Аэродинамика самолета В-737

 

В случае прерванного взлёта слякоть уменьшает располагаемое ускорение торможения по сравнению с сухой ВПП.

С одной стороны слякоть резко уменьшает сцепление колёс с ВПП, особенно на скоростях возле скорости гидропланирования VHP. С другой стороны слякоть создаёт дополнительное сопротивление, повышающее тормозящую силу.

 

 

На следующем рисунке показаны ускорения торможения на сухой полосе и ВПП покрытой слоем слякоти 6 и 13 мм.

При расчете ускорения торможения на сухой ВПП принимаются следующие условия: максимальное торможение колёс, выпущены все интерцепторы, работающий двигатель на режиме прямой тяги - малый газ.

Торможение на ВПП покрытой слякотью: максимальное торможение колёс, выпущены все интерцепторы, работающий двигатель на режиме максимального реверса.

 

Не пытайтесь взлететь с ВПП покрытой слоем воды или слякоти более 13 мм.

( http://www.smartcockpit.com/pdf/flightops/aerodynamics/4 )

 

Взлет самолета с использованием неполной взлетной тяги двигателей

 

В условиях, когда максимально-допустимый взлетный вес значительно превышает фактический, рекомендуется выполнять взлет с неполной взлетной тягой двигателей. Это позволяет повысить надежность работы двигателей,  экономить расходы по эксплуатации двигателей, создает меньше шума, способствует комфорту пассажиров за счет более плавного изменения параметров полета, особенно если вскоре после взлета придется переходить в горизонтальный полет. Особенно это желательно делать при взлетах в жаркую погоду, поскольку резко уменьшается вероятность превышения максимально допустимой температуры газов за турбиной (930°С) в процессе разгона на взлете.

Существует два способа уменьшения тяги:

- ступенчатый  перевод двигателя на нижнюю  ступень тяги (derate). CFM 56-3 имеет 4 модификации: В4, В1, В2 и С1 имеющие максимальную статическую тягу соответственно 18,5; 20; 22 и 23,5 тысяч фунтов. Так, если на модификации С1 установить Derate 1, навигационный компьютер (FMC) будет строить расчеты на максимальную тягу 22 тысячи фунтов, а если Derate 2 – то 20 тысяч.

- имитация  температуры наружного воздуха(assumed temperature).

Общеизвестно, что с увеличением температуры воздуха максимально-допустимая взлетная масса уменьшается. Это связано в первую очередь с уменьшением располагаемой тяги двигателей. Как и в любой тепловой машине, в реактивном двигателе мощность напрямую зависит от количества тепла переданного рабочему телу (воздуху). Верхний предел температуры газов ограничен прочностью турбины, поэтому при повышении температуры воздуха, входящего в двигатель, разница температур (а значит и мощность) падает.

Кроме этого, при увеличении температуры воздуха падает его плотность, что приводит к увеличению скоростей на взлете и, следовательно, уменьшению допустимого взлетного веса при неизменных параметрах аэродрома вылета.

Метод имитации температуры наружного воздуха состоит в том, чтобы задать FMC такую температуру, при которой фактический взлетный вес являлся бы максимально-допустимым (для всех остальных фактических условий: ВПП, препятствия и т.д.).  

 

Применение данного метода имеет ряд ограничений. Согласно нормам, нельзя уменьшать тягу данным методом более, чем на 25%.

Использование данного метода запрещено, при:

1. Взлете  с ВПП, покрытой слоем осадков (contaminated RW).

2. Взлете  с попутным ветром.

3. Взлете  с выключенными РМС.

4. При неработающей  FMC.

5. При ожидаемом  сдвиге ветра на взлете.

6. При неработающем  антиюзе.

 

Оба метода уменьшения взлетной тяги не противоречат друг другу и их можно применять одновременно. Вместе с тем есть принципиальное отличие по их влиянию на взлетные характеристики.

 При  использовании  Derate новый установленный максимум тяги нельзя превышать (как будто у вас стоит менее мощный двигатель). В напоминание об этом на индикаторе оборотов N1 опустятся ограничители (bugs).

При использовании  assumed temperature пилоты могут в любой момент увеличить тягу до максимальной.

Исходя из этого строится расчет VMCG. Соответственно при использовании assumed temperature - VMCG не меняется, а при использовании Derate – уменьшается за счет уменьшения разворачивающего момента от двигателя, выдающего меньшую тягу.

Данное свойство Derate может помочь в увеличении максимально-допустимой взлетной массы при взлетах с коротких ВПП и с ВПП, покрытых слоем осадков. Это происходит потому, что вес в данном случае ограничивается необходимостью на взлете достичь VMCG , а затем при необходимости остановиться в пределах ВПП.

