CC BY
175
УДК 629.735.015:681.3
АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ В УСЛОВИЯХ ЛИВНЕВЫХ ОСАДКОВ
М.Д. БЕКМУХАНБЕТОВ, С.М. БОРИСОВ, В.Е. МАЛЮГИН
Статья представлена доктором технических наук, профессором Ципенко В.Г.
Приведены результаты вычислительного эксперимента влияния ливневых осадков на летные характеристики воздушного судна.
Ключевые слова: взлет, посадка, воздушное судно, ливневые осадки, взлетно-посадочная полоса, температура, авиационное происшествие.
1. Вводные замечания
Резкие изменения метеоусловий, усложняющих взлет и посадку в аэропортах с тропическим климатом и горной местностью, особенно в период ливневых дождей, представляет угрозу безопасности полетов (БП) самолетов любого класса и любой авиакомпании [1]. Общей особенностью таких аэропортов (типа аэропортов в Дели и Калькутте) является большая продолжительность сезона с температурой наружного воздуха выше 30 градусов и выпадением муссонных дождей большой интенсивности. Продолжительность этого сезона здесь колеблется от 7 месяцев (в Дели) до 11 месяцев (в Калькутте).
Анализ некоторых авиационных происшествий самолетов в тропических аэропортах (в Бомбее - выкатывание самолета Ил-62; в Калькутте - катастрофа самолета Ан-22 и выкатывание самолета Ан-12; в Гонконге - выкатывание самолета В - 747 и др.) показывает, что все они произошли в ливневых осадках. Решающими факторами всех случаев выкатывания явились, во-первых, низкое значение коэффициента сцепления (ниже 0,4), во-вторых, разница в значениях коэффициента сцепления на разных участках ВПП, в-третьих, несоответствие угловой скорости вращения колес шасси поступательной скорости самолета при глиссировании. Это приводило к разрушению покрышек с последующим выкатыванием за пределы ВПП.
Исходя из перечисленных особенностей тропических аэродромов, в комплекс вычислительных экспериментов (ВЭ) при математическом моделировании [2] были включены расчеты траекторий полета самолета Ил-96-300 в крайних неблагоприятных условиях, в том числе и при вероятных сочетаниях этих условий. Здесь предусматривались и случаи вынужденной посадки с предельной массой самолета сразу после взлета, и предельные центровки, и ошибки пилотирования, и сочетания упомянутых атмосферных условий со сдвигом ветра и значительно пониженным давлением атмосферы (аналог высотного расположения аэродрома).
Попадание в ливневые осадки опасно отклонением от глиссады и увеличением вертикальной скорости снижения ввиду непосредственного механического воздействия. Сильные ливневые осадки характерны для тропических приморских территорий, где фронт осадков бывает очень резок и часто сопровождается сильным нисходящим сдвигом ветра (СВ). Такое наложение неблагоприятных факторов усугубляет опасность увеличения вертикальной скорости снижения самолета при заходе на посадку. В расчетах такое воздействие имитировалось в самый неблагоприятный момент захода на посадку - в момент пролета высоты 60 м.
В результате рассмотрения в данном исследовании случаев отказа авиационной техники (АТ) на разных этапах полета при моделировании на ЭВМ движения тяжелого самолета Ил-96300 при неблагоприятных внешних условиях полета были сделаны выводы о возможности безопасного завершения его полета в тропических аэропортах.
2. Исследование возможности захода на посадку самолета при отказе одного крайнего двигателя
Решающим условием безопасного выполнения захода на посадку при отказе крайнего двигателя является обязательное и строгое выдерживание на всех участках маршрута захода на посадку заданной высоты полета по установленным рубежам приборной и вертикальной скорости и четкое представление о фактическом месте ВС в процессе захода.
Некоторые действия в технологии работы экипажа ВС при отказе крайнего двигателя в процессе захода на посадку отличаются в данном случае от стандарта и выполняются экипажем в зависимости от конкретной обстановки, т.е. силы ветра, температуры наружного воздуха, интенсивности осадков, грозовой обстановки.
