Температура за бортом самолета: почему снаружи холодно, а в салоне тепло

Почему за бортом самолета холодно

С высотой температура воздуха понижается: чем выше мы поднимаемся от земли, тем холоднее. Основная причина в том, что солнечное тепло в первую очередь нагревает поверхность земли, а уже от нее — прилегающие слои воздуха.

Но почему же тогда на высоте мороз, ведь солнце светит и там? Помимо солнечного нагрева, на температуру влияют физические процессы и явления.

Расширение и сжатие воздуха. При расширении воздух охлаждается, а при сжатии — нагревается. На высоте давление ниже, воздух становится шире, а значит, холоднее.

Разреженный воздух. С увеличением высоты количество молекул воздуха в одном и том же объеме уменьшается. Это означает, что на больших высотах воздух менее плотный и плохо удерживает тепло.

Влажность воздуха. Сухой воздух охлаждается и нагревается быстрее, чем влажный. На больших высотах воздух очень сухой, поэтому легко теряет тепло.

Конвекция. Воздух нагревается от поверхности земли, становится легким и поднимается вверх. Там остывает, тяжелеет и снова опускается вниз. Такой процесс называется конвекцией, это как режим в духовке, только для движения воздуху не нужен вентилятор.

Облачность. Днем облака отражают солнечное тепло, как зонтик. Это приводит к снижению температуры у поверхности земли. Зато ночью облака действуют как одеяло, не давая теплу уходить в космос. Этот эффект особенно заметен зимой, когда облачные ночи теплее, чем безоблачные. Зато когда небо чистое, воздух остывает быстрее — так бывает ночью в пустыне.

Рельеф земли. В горах перепад температуры сильнее. На больших высотах уменьшается атмосферное давление и воздух более разрежен. Кроме того, горные пики могут задерживать движение воздушных масс и тем самым создавать резкие скачки температуры, тогда как на равнине погода меняется не так выраженно.

Как измеряют температуру за бортом самолета

В авиации для расчета температуры за бортом используется «стандартная атмосфера» — математическая модель распределения температуры по вертикали. Это как «одинаковая погода» для всех самолетов.

В «стандартной атмосфере» усредненные показатели температуры и давления, они не привязаны к времени года или географии:

• температура на земле (а если точнее, на уровне моря) всегда +15 °C;
• каждый километр вверх температура снижается на 6,5 °C.

Например, наш самолет вылетел из Новосибирска и двигается на высоте 10 км. По модели «стандартная атмосфера» температура за бортом рассчитывается по формуле 15 °C - (10 км * 6,5 °C) = -50 °C.

Когда производители лайнеров, будь то американский Boeing или бразильский Embraer, проектируют и испытывают самолеты, они используют параметры «стандартной атмосферы». Дело в том, что они должны проверять все расчеты — от расхода топлива до прочности крыла — в одинаковых условиях.

На практике средние показатели не всегда соответствуют реальным, поэтому пилотам нужно следить за тем, какая температура за бортом.

В самолете во время полета температуру воздуха показывают датчики и бортовой компьютер. Датчик на фюзеляже измеряет TAT (Total Air Temperature) — температуру с нагревом от трения воздуха о корпус самолета. Представьте, что вы едете на велосипеде. При разгоне ветер дует в лицо и кажется более теплым — это эффект трения. Похожим образом воздух скользит по самолету, который движется на куда большей скорости — 900 км/ч. Из-за трения показания датчика ТАТ всегда выше истинной температуры за бортом.

Бортовой компьютер на основе TAT и скорости полета вычисляет SAT (Static Air Temperature) — истинную температуру окружающего воздуха без учета нагрева от движения. То есть 50 градусов, о которых сообщил пилот пассажирам, и есть SAT.

Что такое точка росы и зачем пилотам ее знать

Еще один ключевой для экипажа параметр — точка росы. Это температура, при которой невидимый водяной пар в воздухе превращается в видимую влагу: туман, облака или капли на холодной поверхности.

Значения точки росы по аэродрому и маршруту пилоты получают из метеосводок перед вылетом и в полете. Особенно внимательно пилоты и наземные службы отслеживают:

• туман: если температура воздуха близка к точке росы у земли, возрастает риск густого тумана;
• обледенение: если температура поверхности самолета (крыла, двигателя) равна или ниже 0 °C, а воздух насыщен влагой (температура воздуха близка к точке росы), на этих поверхностях может нарастать лед.

Почему самолет не замерзает, если за бортом холодно

Самолет спроектирован так, чтобы выдерживать экстремальный мороз. Его фюзеляж как термос: специальные материалы внутри обшивки не пускают холод в салон и удерживают тепло.

В холодную и влажную погоду самолет обрабатывают противообледенительной жидкостью. Она защищает от снега и льда, которые могут появиться на лайнере во время стоянки на аэродроме.

В небе горячий воздух от двигателей подается на передние кромки крыла и двигателей, а лобовые стекла кабины обогреваются электричеством. Всё это тоже не позволяет образоваться ледяной корке.

Кто включает кондиционер в самолете

В самолете работает система кондиционирования. Она смешивает горячий воздух (от двигателей) и холодный воздух (снаружи или от охладителей).

Температурой в салоне самолета управляют пилоты. Для этого у них в кабине есть специальные регуляторы. Перед взлетом пилоты обычно устанавливают комфортные 25 °C. 

Какая температура в багажном отделении самолета

В багажном отделении прохладнее, чем в салоне, но температура там не опускается ниже +10 °C, а в среднем составляет +17–18 °C. Это безопасно для большинства хвостатых и пернатых путешественников.

Хотя в багажных отсеках под салоном нет отдельного мощного кондиционера, туда попадает часть теплого воздуха из салонной системы кондиционирования. Кроме того на некоторых самолетах можно регулировать температуру в багажном отсеке — ее устанавливают с учетом особенностей перевозимого груза.