Как правило, пассажирские и транспортные самолеты совершают рейсы на достаточно большой высоте (5-8 км для местных воздушных линий и 8-11 для дальнемагистральных маршрутов). Но почему так высоко? Ведь такую высоту еще надо набрать, а потом еще и снизиться.
Все дело в экономии. Авиационное топливо достаточно дорогое и самолеты сжигают этого топлива огромное количество (несколько тонн в час). Полет на большой высоте позволяет экономить много топлива (до 80% процентов по сравнению с полетом на высоте до 1-2км).
Чтобы получить ответ на вопрос о том, как это происходит, необходимо обратиться к формуле лобового сопротивления.
Как видно из формулы, величина лобового сопротивления зависит от плотности воздуха, которая в свою очередь уменьшается с высотой. То есть с набором высоты лобовое сопротивление уменьшается, а следом за ним и расход топлива, так как для преодоления лобового сопротивления нужна меньшая сила тяги. А также из-за снижения плотности воздуха, самолет может набрать куда большую скорость.
Далее возникает закономерный вопрос: почему бы не летать еще выше? 20, 30, 50км! Тогда расход будет еще меньше! Увы, но нет.
Теперь мы упираемся в понятие практического потолка. То есть существует такая высота, выше которой самолет не может подняться. Выше лететь самолет не может по двум причинам:
1. Для того, чтобы самолет мог лететь, должна создаваться подъемная сила, которая должна быть больше или равна силе тяжести, действующей на самолет. О том, откуда берется подъемная сила было рассказано в статье "Почему летает самолет?". Мы знаем, что подъемная сила зависит от плотности воздуха, которая падает с высотой. Значит в определенный момент подъемная сила перестает уравновешивать силу тяжести.
2. Ну и конечно, для работы двигателей необходим воздух. С увеличением высоты уменьшается массовый заряд воздуха, двигатели выдают меньшую мощность. Тяги становится недостаточно для дальнейшего набора высоты.
Всё просто!
Будь умнее - развивайся!