 

Определение достаточности ускорения разбега.

 

QRH (Quick Reference Handbook) предписывает командиру экипажа прекратить взлёт до достижения скорости 80 узлов в случае «abnormally slow acceleration». Но нигде не описывается, как определить наступление данного события. (В качестве примера можно привести катастрофу Як-42 в Ярославле 7 сентября 2011 года).

Боинг 737, оборудованный EFIS (Electronic Flight Instrument System), позволяет проконтролировать ускорение разбега. На EADI (Electronic Attitude Director Indicator) индицируется зелёная стрелочка Airspeed Trend Arrow, которая указывает на значение скорости, которую самолёт будет иметь через 10 секунд (при условии неизменности ускорения). Во время разбега можно проконтролировать длину этой стрелки. Поскольку скорость проградуирована через 10 узлов, то удобно за единицу длины стрелки взять эти 10 узлов. Назовём эту единицу X. То есть 1X = 10 knots/10 sec = 0,5144 м/с2.

Длина разбега равна L разб = Vотр 2 / 2 j разб

Преобразовываем формулу для определения потребного ускорения разбега по известным L разб и Vотр. Скорость берём в узлах.

 

X потр = 0,2572 * (Vотр)2 / L разб

 

В качестве Vотр можно использовать VR. Выражение 0,2572 * (VR )2 имеет приблизительные значения :        

      

VR (knots)	140	150	160	170
	5000	5800	6600	7400

 

Осталось поделить эту величину на располагаемую длину разбега в метрах (примерно 2/3 от располагаемой длины ВПП) и получить минимально допустимую величину ускорения на взлёте в единицах длины зелёной стрелочки (X).

Например:  располагаемая длина разбега 2900 метров, скорость  VR 150 узлов, значит, после выхода двигателей на расчётный режим ускорение должно быть не менее 20 узлов за 10 секунд, то есть длина зелёной стрелочки должна быть не меньше двух делений шкалы скорости.

 

 

 

Посадка самолета

 

Максимально-допустимый посадочный вес определяется на основании располагаемой длины ВПП, соблюдении требований к градиентам набора высоты в конфигурации захода на посадку (approach climb) и в посадочной конфигурации (landing climb). Также он не может быть больше максимального сертифицированного посадочного веса.

 

Потребная длина ВПП

 

Исходной точкой в определении потребной длины ВПП выступают продемонстрированные в летных испытаниях посадочные дистанции. Эти дистанции замеряются с высоты 50 футов над ВПП, применяется минимальное выравнивание (касание ВПП 800 – 1100 футов от торца, вертикальная скорость приземления до 8 футов/сек), максимальное использование возможностей тормозов и интерцепторов. Испытания проводятся на сухой ВПП без применения реверса тяги.

(http://www.faa.gov/other_visit/aviation_industry/airline_operators/airline_safety/safo/all_safos/media/2006/safo06012.pdf  пункт 5 f)

Полученные данные (unfactored distances) публикуются в руководстве по летной эксплуатации вместе с поправочными добавками на изменение веса, высоты аэродрома, ветер и т.д.

Полученные таким образом посадочные дистанции показывают максимально возможные характеристики самолёта, что практически недостижимо в повседневной эксплуатации. Для примера: Шасси самолёта сертифицируются на касание ВПП с вертикальной скоростью 10 футов/сек, что всего на 2 фута/сек меньше, чем вертикальная скорость, используемая при демонстрации посадочной дистанции. (http://ecfr.gpoaccess.gov/cgi/t/text/text-idx?c=ecfr&rgn=div5&view=text&node=14:1.0.1.3.11&idno=14#14:1.0.1.3.11.2.155.15 параграф 25.473 )

 

Согласно нормам длина сухой ВПП для посадки не может быть меньше опубликованной потребной посадочной дистанции (со всеми добавками), умноженной на коэффициент безопасности 1,67.

 

Для мокрой ВПП полученный результат увеличивают еще на 15%, т. е. коэффициент безопасности равен 1,67*1,15 = 1,92.

 

Если на ВПП покрыта снегом (льдом) или жидкими осадками толщиной более 3 мм на площади более 25 %, то она считается «покрытой осадками» (contaminated). В этом случае потребной посадочной дистанцией будет максимальная из двух:

- рассчитанная  для мокрой ВПП;

- взятая из QRH раздел Performance Inflight, Normal Configuration Landing Distance для соответствующего Braking Action, умноженная на коэффициент безопасности 1,15.