На данном этапе исследований была поставлена цель методом математического моделирования исследовать процесс захода на посадку самолета Ил-96-300 с одним отказавшим крайним двигателем и выявить неблагоприятное сочетание указанных факторов, при которых посадка самолета возможна. В результате проведения большого количества расчетов были обнаружены такие комбинации неблагоприятных факторов, которые, будучи использованы в качестве входных данных соответствующих вариантов вычислительного эксперимента, не привели к возникновению авиационных происшествий (табл. 1).
Таблица 1
Варианты сочетаний неблагоприятных факторов при заходе на посадку Ил-96-300 в условиях ливня
N варианта Осадки Температура окружающей среды Масса самолета Центровка
1 Нет МСА 175 т 0,19
2 Ливень МСА 175 т 0,19
3 Нет МСА 175 т 0,34
4 Ливень МСА 175 т 0,34
5 Нет МСА + 25 175 т 0,19
6 Ливень МСА + 25 175 т 0,19
Проведенный ВЭ показал следующие результаты:
- параметры траекторий при моделировании согласуются с РЛЭ;
- центровка самолета во всех исследованных случаях оказывает лишь известное влияние на угол тангажа, расход руля высоты и управляемость при движении по ВПП: значения угла тангажа на снижении различаются на 2 градуса, расход руля высоты на снижении и боковое отклонение от оси ВПП (до 6 м) - вдвое;
- попадание самолета в ливневые осадки (без сдвига ветра) на снижении приводит к вертикальному отклонению траектории от глиссады на величину до 6 м, при движении в зоне осадков большой интенсивности на последних 1000 м перед торцом ВПП полностью исправить траекторию не удается, и самолет вынужден приземляться на 150 м раньше расчетной точки с большой вертикальной скоростью (до 3,5 м/с) и большим углом тангажа (с угрозой удара хвостовой опорой о ВПП);
- совместное воздействие ливневых осадков с сильным вертикальным сдвигом ветра приводит к вертикальному отклонению траектории снижения самолета с одним отказавшим двигателем от глиссады на величину до 13 м и приземлению на 250 м раньше расчетной точки с предельно допустимыми значениями угла тангажа.
3. Исследование возможности захода на посадку самолета при отказе двух двигателей на одной консоли крыла
Основную сложность в пилотировании при заходе на посадку с двумя отказавшими двигателями на одной консоли крыла представляет быстро меняющаяся величина разворачивающего
момента при переводе двигателей с режима на режим. Особенно серьезно это проявляется, когда на снижении приходится менять и положение закрылков, и скорость полета.
Здесь была поставлена задача исследовать влияние ливня и сочетания ливня с другими неблагоприятными факторами на процесс захода на посадку самолета Ил-96-300 при отказе двух двигателей на одной консоли крыла и выявить наиболее опасные варианты посадки. Такие варианты представлены в табл. 2.
Таблица 2
Неблагоприятные сочетания факторов при посадке с отказом двух двигателей на одной консоли крыла
N Тем-ра окруж. среды Масса самолета Центровка Осадки Ветер Примечание
1 МСА 175 т 0,19 Нет Нет
2 МСА 175 т 0,19 Ливень Нет
3 МСА 175 т 0,19 Ливень Верт. СВ 6м/с на 30м
4 МСА 175 т 0,19 Ливень Верт. СВ 6 м/с, на 30м Без рекомендуемого РЛЭ увеличения приборной скорости на 20 км/ч
Проведенный ВЭ показал следующие результаты:
- параметры траекторий при моделировании согласуются с РЛЭ;
- попадание самолета с двумя отказавшими двигателями в ливневые осадки, осложненные сопутствующим нисходящим сдвигом ветра, приводит к невозможности исправить траекторию даже при минимальной посадочной массе в связи с большой скоростью снижения - в момент приземления угол тангажа и перегрузка далеко выходят за допустимые значения (10 градусов и 2,2);
- вертикальный ветер и дождь не уменьшают приборную скорость полета по глиссаде, а даже увеличивают ее на 2 км/ч, однако снижение со скоростью без запаса в 20 км/ч (который рекомендуется РЛЭ при опасности попадания в сдвиг ветра) самолета с двумя отказавшими двигателями не приводит к приемлемым характеристикам приземления, прежде всего из-за недопустимой величины угла тангажа (более 12 градусов).
