ANALIZA PRZERWANEGO STARTU I REDUKCJI MOCY DO STARTU NA PRZYKŁADZIE CIĘŻKIEGO SAMOLOTU - Paweł Przybyszewski - PRz.pdf - Inżynieria Lotnicza - pilot1216

POLITECHNIKA RZESZOWSKA

Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa

im. Ignacego Łukasiewicza

Katedra Awioniki i Sterowania

ANALIZA PRZERWANEGO STARTU I REDUKCJI MOCY DO

STARTU NA PRZYKŁADZIE CIĘŻKIEGO SAMOLOTU

KOMUNIKACYJNEGO

Paweł Przybyszewski

Seminarium Dyplomowe 2001/2002

LOTNICTWO-PILOTAŻ

Analiza, która zostanie poniżej przeprowadzona dotyczy startu ciężkiego samolotu komunikacyjnego

zbudowanego wg przepisów FAR-25. Jej celem jest zapoznanie się z przypadkiem startu przerwanego i konty-

nuowanego w przypadku awarii zespołu napędowego .

Poniższa analiza jest słuszna dla samolotów posiadających dwa przepływowe zespoły napędowe (zało-

żenie stałego ciągu w zakresie rozpatrywanych prędkości).W przypadku awarii następuje utrata 50% ciągu. Po-

nadto samolot posiada hamulce aerodynamiczne oraz rewers obydwu silników (uwzględniany przy mokrym pa-

sie). W niniejszym opracowaniu omówię tok postępowania przy określaniu charakterystycznych prędkości star-

tu a mianowicie; V1, V2, Vr dla startu z dowolnego pasa na dowolnym lotnisku. Analiza dotyczy zarówno pasa

suchego jak i mokrego lub zanieczyszczonego o dowolnym nachyleniu. Zostaną także omówione tzw. Model

Tables czyli tabele prędkości do startu stosowane przez PLL LOT dające możliwość określenia i ewentualnego

zastosowania redukcji ciągu do startu.

Streszczenie

1. Długość pasa do startu wg “FAR 25” (Takeoff field length).

Na początek wyjaśnijmy podstawowe pojęcia bez znajomości których niemożliwe będzie zrozumienie

problemu.

TAKEOFF FIELD LENGTH jest to najdłuższy z trzech dystansów, określonych następującymi kryteriami:

a) Długość startu z pracującymi wszystkimi zespołami napędowymi (All-Engine Go Distance): 115% dy-

stansu potrzebnego do rozbiegu, oderwania się i uzyskania 35 ft nad pasem dla wszystkich silników

pracujących. V2 ma być osiągnięte nie później jak na wysokości 35 ft.

Rys.1 Niezbędna długość startu normalnego

Normal take-off field length

P.Przybyszewski

Analiza przerwanego startu ...

PP - 1

b) Długość startu kontynuowanego w przypadku awarii zespołu napędowego (Engine-Out Accelerate-Go

Distance or Accelerate-Go Distance) (AGD): dystans wymagany do:

- rozpędzenia s-tu na dwóch silnikach do awarii silnika (V ef ≥V 1 -1sek),

- startu kontynuowanego,

- rotacji przy prędkości V R ,

- oderwania się i uzyskania 35 stóp nad pasem z prędkością V 2 .

Rys.2 Niezbędna długość startu kontynuowanego przy awarii jednego silnika

Engine-Out Accelerate-Go Distance

c) Długość startu przerwanego (Engine-Out Accelerate-Stop Distance or Accelerate-Stop Distance)

(ASD): większy z dystansów wymaganych do:

- rozpędzenia s-tu na dwóch silnikach do awarii silnika przy prędkości V ef ≥V 1 -1sek,

- rozpoznania awarii,

- rozpoczęcia procedury przerwanego startu przy prędkości V 1 ,

- doprowadzenia s-tu do zatrzymania, używając tylko hamulców na koła i hamulców aerodynamicznych,

- plus dystans przebyty w ciągu 2 sekund przy V 1 .

lub

- rozpędzenia samolotu na dwóch silnikach pracujących do największej prędkości osiągniętej w czasie prze-

rwanego startu uwzględniając ,że pierwszą czynność zmierzającą do przerwania startu pilot podejmuje przy

V 1 ,

- doprowadzenia s-tu do zatrzymania przy wszystkich silnikach pracujących,

- plus dystans przebyty w ciągu 2 sekund przy V 1 .

