Нужны ли самолетам тормоза в воздухе?

То, что вы увидели, называется тормозом скорости , что является одной из функций спойлеров . Из Boeing 737 NG FCOMv2 (9.20.5 Управление полетом — Описание системы):

Спойлеры полета

На верхней поверхности каждого крыла расположены четыре спойлера. Каждая гидравлическая система, A и B, предназначена для разных пар спойлеров, чтобы обеспечить изоляцию и поддерживать симметричную работу в случае отказа гидравлической системы. Клапаны отключения гидравлического давления управляются двумя переключателями SPOILER.

Панели спойлера полета используются в качестве скоростных тормозов для увеличения сопротивления и уменьшения подъемной силы как в полете, так и на земле. Спойлеры полета также дополняют управление по крену в ответ на команды штурвала. Смеситель спойлера, подключенный к тросовому приводу элеронов, управляет блоками управления гидравлической мощностью на каждой панели спойлера, чтобы обеспечить движение спойлера, пропорциональное движению элеронов.

Интерцепторы поднимаются на крыле с поднятым элероном и остаются обтекаемыми на крыле с опущенным элероном. Когда штурвал смещается более чем на 10°, инициируется отклонение спойлера.

Скоростные тормоза

Скоростные тормоза состоят из спойлеров полета и наземных спойлеров. Гидравлическая система А приводит в действие все четыре наземных спойлера, по два на верхней поверхности каждого крыла. Рычаг SPEED BRAKE управляет спойлерами. При задействовании рычага SPEED BRAKE все интерцепторы выдвигаются, когда самолет находится на земле, и только летные интерцепторы выдвигаются, когда самолет находится в воздухе.

Индикатор SPEEDBRAKES EXTENDED указывает на работу спойлера в полете и на земле. В полете свет загорается, чтобы предупредить экипаж о том, что скоростные тормоза выдвинуты в посадочной конфигурации или ниже 800 футов над уровнем земли. На земле индикатор загорается при обнаружении гидравлического давления в запорном клапане наземного спойлера, когда рычаг скоростного тормоза находится в НИЖНЕМ положении.

Вы заметили, что спойлеры не так сильно выдвигаются в воздухе, как на земле. Это сделано намеренно, чтобы уменьшить бафтинг:

Эксплуатация в полете

Использование рычага SPEED BRAKE в полете приводит к симметричному подъему всех панелей полетных спойлеров, которые действуют как скоростные тормоза. Следует проявлять осторожность при развертывании спойлеров во время разворота, так как они значительно увеличивают скорость крена. Когда скоростные тормоза находятся в промежуточном положении, скорость крена значительно увеличивается. Перемещение рычага SPEED BRAKE за пределы FLIGHT DETENT вызывает тряску и запрещено в полете.

Рычаг скоростного тормоза нельзя перемещать выше FLIGHT DETENT в воздухе. Вы можете увидеть это на следующем изображении из FCOM:

Чтобы ответить на другие ваши вопросы:

Если тормоз, то нужен ли самолету тормоз в воздухе?

Да, иногда. В идеале рассчитывается профиль полета, не требующий использования тормозов в воздухе. Это означает, что компьютер управления полетом (FMC) вычисляет так называемую точку начала снижения , в которой вы можете начать снижение на холостом ходу. Таким образом, двигатели тормозятся до холостого хода, и самолет поддерживает заданную скорость за счет снижения. Это позволит вам выполнить заход на посадку на желаемой высоте. Сейчас могут произойти две вещи:

• Авиадиспетчерская служба не позволяет вам снижаться, когда вы этого хотите. Обычно это происходит, когда есть конфликтный трафик, и вам нужно некоторое время оставаться на большей высоте, чем профиль холостого спуска. После этого вам нужно снижаться быстрее, что может потребовать использования скоростных тормозов. Вы также можете попытаться просто увеличить целевую скорость спуска (поскольку более высокая скорость означает большее сопротивление и опускает вас быстрее), но если этого недостаточно, необходимы скоростные тормоза.
• Авиадиспетчерская служба дает вам короткий путь. Это случается довольно часто. Некоторые стандартные маршруты прибытия в терминал (STAR) включают сложные маневры и повороты, но если позволяет трафик, вы можете сократить путь. Теперь ваше расстояние до аэропорта только что сократилось, требуя более крутого спуска. Опять же, здесь помогает использование скоростных тормозов, особенно когда вы уже близко к аэропорту, потому что ниже 10 000 футов вам нужно поддерживать скорость 250 узлов или ниже, поэтому ускорение не вариант.

Если это тормоз, то не эффективнее ли уменьшить мощность двигателя, чем поддерживать его постоянную мощность, но тормозить, чтобы замедлить его?

Двигатель уже будет работать на холостом ходу на нормальном профиле снижения. Поэтому использование меньшей мощности больше не вариант. Использование реверса в полете обычно запрещено для большинства самолетов, например 737 FCOM:

Преднамеренный выбор реверсивной тяги в полете запрещен.

