విమానం రన్ వే పై ఎందుకు పరిగెడుతుంది?

రన్ వే పై పరుగెత్తడం వలననే విమానం గాల్లోకి ఎగురుతుంది. వేగం ఒక అవసరమే కానీ, కేవలం వేగంగా వెళ్ళడం వలన మాత్రమే విమానం ఎగరదు (రన్ వే పై విమానం వెళ్లే వేగాన్ని అందుకోగల కార్లు ఎన్నో ఉన్నాయి). పిల్లలు గాలిపటాన్ని ఎగరేయడానికి దారం పట్టుకొని పరుగెత్తడం వంటిదే ఇది. అలా వేగంగా వెళ్ళడం వలన రెక్కల పై భాగంలో గాలి యొక్క పీడనం తగ్గిపోయి క్రిందివైపున ఉన్న అధికపీడనం రెక్కలను పైకి నెట్టడం వలన విమానం గాల్లోకి లేస్తుంది. తరువాత జెట్ ఇంజన్లు దానిని గాలిలో ముందుకు నడిపిస్తాయి.

విమానంలో ఉండే కిటికీ అద్దాలు

విమానం లో మూడు అద్దాలు ఉంటాయి. బయట ఉన్నది (outer most glass) చాలా గట్టిది. ఇది ఎందుకు అంటే మనం విమానం లో ఉన్నప్పుడు అది గాలిలొ ఉంటే భూమి మీద నుండి 35000ft లు దూరం ఉంటుంది. అంత ఎత్తులో మనం ఊపిరి పీల్చుకోలేము. ఎందుకంటే అక్కడ pressure చాలా తక్కువ ఉంటుంది. ఆ pressure లో సాధారణ మనుషులు ఊపిరి లేక స్పృహ కోల్పోయి క్రమంగా 10–15 నిమిషాల్లో మరణిస్తారు. అంత ఎత్తులో కూడా మనం ఊపిరి పీల్చుకోవాలంటే మన విమానం లో ఊపిరి కి సరిపోయేంత pressure ఉండలి. అందుకోసం విమానం లో high pressure ఉంటుంది. ఒక వేళ విమానం గాలిలొ ఉండగా అద్దం పగిలితే బయట low pressure కి విమానం లోని high pressure కి మధ్య తేడా వల్ల మన విమానం లో ఉన్న సామాను గట్రా బయటికి లాక్కుపోతాయు.

ఆ pressure ఎంత ఉంటుంది అంటే 2018 లో AIR INDIA విమానం లోని WIND SHIELD పగిలి, ఆ పైలెట్ ఆ ప్రెషర్ కి విమానం నుండి బయటికి కొట్టుకుపోయారు. అయితే అదృష్టవశాత్తు ఆయన SEAT BELT ఉంది కాబట్టి అలా గాలిలొ కొట్టుకుంటూ వేలాడారు. అయితే అంతలోనే కో – పైలెట్ విమానాన్ని EMERGENCY LANDING చేశారు.

ఆ తర్వాత మన సీట్ పక్కనే ఉండే అద్దం ‘ SCRATCH RESISTANT’ GLASS. దీన్ని గీతాలు, బలంగా కొట్టినా విరగకుండ చేస్తారు. ఇక ఈ రెండిటి మధ్యలో ఉన్న ( MIDDLE GLASS) ఇది ACRYLIC SOLUTION తో చేసిన ధృడమైన అద్దం. దీనికి 3000 కేజీలు అద్దుకునేంత ధృడంగా ఉంటుంది. ఒక professional బాక్సర్ తన మొత్తం సామర్ధ్యం తో పంచ్ కొట్టినా 1300 కేజీలు దాటదు. 

ఫ్లైట్ పాత్స్ (flight paths)

ప్రపంచ వ్యాప్తంగా విమానాలు కొన్ని స్టాండర్డ్ (standard) మార్గాలలోనే దాదాపుగా ప్రయాణించ వలసి వస్తుంది. ఈ స్టాండర్డ్ మార్గాలను మనం ఫ్లైట్ పాత్స్ (flight paths) అని అనవచ్చు. ఎక్కువ శాతం ఈ మార్గాలలోనే విమానాలు ప్రయాణం చేయవలసి వస్తుంది. ఇందుకు కొన్ని కారణాలు:

1. ప్రపంచ దేశాల పైనుండి విమానాలు వెళ్ళవలసి ఉన్నందున, వేరు వేరు దేశాల మిలిటరీ స్థావరాలమీద విమానాలను వెళ్లనివ్వకుండా ఆంక్షలు విధిస్తారు.