Rys.3 Niezbędna długość pasa do startu przerwanego.

Accelerate-Stop Distance

Dystans dłuższy z 2b) i 2c) jest nazywany Takeoff Distance (TOD). Należy zaznaczyć , że dla samolotów dwu-

silnikowych TOD limitowane jest w większości przypadków przez przypadek b) – tzw. engine-out case.

P.Przybyszewski

Analiza przerwanego startu ...

PP - 2

2. Prędkości V 1 , V R , V 2 .

2.1 Co to jest prędkość V 1

Definicja oficjalna brzmi:

V 1 - the speed selected for each takeoff , based upon approved performance data and specified conditions , which

represents:

a) The maximum speed by which a rejected takeoff must be initiated to assure that a safe stop can be com-

pleted within the remaining runway or runway and stopway;

b) The minimum speed which assures that a takeoff can be safetly completed within the remaining runway or

runway and clearway , after failure of the most critical engine at a designated speed.[3]

Decyzja o przerwaniu startu musi być podjęta do czasu osiągnięcia prędkości V 1 . W innym przypadku

pilot nie będzie mógł rozpocząć procedury przerwanego startu na prędkości V 1 .Innymi słowy V 1 nie jest prędko-

ścią decyzji lub prędkością rozpoznania awarii, lecz jest prędkością „działania”.Pilot ma tylko 1 sekundę na

rozpoznanie awarii i podjęcie odpowiedniej decyzji. Po tym czasie (jeżeli decyzja jest NO GO ) pilot musi roz-

począć przekonfigurowanie samolotu do hamowania. Oto obecnie stosowana formuła na czas przekonfigurowa-

nia samolotu wg FAR 25:

Rys.4 Czas przekonfigurowania samolotu

Transition time

Oznaczenia na rysunku:

Br (brakes on) – linia obrazuje użycie hamulców;

Th (throttle to idle) – linia obrazuje przestawienie manetek na mały gaz;

Spd.Br (speedbrakes deploy) – linia obrazuje otwarcie hamulców aerodynamicznych;

F/T demo – czas uzyskany podczas lotów testowych.

Typowy transition time wynosi 3-4 sek.

Z analizy przyjętego modelu wynika jednoznacznie, że:

a) gdy awaria następuje przy prędkości V 1 pozostaje tylko decyzja GO;

b) decyzja NO GO po prędkości V 1 spowoduje wypadnięcie samolotu z pasa jeżeli Actual Takeoff

Weight jest równy Field Length Limit Weight ( bardzo często występuje podczas dokonywania re-

dukcji mocy).

Prędkość V 1 jest to więc:

- dla NO GO decision- maksymalna prędkość, przy której manewr hamowania może być jeszcze rozpoczęty

a samolot zatrzyma się w granicach pasa (lub stopway-u , jeśli był brany do obliczeń),

- dla GO decision - minimalna prędkość przy awarii silnika , przy której start może być kontynuowany a sa-

molot osiągnie 35 ft nad końcem pasa (lub clearway-u, jeśli był brany do obliczeń).[4]

2.2 Przedział V 1

P.Przybyszewski

Analiza przerwanego startu ...

PP - 3

Kiedy aktualny ciężar do startu jest mniejszy od ciężaru limitowanego przez pas, możliwy jest do obli-

czenia przedział prędkości V 1 .

Najniższa z V 1 jest limitowana startem kontynuowanym i wymogami:

- uzyskania 35 ft na końcu pasa (clearway-u);

- V 1 nie może być mniejsza od V MCG .

Najwyższa z V 1 jest limitowana startem przerwanym i wymogami:

- zatrzymania się na końcu pasa (stopway-u);

- V 1 nie może przekraczać V R .

2.3 Margines bezpieczeństwa przy decyzji STOP

Przyjmując założenia certyfikacyjne dla warunków Field Length Limit Weight, oraz rozpoczęcia hamo-

wania przy V 1 , samolot powinien się zatrzymać na końcu pasa.

Accelerate-Stop Distance jest obliczony dla następujących warunków:

- gładki, suchy pas startowy;

- przy awarii przy prędkości V EF pilot rozpocznie hamowanie najpóźniej przy V 1 ;

- pilot przestawi konfigurację samolotu w czasie „transition time” określonym wcześniej.