Хотя ваши фотографии относятся к конкретному коммерческому авиалайнеру, ваш вопрос носит общий характер, поэтому я опишу более специализированный вариант использования скоростных тормозов. У планера (также известного как планер) нет двигателя, и он спроектирован так, чтобы иметь очень высокое качество планирования.чтобы он мог перемещаться дальше между источниками подъемной силы. Если бы планер заходил на посадку без использования скоростных тормозов, он снижался бы под очень небольшим углом, стартуя далеко от аэропорта. Длинный пологий заход на посадку опасен, потому что самолет будет слишком близко к земле вдали от аэропорта; кроме того, без двигателя планер не может одновременно увеличивать скорость и высоту, чтобы избежать препятствия. Кроме того, при старте на большом расстоянии от аэропорта и на малой высоте пилоту практически невозможно определить правильную глиссаду для посадки в нужной точке. Планеры используют скоростные тормоза или спойлеры, чтобы обеспечить более крутую глиссаду во время последнего захода на посадку. В случае возникновения чрезвычайной ситуации, такой как препятствие на взлетно-посадочной полосе в последнюю минуту,

Обратите внимание, что пилот не может просто направить нос самолета вверх или вниз, чтобы изменить точку приземления, потому что это изменит скорость полета самолета. Скорость полета самолета должна быть в определенном диапазоне, чтобы безопасно приземлиться.

Как видно на фото, закрылки немного выпущены, что позволяет летать с меньшей скоростью. Это обычно делают самолеты во время захода на посадку, чтобы сохранять постоянное расстояние между прибывающими рейсами. Самолет, летящий в аэропорт, может совершить непрерывный или приличный пошаговый спуск. Проиллюстрировано на рисунке ниже:

Из рисунка видно, что для захода на посадку самолету необходимо относительно быстро переходить с одного эшелона полета на другой. Пилот может сделать две вещи, чтобы добиться этого: опустить нос, увеличить скорость полета и подарить пассажирам катание на американских горках! Или другим вариантом было бы временное уменьшение подъемной силы крыльев без существенного влияния на воздушную скорость, чтобы сохранить заданное расстояние между последовательными полетами.

Спойлеры на крыле, которое вы видите в развернутом виде, также называются лифт-самосвалами и используются для того, чтобы, будучи выдвинутыми, уменьшить подъемную силу крыла и, таким образом, заставить самолет «падать» с неба контролируемым образом. Они также снижают воздушную скорость самолета из-за повышенного сопротивления, поэтому часто, когда спойлеры снова убираются, вы замечаете, что пилоты увеличивают газ. Короче говоря, подъемный самосвал используется для контролируемого перехода на более низкий эшелон полета без необходимости опускания носовой части.

Да, задействование тормозов делает спуск более крутым, что можно увидеть довольно часто.

Да, это скоростные тормоза, используемые для замедления самолета. В этом случае они также служат спойлерами, чтобы сбить подъемную силу после того, как самолет приземлился.

Пропеллерный самолет можно замедлить во время полета путем дросселирования и, в некоторых случаях, выравнивания шага лопастей винта ... это создавало большое сопротивление воздуха и замедляло самолет.

Когда газотурбинные двигатели, как турбореактивные, так и турбовентиляторные, были разработаны для использования в самолетах, одним из недостатков было то, что они не обладали способностью к торможению в полете, как винтовые самолеты. Нет большого винта, создающего сопротивление воздуха, когда винт замедляется и/или наклон становится плоским.

Вот почему самолет, на котором вы находились, не снижал скорость за счет отключения мощности... это почти не повлияло бы на непосредственную скорость самолета. Кроме того, при приближении к полю для посадки самолет снижается и имеет тенденцию набирать скорость, поэтому используются тормоза скорости, чтобы поддерживать скорость самолета в пределах, необходимых для захода на посадку.

Представьте себе, что вы пытаетесь свернуть с автомагистрали на стоянку без тормозов на вашем автомобиле, и вы увидите, насколько проблематичным может быть отсутствие возможности мгновенного торможения, особенно при приближении к аэродрому.

Итак, для реактивных самолетов были разработаны скоростные тормоза, закрылки, которые открывались для создания сопротивления воздуха, чтобы они могли быстро замедляться, когда это необходимо.

Спойлеры уменьшают коэффициент подъемной силы крыла. Тем не менее, в контексте полета, в отличие от контекста после приземления, не совсем правильно представлять, что они заставляют крыло создавать меньшую подъемную силу. При стационарном спуске подъемная сила лишь немного меньше веса, если только мы не говорим о действительно экстремальном угле пикирования. То, что на самом деле делают «подъемные самосвалы», позволяет самолету лететь под более высоким углом атаки и, таким образом, создавать большее сопротивление для любой заданной воздушной скорости, чем обычно. Также устройства создают сопротивление по другим очевидным причинам, не зависящим от увеличенного угла атаки крыла. Комбинация этих двух эффектов позволяет самолету снижаться с более крутым углом планирования, чем это было бы в противном случае при той же скорости полета и мощности. Или наоборот,

Немного нелогично, что выпуск закрылков и развертывание «спойлера», «подъемного самосвала» или «воздушного тормоза» ОБА могут привести к тому, что глиссада станет круче, чем она была бы в противном случае при той же скорости полета и мощности, т.е. воздушная скорость ниже, чем в противном случае, при том же угле планирования и мощности. Пища для размышлений о вашем следующем длительном перелете.

Чтобы действительно начать понимать этот кажущийся парадокс, вам нужно посмотреть, как каждое устройство изменяет кривую L/D в зависимости от воздушной скорости, которая также по сути является кривой зависимости скорости снижения от воздушной скорости. Но это, вероятно, больше, чем вы хотели знать!