(http://www.easa.eu.int/rulemaking/docs/crd/part-ops/CRD%20b.3%20-%20Resulting%20text%20of%20Part-CAT%20(A,H)-corrigendum-1.pdf Performance class A CAT. POL. A. 225 (230, 235))

 

Ограничения по градиенту набора высоты

 

Соблюдение этих ограничений необходимо для обеспечения безопасного набора высоты в случае ухода на второй круг.

Градиент набора высоты в конфигурации захода на посадку (approach climb) должен быть не менее 2,1% для захода по первой категории и не менее 2,5% при высоте принятия решения менее 200 футов. Он замеряется при закрылках, выпущенных на 5°, убранных шасси и одном работающем двигателе на режиме ухода на второй круг.

Градиент набора высоты в посадочной конфигурации (landing climb) должен быть не менее 3,2%. Он замеряется при посадочных закрылках, выпущенных шасси и обоих работающих двигателях на режиме, на который двигатели успеют выйти с режима малого газа на 8-ой секунде, после установки пилотом РУД в положение ухода на второй круг.

Для Боинга 737 более критичным является первое ограничение (approach climb).

Графики для определения максимального approach climb и landing climb масс находятся в руководстве по летной эксплуатации (AFM). 

 

Гидропланирование

 

На определенной скорости, называемой скоростью гидропланирования (VHP), самолет, движущийся по мокрой ВПП, давлением воды на пневматики приподнимается над ВПП. При этом самолет теряет возможность управляться и тормозиться с помощью колес. Скорость VHP зависит от давления воздуха в пневматиках. Испытания показали, что минимальная VHP = 8.63*Ö Tp, где Tp – давление в пневматиках в фунтах на квадратный дюйм (PSI). Для справки 1PSI = 0,07 кг/см2.

 

Серии с-та	Основные стойки	VHP	Носовая стойка	VHP
100-200	96 - 183psi	84 – 116 узлов	125 - 145psi	96 – 104 узлов
300-500	185 - 217psi	118 – 128 узлов	163 - 194psi	111 – 121 узлов
600-900	117 - 205psi	93 – 123 узлов	123 - 208psi	95 – 124 узлов

 

 

На фото повреждение пневматика Боинга 737-300 авиакомпании Webjet после посадки в условиях сильного дождя из-за гидропланирования 8 сентября 2011 года. (http://avherald.com/h?article=442bd0e6&opt=0)

 

Тормозная система самолёта оборудована системой автоматического торможения. Она имеет 5 режимов работы: RTO, 1, 2, 3 и МАХ.

Режим RTO предназначен для автоматического торможения при прерванном взлёте. Чтобы произошло включение режима необходимо, чтобы:

- путевая  скорость самолёта больше 88 узлов

-самолёт  находился на земле

- оба РУД  были в положении малого газа

При этом во все четыре тормоза подаётся полное давление торможения (3000 psi), темп торможения не контролируется. Режим продолжается до полной остановки или вмешательства пилота или отказа системы.

 

Остальные режимы предназначены для посадки. Чтобы режим включился необходимо, чтобы колёса раскрутились до скорости не менее 70 узлов и оба РУД были в положении малого газа. При этом в тормоза с темпом 100 psi/сек подаётся давление и контролируется темп торможения путём регулирования давления в тормозах.

Заданные темпы торможения для соответствующего режима:

1 – 4 фута/с2; 2 – 5 футов/с2; 3 – 7,2 фута/с2; МАХ – 14 футов/с2(при скорости более 80 узлов) и  12 футов/с2 (при скорости менее 80 узлов).

Контроль за работой автомата торможения можно выполнять по длине зелёной стрелочки на линейке скоростей (см. «Определение достаточности ускорения разбега»). Длина должна быть: 1 – 2,4; 2 – 3,0; 3 – 4,3 делений шкалы скорости для соответствующего режима автоматического торможения. (Вся видимая линейка скоростей имеет длину по 40 узлов вверх и вниз, поэтому ускорения более 40 узлов/10сек (4 деления) по длине стрелки проконтролировать невозможно.)

 

В нижеприведенной таблице приведены дистанции торможения для разных скоростей захода на посадку VREF и разных положений системы автоматического торможения. В дистанцию торможения включены 300 метров воздушного участка от торца ВПП до касания и дистанция торможения с соответствующим темпом от VREF до скорости руления 30 узлов.

 

Autobrake	1	2	3
120 узлов	1820 м	1520 м	1150 м
130 узлов	2090 м	1740 м	1300 м
140 узлов	2380 м	1970 м	1460 м
150 узлов	2700 м	2220 м	1640 м