Jeżeli którykolwiek z powyższych warunków nie zostanie spełniony , aktualny Engine-Out Accelerate-Stop Di-

stance przekroczy wyliczony i w konsekwencji samolot wypadnie z pasa. Poniższy rysunek pokazuje z jaką

prędkością samolot wypadnie z pasa gdy przerwanie startu nastąpi po V 1 . Zakładając , że pilot podejmie decyzję

o przerwaniu startu na przykład 4 sekundy po prędkości V 1 (oś pozioma) przy użyciu maksymalnego dostępne-

go hamowania samolot wyjedzie z pasa przy prędkości 60 kts ( oś pionowa z prawej strony). Z rysunku można

również określić jaką wysokość nad końcowym progiem pasa uzyska samolot w przypadku awarii jednego sil-

nika w zależności od momentu podjęcia przez pilota decyzji o starcie kontynuowanym (oś pionowa z lewej stro-

ny). Obrazują to krzywe po lewej stronie od linii „zero”.

Rys.5 Zobrazowanie skutków przerwania startu powyżej V1

Results of rejected take-off after V1

2.4 Efekt użycia rewersu

Efekt hamowania przy użyciu rewersu nie jest uwzględniany w obliczeniach podczas przerwanego startu

dla pasa suchego. Rewers jest jednak uwzględniany podczas przerwanego startu na pasie „contaminated” (za-

nieczyszczonym np. śniegiem ). Rewers jest to dodatkowa siła hamująca dana pilotowi bez uwzględnienia jej w

obliczeniach.

2.5 V R – prędkość rotacji

Prędkość rotacji nie może być mniejsza od:

- V 1 ,

- 1.05V MCA , gdzie V MCA to minimalna prędkość lotu kontrolowanego w powietrzu,

- prędkości pozwalającej osiągnąć V 2 przed osiągnięciem 35 ft.

P.Przybyszewski

Analiza przerwanego startu ...

PP - 4

W praktyce V R jest prędkością rozpoczęcia rotacji. A oto skutki nieprawidłowej (wczesnej lub późnej)

rotacji:

Rys.6 Skutki nieprawidłowej rotacji

Results of early and late rotation

2.6 V 2 – bezpieczna prędkość startu

V 2 nie powinna być mniejsza od:

- 1.1V MC ,

- 1.2V S gdzie V S to prędkość przeciągnięcia,

- V R + przyrost prędkości do osiągnięcia 35 ft.[3]

W praktyce prędkość V 2 powinna być używana jako prędkość wznoszenia w przypadku utraty silnika do

uzyskania bezpiecznej wysokości nad przeszkodami. Procedury normalne bazują na prędkości V 2 + 10 kts.

3. Start z tzw. „zbalansowanego pasa” (Balanced Field)

Gdy Engine-Out Accelerate-Stop Distance jest równy Engin-Out Accelerate-Go Distance to taki start na-

zywamy startem z pasa zbalansowanego, dla którego:

- maksymalny ciężar do startu wynika z równości pasa potrzebnego do zahamowania samolotu i potrzebnego

do kontynuowania startu.

- odpowiadająca temu ciężarowi prędkość graniczna nazywa się Balanced Field Limit V 1 Speed czyli V1 zba-

lansowane.

Rys.7 Określenie zbalansowanej V1 i maksymalnego ciężaru do startu

Balanced field limit V1 speed and Field lenght limit weight

Krzywa startów kontynuowanych (Continued takeoff) – czym awaria silnika nastąpi na większej prędkości, tym z

większym ciężarem samolot może wystartować z danego pasa, spełniając wymagania startu kontynuowanego.

Na rysunku jest to krzywa rosnąca.

Krzywa startów przerwanych (RTO) – ma przeciwną tendencję do poprzedniej. Czym wcześniej rozpoczynamy

hamowanie, tym cięższym samolotem zatrzymamy się na danym pasie[4]. Na wykresie jest to krzywa malejąca.

Każdy inny rodzaj startu nazywa się startem z nie zbalansowanego pasa.

P.Przybyszewski

Analiza przerwanego startu ...

PP - 5

ANALIZA PRZERWANEGO STARTU I REDUKCJI MOCY DO STARTU NA PRZYKŁADZIE CIĘŻKIEGO SAMOLOTU - Paweł Przybyszewski - PRz.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: