها امکان می دهد تا سریع تر به ارتفاع پروازی بهینه خود برسند و در شرایط جوی پایدارتری پرواز کنند.

سرعت بیشتر و مصرف سوخت کمتر در ارتفاع های بالاتر

پرواز در ارتفاعات بالاتر جایی که چگالی هوا کمتر است باعث کاهش قابل توجه پسا می شود. این کاهش پسا به جت های خصوصی امکان می دهد تا با سرعت های بالاتری حرکت کنند یا با همان سرعت سوخت کمتری مصرف نمایند. بسیاری از جت های خصوصی برای عملکرد بهینه در ارتفاعات بالا طراحی شده اند.

ترکیب سرعت بالاتر و مصرف سوخت کمتر در ارتفاعات کروز بالا باعث می شود که این جت ها برای مسافت های طولانی تر کارآمدتر باشند و زمان سفر را کاهش دهند. این یکی از مزایای اصلی پرواز با جت های خصوصی در مقایسه با هواپیماهای تجاری است.

ملاحظات ایمنی متفاوت

اگرچه اصول ایمنی پایه در هوانوردی برای همه انواع هواپیماها یکسان است اما ملاحظات خاصی برای جت های خصوصی که در ارتفاعات بسیار بالا پرواز می کنند وجود دارد. سیستم های اکسیژن و فشار کابین در این هواپیماها باید بتوانند شرایط ارتفاعات بسیار بالا را تحمل کنند.

همچنین خلبانان جت های خصوصی که در این ارتفاعات پرواز می کنند نیاز به آموزش های تخصصی در زمینه فیزیولوژی پرواز در ارتفاع بالا و مدیریت سیستم های هواپیما در این شرایط دارند. با این حال پرواز در ارتفاعات بالا به طور کلی ایمنی را با دوری از ترافیک و آب و هوای نامناسب افزایش می دهد.

ارتفاع پرواز هواپیما تأثیرات آن بر ایمنی و راحتی مسافران

پرواز در ارتفاع بالا تأثیر مستقیمی بر ایمنی و راحتی مسافران دارد. از نظر ایمنی همانطور که گفته شد پرواز بالای بیشتر پدیده های جوی ترافیک هوایی و موانع زمینی خطرات را کاهش می دهد. همچنین در صورت بروز شرایط اضطراری زمان بیشتری برای واکنش وجود دارد.

از نظر راحتی کابین هواپیماهای تجاری تحت فشار قرار دارد تا شرایط ارتفاع پایین تر را شبیه سازی کند و مسافران بتوانند به راحتی نفس بکشند. پرواز در استراتوسفر معمولاً به معنای تلاطم کمتر و پروازی نرم تر است. با این حال هوای داخل کابین در ارتفاع بالا بسیار خشک است که ممکن است باعث ناراحتی برخی مسافران شود.

استثنایی بنام کنکورد

هواپیمای مافوق صوت کنکورد یک استثنا در دنیای هوانوردی تجاری بود. این هواپیما قادر بود در ارتفاعات بسیار بالاتری نسبت به هواپیماهای تجاری معمول پرواز کند گاهی اوقات تا ۶۰,۰۰۰ پا (حدود ۱۸ کیلومتر) یا حتی بیشتر. دلیل این ارتفاع بالا بهینه سازی عملکرد مافوق صوت آن بود.

پرواز با سرعت های بسیار بالا (بیش از دو برابر سرعت صوت) در هوای رقیق تر ارتفاعات بالا باعث کاهش قابل توجه پسا و تولید گرمای کمتر ناشی از اصطکاک هوا می شد. این ارتفاع بالا به کنکورد اجازه می داد تا به سرعت های مافوق صوت خود دست یابد و آن ها را حفظ کند که این امر در ارتفاعات پایین تر به دلیل مقاومت بیشتر هوا امکان پذیر نبود.

معمولاً هواپیماهای مسافربری در چه ارتفاعی پرواز می کنند؟

هواپیماهای مسافربری تجاری معمولاً در ارتفاع کروز بین ۳۵,۰۰۰ تا ۴۲,۰۰۰ پا (حدود ۱۰ تا ۱۳ کیلومتر) از سطح زمین پرواز می کنند. این محدوده ارتفاعی برای راندمان سوخت و دوری از شرایط جوی نامناسب بهینه است.

آیا پرواز در ارتفاع بالا همیشه سرد است؟

دمای هوای بیرون هواپیما در ارتفاعات کروز بسیار پایین است گاهی به منفی ۵۰ تا منفی ۶۰ درجه سانتی گراد می رسد. اما دمای داخل کابین هواپیما تنظیم و گرم می شود تا برای مسافران راحت باشد.

آیا در ارتفاع بالا توربولانس وجود دارد؟

اگرچه احتمال و شدت توربولانس در ارتفاعات بالا و در لایه استراتوسفر کمتر از تروپوسفر است اما توربولانس هوای صاف (Clear-Air Turbulence) می تواند در هر ارتفاعی حتی در آسمان صاف رخ دهد.

در صورت افت ناگهانی فشار کابین در ارتفاع بالا چه اتفاقی می افتد؟

در صورت افت ناگهانی فشار کابین ماسک های اکسیژن به طور خودکار از سقف بالای صندلی ها پایین می آیند. مسافران باید فوراً ماسک خود را استفاده کنند تا دچار کمبود اکسیژن نشوند زیرا در آن ارتفاع اکسیژن کافی برای تنفس طبیعی وجود ندارد.

چرا پرواز در ارتفاع بالا مصرف سوخت را کاهش می دهد؟

در ارتفاع بالا چگالی هوا کمتر است. هوای رقیق تر مقاومت کمتری در برابر حرکت هواپیما ایجاد می کند (پسا کمتر). این کاهش پسا به موتورها اجازه می دهد با نیروی کمتری کار کنند و در نتیجه سوخت کمتری مصرف شود.

چرا هواپیماها در ارتفاع پایین پرواز نمی کنند؟

پرواز در ارتفاع پایین با مقاومت هوای بیشتر (مصرف سوخت بالاتر) ترافیک هوایی شلوغ تر خطرات بیشتر ناشی از پرندگان و موانع زمینی و احتمال بیشتر مواجهه با شرایط جوی نامناسب و تلاطم همراه است.