2. కొన్ని ముఖ్యమయిన మరియు రహస్య స్థావరాల మీద నుండి విమానాలను వెళ్లనివ్వరు.

3. జెట్ స్ట్రీమ్స్, అంటే ఆకాశం పైన ఎత్తులో కొన్ని వేగంగా వీచే గాలి దిశలను బట్టి ఫ్లైట్ పాత్స్ నిర్ణయిస్తారు.

4. విమానపు రాడార్ కింద నెల మీద ఉండే కొన్ని ఎయిర్ ట్రాఫిక్ కంట్రోలర్స్ రాడార్ పరిధిలోనే ఉండవలసిన కారణంగా, కొన్ని చెక్ పాయింట్స్ మీద నుండే వెళ్లవలిసి ఉంటుంది.

ఈ కారణం చేత కొన్ని స్టాండర్డ్ ఫ్లైట్ పాత్స్ ను ముందుగా నిర్ణయిస్తారు. అన్ని విమానాలు ఈ ఫ్లైట్ పాత్స్ మీదనే ప్రయాణం చేయవలసి వస్తుంది, అవి ఎలా పడితే అలా వెళ్లే వీలు లేదు. కింద చిత్రములో కొన్ని స్టాండర్ ఫ్లైట్ పాత్స్ మీరు చూడవచ్చు.

పైన చెప్పిన విషయాలతో పాటు మరి కొన్ని నియమాలు ఏమిటంటే , విమానాల మధ్య కనీసం మూడు నుంచి అయిదు మెయిళ్ల దూరం వుండవలసి ఉంటుంది, అలాగే ఒక విమానం పైన గాని కింద గాని ఇంకో విమానం వెళ్ల వలిసి వస్తే కనీసం వెయ్యి ఆడుగులు దూరం ఉండవలసి ఉంటుంది..

కొన్ని సార్లు వాతావరణం అనుకూలించని కారణంగా విమానాశ్రయాల్లో విమానాలు ల్యాండ్ అవ్వడానికి వీలు పడదు. ఇల్లాంటి సందర్భాలలో స్టాండర్డ్ ఫ్లైట్ పాత్స్ లో ట్రాఫిక్ జాం అవ్వడం సాధారణం. ఇలాంటప్పుడు విమానాలుకు గో అరౌండ్ (go around) ఆదేశాలు ఇవ్వబడతాయి. ఆ విమానం కొంత ట్రాఫిక్ క్లియర్ అయ్యేవరకు చూట్టు చక్కర్లు కొట్టాల్సిందే. మరి కొన్ని సార్లు విమానం దిశను మర్చి వేరే ప్రాంతాలకు పంపడం జరుగుతుంది. తుర్బులెన్స్, తూఫాను, బీకరమయిన వర్షపాతం నమోదవినప్పుడు ఈ ట్రాఫిక్ జాంలు అవ్వడం సహజమే. ఎలాంటి ట్రాఫిక్ జాం సందర్భాలలో అయినా ఒక విమానం కు మరో విమానంకు మధ్య కనీస దూర నియమం పాటించవలసి ఉంటుంది.

Water salute

A water cannon salute, for those of us who don’t know what it means, is nothing but expelling plumes of water from the Aircraft Rescue and Firefighting (ARFF) trucks to form a series of arches under which the aircraft slowly passes.

It’s a beautiful sight to see & symbolically, the procession looks similar to a bridal party walking under a wedding arch. Usually 3,000 gallons (or 11,300 liters) of water is used by a single ARFF vehicle (or firetruck) for a single water cannon salute in about 2 minutes.

It is usually given as a mark of respect to either the pilot flying the aircraft or the aircraft itself. Categorically these can be:

  • Induction of new aircraft in the fleet.

Pic: Water salute after ETIHAD inducting a new Boeing 787–900 aircraft in their fleet, welcoming the crew & passengers to the airport.

  • Special occasions like Longest commercial flight:

Pic: Qatar Airways welcoming their Boeing 777 after its longest commercial flight between Doha & Auckland, New Zealand.

  • Shutting down of operations

Pic: Last flight of Air Berlin after which they shut down their operations permanently in 2017.

  • Farewell of a retiring captain on his last flight.
  • As pointed out by Akshay Chandrasekar, water salute is also given when the aircraft is carrying a fallen service member.
  • Water cannon salutes are also used to test the fire fighting equipment to ensure everything is working properly, as the use of water cannon is rare.
  • In military environment, after an aircraft flies or hovers over saltwater, water cannon salute is given primarily to wash the aircraft to prevent corrosion.

Can we increase air passenger capacity by building larger aircraft? What is the upper limit that is now considered practical?

The primary limitation of building a large aircraft is the aircraft’s structure itself. After achieving a certain threshold weight, the structure, no matter however strong it may be, won’t be able to take its own weight. One may want to reinforce the structure with reinforcing elements but that increases the weight that makes matter even worse. It reaches the level of a paradox when the structural gets crushed by its own weight.

This is called Square–cube law.

The maximum load reached by any aircraft during take off is 640 tons & the aircraft is the mammoth sized An-225 Mriya cargo aircraft (pic above). For passenger aircraft the max weight reached is 575 tons by the Airbus A380. For reference, the maximum takeoff weight of the ultra popular A320 is “just” 78 tons.

A380 vs A320.

Designers worldwide have thought about making an aircraft larger & heavier than the An-225 or the A380 using newer materials which are not only larger but stronger than aircraft grade aluminium. But always have hit the “wall” of the paradox where the structure built is so huge that it crushes itself.

Secondary reason include two points:

  • Runway: Bigger the aircraft, larger is the momentum, longer it takes to gain speed for takeoff, longer is the requirement for the runway. Both the A380 as well as the An-225 need more than 3 km of runway to take off when loaded. Any larger aircraft if at all built would need a longer runway which makes it infeasible to be practically operated.
  • Economy: Airbus A380 is being retired & the production is being stopped only after 2 decades of production because there has been issue with filling all the 575 seats in dual class configuration (pic below) for one single flight. Airliners would have to wait more to fill the seats & sometimes they simply won’t which is a loss to the airliners. Instead the trend is to operate smaller & cheaper aircraft that can fly more frequently, offering a greater flexibility of time to the passengers.

The A380 can carry 850+ passengers in a single class configuration & if the An-225 is ever converted into a passenger airliner, it would carry similar amount & it is safe to believe that is the limit.

kozhikode plane crash on 8th August 2020

HA tabletop runway is like a flat surface over a hill or a plateau with one or both of its ends falling through a steep slope to the surface level. So if a plane overruns during landing then there is is an accident in waiting.

There are 3 such runways in India – in Mizoram Karnataka and Kerala. Last time an accident happened on a tabletop runway was in 2010 in Karnataka. In that case, when the pilots realised they had overrun, they tried to take off the flight before it could fall from the edge. As a result the engine was ON and as soon as the flight fell there was a fire and 158 people died.

However this time the 2 seasoned pilots kept the engine off, preventing any fire after the fall, saving a lot of lives, sacrificing their own. If they had cared about their own lives they would have tried an impossible take off, just like in the previous case. And keeping the engine off, meant a certain death for the two, but saving of the lives of the passengers. And guess what they chose. One of them was a well decorated pilot. We shall remain indebted to their valour and prudence.

Reportedly, after the landing gear failed, Captain Sathe first ensured that remaining fuel was dumped, by circling the airport a few times. Just before landing, he switched off the engines. These measures made sure that the aircraft wouldn’t catch fire at any time. Then he crash landed on a surface, slippery due to excessive rain, knowing it’s a table-top runway, and skidding down the slope would first affect the front portion of the aircraft in case of impact. In other words, him. He saved hundreds of lives by sacrificing his own. Courage, determination, quick thinking, and a sense of putting others before oneself are hallmarks of the armed forces. And Mr. Sathe was a shining example of that.

విమాన ప్రయాణాల్లో టర్బులెన్స్ ఎందుకు వస్తుంది? ఇది ప్రమాదకరమైన పరిస్థితులకు సంకేతమా?

ద్రవం (fluid) యొక్క గమనాన్ని రెండు విధాలుగా విభజించవచ్చు.

1. లామినార్ ఫ్లో (Laminar Flow)

2. టర్బులెంట్ ఫ్లో (Turbulent flow)

లామినార్ ఫ్లో యొక్క గమనం చాల స్మూత్ గా, స్థిరముగా ఉంటుంది (smooth and steady). టర్బులెంట్ ఫ్లో యొక్క గణమం స్థిరముగా ఉండదు, చాల గజి బిజిగా (erratic and chaotic) ఉంటుంది. రేయినాల్డ్స్ (Reynolds) అనే పరిశోధకుడు ఈ రెండు ఫ్లోల మధ్య తేడాను గమనించారు. ఒక ఫ్లో లామినార్ లేదా టర్బులెంట్ అని చెప్పడానికి రేయినాల్డ్స్ నెంబర్ (Reynolds number, Re) ను రేయినాల్డ్స్ ప్రతిపాదించాడు. ద్రవం యొక్క గతి శక్తి (kinetic energy) మరియు దాని యొక్క స్నిగ్ధత (viscosity) మీద లామినార్ ఫ్లో లేక టర్బులెంట్ ఫ్లో ఆధారపడి ఉంటుందని గమనించాడు.