4. Исследование захода на посадку самолета в случае заклинивания закрылков во взлетной конфигурации
В случае заклинивания закрылков во взлетной конфигурации в соответствии с РЛЭ экипаж должен срочно принять определенные упредительные меры, которые должны предотвратить более опасные явления, а именно: на высоте не менее безопасной установить соответствующую скорость и перевести самолет в горизонтальный полет, и сообщить службе УВД об отказе и принятии решения о заходе на посадку на аэродром вылета после аварийного слива топлива до нормальной посадочной массы. В противном случае повышенная масса самолета и взлетная механизация неоправданно усложнят посадку со всеми вытекающими последствиями. Приборную скорость при заходе на посадку и посадке следует выдерживать в соответствии с РЛЭ.
Тем не менее в данном пункте ставилась цель с помощью математического моделирования найти такие предельные варианты сложных внешних условий, при которых возможно осуществить посадку. Поэтому в расчетах имитировался случай захода на посадку в условиях горного жаркого аэродрома.
Основную опасность встречи с ливневыми осадками представляет увеличение вертикальной скорости снижения по глиссаде, которая в рассматриваемом варианте и без того велика в связи с положением закрылков и расположением аэродрома.
Рассматриваемые случаи полета оказались некритичны к режиму работы двигателей: снижение по глиссаде самолета массой 220 т требует режима не более 80% от номинального. Критичными здесь являются условия удовлетворительного приземления на ВПП, поэтому и были рассмотрены предельные условия по высоте аэродрома и массе самолета.
Расчетные варианты с соответствующим сочетанием неблагоприятных факторов приведены в табл. 3.
Таблица 3
Варианты сочетаний неблагоприятных условий при посадке Ил-96-300 с закрылками, заклиненными во взлетном положении
N Высота аэродрома Температура окружающей среды Масса самолета Центровка Осадки Ветер
1 2500 м МСА + 15 С 220 т 0,19 нет нет
2 2500 м МСА + 15 С 175 т 0,19 Ливень нет
3 2500 м МСА + 15 С 130 т 0,19 Ливень верт. СВ 6 м/с на 30м
ВЭ показал следующие результаты:
- параметры траекторий при моделировании согласуются с РЛЭ;
- высокая вертикальная скорость снижения и большая масса самолета приводят к необходимости увеличить высоту перевода двигателей на режим малого газа до 8 м;
- наибольшими допустимыми значениями посадочной массы самолета в рассматриваемых условиях внешних воздействий оказались: 175 т при воздействии ливневых осадков (в штиль) и 130 т при совместном воздействии ливневых осадков и сильного вертикального сдвига ветра;
- под действием ливневых осадков наибольшее вертикальное отклонение от глиссады достигает 7 м, под совместным воздействием ливневых осадков и сильного вертикального сдвига ветра - 15 м, в обоих случаях на пути в 1000 м до торца ВПП эти отклонения удается ликвидировать полностью;
- удовлетворительное приземление в расчетной точке ВПП в рассматриваемых сложных условиях удается произвести лишь, используя неординарную манеру пилотирования, представляющую собой вместе с заключительным участком исправления траектории движения по глиссаде выравнивание в два этапа.
5. Исследование ухода самолета на второй круг при отказе одного крайнего двигателя
Необходимость ухода на второй круг определяется комплексно службой УВД и КВС, когда существует угроза безопасности посадки по различным причинам. Окончательно это решает экипаж в соответствии с технологией работы и инструкцией взаимодействия на высоте принятия решения (ВПР). После команды командира ВС (2-го пилота) об уходе на второй круг на высоте принятия решения на трех работающих двигателях (неисправный двигатель выключен ранее), экипаж, используя взлетный режим, должен обеспечить безопасные условия:
1) потеря высоты ниже ВПР должна быть минимальной (в пределах 10 - 15 м);
2) не допускать снижения приборной скорости меньше скорости на глиссаде;
3) поддерживать вертикальную скорость, исходя из градиента набора высоты 2,7 % с одновременным увеличением приборной скорости полета до занятия безопасной высоты круга;
4) боковое уклонение при отказе критического двигателя необходимо упреждать с учетом силы боковой составляющей ветра и схемы ухода на второй круг данного аэропорта;
5) не торопиться с уборкой механизации, т.к. это влечет просадку ВС и потерю дефицитной высоты полета в сложных метеоусловиях.