Reynolds experiment: ఒక పైప్ లో నీళ్లు వెళ్తున్నాయి అనుకుందాం. ఆ నీళ్లలో ఎరుపు రంగు, ఒక చిన్న పైప్ ద్వారా లోపలి పంపితే, మనకు పైప్ లోపల నీళ్లు ఎలా ప్రయాణిస్తాయో తెలిస్తుంది. కింద నేను వేసిన బొమ్మ చూస్తే మీకు అర్ధం అవుతుంది. కింద చిత్రములో లామినార్ ఫ్లో స్థిరముగా, టర్బులెంట్ ఫ్లో చాల గజి బిజీగా (chaotic) ఉండడం మీరు గమనించ వచ్చు.

విమానం స్థిరముగా ఎగరడానికి మనకు లామినార్ ఫ్లో కావాల్సి ఉంటుంది. లామినర్ ఫ్లో వళ్ళ విమానం యొక్క రెక్కలు తగిన లిఫ్ట్ (Lift) ను సృష్టించి విమానమును గాలిలో ఎగిరే తట్టు చేస్తాయి. టర్బులెంట్ ఫ్లో వళ్ళ విమానం స్థిరత్వాన్ని కోల్పోయి, కిందకి పియికి ఊగుతూ ఉంటుంది. ఈ కింది చిత్రంలో లామినర్ ఫ్లో, టర్బులెంట్ ఫ్లోని మీకు చూపించే ప్రయత్నం చేసాను.

చాల అరుదుగా విమానాలు టర్బులెంట్ ఫ్లో లో ప్రయాణిస్తాయి. Pilots విమానము లో ఏర్పరిచిన పరికరాలను బట్టి (రాడార్ సహాయం తో )టర్బులెంట్ ఫ్లో ని తప్పిస్తారు. విమానవు బరువును మరియు సైజు ని బట్టి కింద చెప్పినట్టు గా టర్బులెన్స్ ని నిర్వచిస్తారు (international flying rules).

  1. Weak turbulence
  2. Moderate turbulence
  3. Heavy turbulence
  4. Extreme turbulence

Weak turbulence సాధారణంగా విమానం స్టడీ స్టేట్ లో ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు, సుమారు 20,000-40,000 అడుగుల ఎత్తులో క్లియర్ ఎయిర్ టర్బులెన్స్ (clear air turbulence) ద్వారా వస్తుంది. ఇది పెద్ద ప్రమాదం కాదు. ఇప్పుడు ఉన్న విమానాల్లో ఏర్పరిచిన ఆధునిక పరికరాలు, ఆటో పైలట్ సహాయంతో స్టెబిలైజ్ (stabilize) చేస్తాయి.

తీవ్రమయిన వాతావరణం లో (తుఫాను, అల్ప పీడనం, క్యూములోనింబస్ మేఘాలు) విమానం ప్రయాణిస్తే, Heavy to Extreme turbulence ను ఎదురుకునే అవకాశాలు ఎక్కువగా ఉంటాయి. విమానం యొక్క స్పీడ్ ను తగ్గించి, మల్లి స్టడీ స్టేట్ కు తెచ్చే ప్రయత్నం జరుగుతుంది. కొన్ని అరుదుగా జరిగే సంఘటనలో విమానం అదుపు తప్పే అవకాశం లేకపోలేదు. ఉదాహరణకు 1985 లో డెల్టా ఎయిర్లైన్స్ 191 Extreme టర్బులెన్స్లో చిక్కుకుని కూలిపోయింది.

Image source: Wikipedia

కానీ ఇప్పుడు ఉన్న ఆధునిక టెక్నాలజీ తో విమానము Heavy/Extreme turbulence లోకి వెళ్లకుండా pilots చూసుకుంటారు. ఒక వేళ్ళ వెళ్లినా, తిరిగి విమానం స్టడీ స్టేట్ కి రావడానికి తగిన శిక్షణ pilots కి ఉంటుంది. కనుక భయపడవలసిన అవసరం లేదు

విమానం ఎడమ లేదా కుడి వైపు తిరిగేటట్టు ఏది చేస్తుంది?

విమాన గమన స్థితిని మార్చుకోడానికి కొన్ని cockpit లో పరికరాలను పైలట్ ఉపయోగించవలసి వస్తుంది. ముందుగా విమాన స్టడీ స్టేట్ (steady state) గురించి తెలుసుకుందాం.

స్టడీ స్టేట్ (steady state) : విమానం యొక్క వేగం స్థిరంగా ఉండి, అన్ని దిక్కుల యెక్క ఫోర్సెస్ సమానముగా ఉన్నపుడు (sum of all forces equal to zero) విమానం స్టడీ స్టేట్ లో ఉందని అర్ధం. సాదరంగా విమానం స్టడీ స్టేట్ లో ఉన్నపుడు మనకు పానీయం మరియు భోజనం వడ్డిస్తారు.

ఇక్కడ L అంటే లిఫ్ట్ అని అర్ధం (విమానం ఎగరడానికి కావాల్సిన ఫోర్స్, రెక్కల ద్వారా వస్తుంది)

D అంటే డ్రాగ్ అని అర్ధం (విమానమును వెన్నక్కి లగే ఫోర్స్, విమానపు మీద గాలి చూపించే ఫోర్స్ అనమాట)

W అంటే వెయిట్ అని అర్ధం (విమానము ఒక్క మొత్తం బరువు)

T అంటే థ్రస్ట్ అని అర్ధం (విమానమును ముందుకు లాగే ఫోర్స్, ఇంజిన్స్ నుండి వస్తుంది)

స్టడీ స్టేట్ లో ఉన్నపుడు

లిఫ్ట్ మరియు వెయిట్ సమానంగా ఉంటాయి,

థ్రస్ట్ మరియు drag సమానంగా ఉంటాయి.

L = W and T= D

ఒక వేళా పైలట్ విమానము ఒక్క దిశ మార్చలవిసి వచ్చినప్పుడు పైలట్ విమానపు స్టడీ స్టేట్ ని బ్రేక్ చేయాలి. అంటే న్యూటన్ మొదటి సూత్రం ప్రకారం కొంత ఫోర్స్ ని అప్లై చేయాలి.

Newton 2nd Law: “బాహ్యబల ప్రయోగము లేనంత వరకు చలన స్థితిలో ఉన్న వస్తువు చలన స్థితిలోను, నిశ్చల స్థితిలో ఉన్న వస్తువు నిశ్చల స్థితిలోనూ ఉంటుంది”. ఈ వస్తు ధర్మాన్ని జడత్వము అంటారు (every object will remain at rest or in uniform motion in a straight line unless compelled to change its state by the action of an external force)

ఇప్పుడు విమానం దిశ ఎలా మార్చుకుంటుంది అన్న విషయాన్నీ చూదాం.

  1. రోల్ (Roll)
  2. పిచ్ (Pitch)
  3. య (Yaw)

రోల్ (Roll): విమానం నేను కింద చిత్రములో చూపించేట్టుగా రోల్ చేయడానికి పైలట్ రెక్కలమీద ఉన్న ఎలెర్న్స్ (Ailerons) ను వుపయోగించి రోల్ చేస్తాడు. దీనివల్ల విమానం ఎడమ లేదా కుడి వైపు తిరిగే వీలు ఉంటుంది. పైలట్ కాక్పిట్ లో ఉన్న హేండిల్ ద్వారా ఎలెర్న్స్ ని కదిలించి వచ్చు.

Image Source: NASA

Image source: Google

య (Yaw): విమానం నేను కింద చిత్రములో చూపించేట్టుగా YAW చేయడానికి పైలట్ విమానపు తోక మీద ఉన్న Rudder ను వుపయోగించి ఎడమ లేదా కుడి వైపుకు తిప్పుతారు. పైలట్ కాక్పిట్ లో కాలి దగ్గర Rudder పెడల్ ను నొక్కుతారు.

Image source: Google

ఇలా విమానమును ఎడమ లేదా కుడి వైపుకి కంట్రోల్ చేయవచ్చు.

నేను కొన్ని రోజులు ఫ్లైట్ మెకానిక్స్ (Flight Mechanics) పాఠాలు చెప్పాను. మా విద్యార్థులితో కలిసి ఒక విమానపు నమూనా కూడా తయ్యారు చేసి ఎగరవేశం. ఆ విమానపు నమూనా ఎలా ఎగిరిందో మీరే చూడండి! నా విద్యార్థులు చాల కష్టపడరు (PVP సిద్ధార్థ -విజయవాడ ).