Здесь ставилась задача провести исследование влияния неблагоприятных факторов и их сочетаний на процесс ухода на второй круг самолета Ил-96-300 с одним отказавшим крайним
двигателем. В табл. 4 приведены расчетные варианты ухода на второй круг в условиях ливневых осадков самолета с одним отказавшим крайним двигателем.
Таблица 4
Варианты сочетания неблагоприятных факторов при уходе на второй круг самолета Ил-96-300 с одним отказавшим крайним двигателем
N варианта Температура окружающей среды Масса самолета Центровка Осадки
1 МСА 175 т 0,19 Нет
2 МСА 175 т 0,19 Ливень
3 МСА 175 т 0,34 Ливень
ВЭ показал следующие результаты:
- параметры траекторий при моделировании согласуются с РЛЭ;
- уход на второй круг самолета с одним отказавшим двигателем при попадании в сильные ливневые осадки осуществляется обычными приемами пилотирования и приводит к такой же потере высоты, как без осадков, независимо от центровки, однако следует учесть, что до момента принятия решения происходит снижение под глиссаду на 5 м.
Выводы
Этап захода на посадку (предпосадочное снижение) имеет основной особенностью то, что он является подготовительным к сложнейшему этапу посадки. Поэтому и требования к нему диктуются, исходя из условий, созданных для безопасной посадки. Но если условия для безопасной посадки на предпосадочном снижении не созданы, то обязательно должна обеспечиваться возможность ухода на второй круг. На основании этого подхода можно выделить два основных условия захода самолета посадку: обеспечение его завершения к моменту пролета торца ВПП по глиссаде с минимальными отклонениями в установившемся режиме полета и непревышение номинального режима работы двигателей на протяжении всего участка снижения по глиссаде.
Что касается установившегося режима снижения по глиссаде, то ВЭ показали, что он должен быть таковым, по крайней мере, с высоты 100 м. Только в этом случае удается к началу выравнивания погасить нежелательные линейные и угловые отклонения от глиссады и вращение самолета.
ЛИТЕРАТУРА
1. Руководство по летной эксплуатации Ил-96-300. - М.,1988.
2. Кубланов М.С. Идентификация математических моделей по данным летных испытаний самолета Ил-96-300 // Решение прикладных задач летной эксплуатации ВС методами математического моделирования. - М.: МГТУ ГА, 1993.
ANALYSIS OF PERCULIARITIES OF AIRCRAFT OPERATION IN SHOWERS CONDITIONS
Bekmuhanbetov M.D., Borisov S.M., Malygin V.E.
The results of calculations of showers conditions effect on flight characteristics are provided.
Key words: takeoff, landing, aircraft, heavy rainfall, runway, temperature, accident.
Сведения об авторах
Бекмуханбетов Мейрамхан Джумабаевич, 1952 г.р., окончил РКИИГА (1975), заместитель Генерального директора - технический директор ОАО Авиакомпании «ЮТэйр», соискатель кафедры аэродинамики, конструкции и прочности летательных аппаратов МГТУ ГА, автор 10 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушного транспорта.
Борисов Сергей Михайлович, 1961 г.р., окончил Иркутское высшее военное авиационное инженерное училище (1983), ведущий инженер ГосНИИГА, соискатель кафедры аэродинамики, конструкции и прочности летательных аппаратов МГТУ ГА, автор 5 научных работ, область научных интересов -поддержание летной годности и летно-техническая эксплуатация воздушных судов.
Малюгин Владимир Евгеньевич, 1963 г.р., окончил Челябинское высшее военное авиационное училище штурманов (1986), соискатель кафедры аэродинамики, конструкции и прочности летательных аппаратов МГТУ ГА, автор 4 научных работ, область научных интересов - летная эксплуатация и безопасность полетов летательных аппаратов.
