Turbulencja w budzeniu — Wake turbulence
Turbulencja w śladzie aerodynamicznym to zaburzenie atmosfery, które tworzy się za samolotem, gdy przelatuje on w powietrzu. Zawiera różne składniki, z których najważniejsze to wiry na końcach skrzydeł i mycie strumieniowe. Jetwash odnosi się do szybko poruszających się gazów wydalanych z silnika odrzutowego; jest niezwykle burzliwy, ale krótkotrwały. Wiry na końcach skrzydeł są jednak znacznie bardziej stabilne i mogą pozostawać w powietrzu do trzech minut po przelocie samolotu. Dlatego nie jest to prawdziwa turbulencja w sensie aerodynamicznym, ponieważ prawdziwa turbulencja byłaby chaotyczna. Zamiast tego odnosi się do podobieństwa do turbulencji atmosferycznych, jakich doświadcza samolot lecący przez ten obszar zaburzonego powietrza.
Wiry na końcach skrzydeł pojawiają się, gdy skrzydło generuje siłę nośną. Powietrze spod skrzydła jest wciągane wokół końcówki skrzydła do obszaru nad skrzydłem przez niższe ciśnienie nad skrzydłem, powodując wir ciągnący się z każdego końca skrzydła. Siła wirów na końcach skrzydeł zależy przede wszystkim od masy i prędkości samolotu. Wiry na końcach skrzydeł stanowią główny i najbardziej niebezpieczny składnik turbulencji w śladzie aerodynamicznym.
Wake turbulencja jest szczególnie niebezpieczne w regionie tyłu samolotu w startu lub lądowania fazach lotu . Podczas startu i lądowania samoloty operują pod dużym kątem natarcia . Takie nastawienie do lotu maksymalizuje powstawanie silnych wirów. W pobliżu lotniska może znajdować się wiele samolotów, wszystkie operujące z małą prędkością i na małej wysokości; zapewnia to dodatkowe ryzyko turbulencji w śladzie ze zmniejszoną wysokością, z której można wychodzić z sytuacji krytycznej.
Skrzydło stałe – lot poziomy
Na wysokości wiry opadają z szybkością 90 do 150 metrów na minutę i stabilizują się około 150 do 270 metrów poniżej poziomu lotu generującego samolotu. Z tego powodu uważa się, że statki powietrzne operujące na wysokości powyżej 600 metrów nad terenem są narażone na mniejsze ryzyko.
Helikoptery
Helikoptery wytwarzają również turbulencje w śladzie aerodynamicznym. Ślady śmigłowca mogą mieć znacznie większą siłę niż te z samolotu o stałym skrzydle o tej samej masie. Najsilniejszy kilwater może wystąpić, gdy śmigłowiec operuje z mniejszą prędkością (20 do 50 węzłów ). Niektóre śmigłowce średniej wielkości lub klasy wykonawczej wytwarzają kilwater tak silny, jak w przypadku cięższych śmigłowców. Dzieje się tak, ponieważ dwułopatowe systemy wirnika głównego, typowe dla lżejszych śmigłowców, wytwarzają silniejszy strumień niż systemy wirnika z większą liczbą łopat. Silny wake wirnik Bell Boeing V-22 Osprey tiltrotor może wykraczać poza opisem w podręczniku, który przyczynił się do wypadku .
Pasy startowe równoległe lub krzyżujące się
Podczas startu i lądowania kilwater samolotu opada w kierunku ziemi i oddala się na boki od pasa startowego, gdy wiatr jest spokojny. Wiatr boczny o prędkości trzech do pięciu węzłów (3–6 mph; 6–9 km/h) będzie miał tendencję do utrzymywania nawietrznej strony śladu na pasie startowym i może powodować dryfowanie strony z wiatrem w kierunku innego pasa startowego . Ponieważ wiry na końcach skrzydeł znajdują się na zewnętrznej krawędzi śladu samolotu, może to być niebezpieczne.
Unikanie zagrożeń
Kategoria turbulencji w budzeniu
ICAO nakazuje kategorie turbulencji Wake w oparciu o maksymalną masę startową (MTOW) samolotu. FAA wykorzystuje podobny system, choć z różnymi ciężarami.
Kategoria Super (kod J) jest obecnie używana tylko przez FAA w tabeli FAA Aircraft Weight Class, która obejmuje tylko Airbus A380-800. ICAO rozważa włączenie kategorii „Super”. Zarówno FAA, jak i EUROCONTROL wdrożyły już wytyczne dotyczące Airbusa A380.
Od dnia 24 kwietnia 2020 r. dokumentacja ICAO nadal odnosi się do A380 jako w kategorii turbulencji w czasie podmuchu „CIĘŻKI”, co można zobaczyć po wpisaniu i sprawdzeniu A380 w oznacznikach typu statku powietrznego, tutaj .
Separacja wirów obudzenia
Istnieje szereg kryteriów separacji dla faz startu, lądowania i lotu na trasie, opartych na kategoriach turbulencji w śladzie aerodynamicznym. Kontrolerzy ruchu lotniczego będą sekwencjonować samoloty wykonujące podejścia według wskazań przyrządów z uwzględnieniem tych minimów. Samoloty wykonujące podejście wzrokowe są informowane o odpowiednich zalecanych odstępach i oczekuje się, że utrzymają własną separację.
Warto zauważyć, że Boeing 757 , który ze względu na swój MTOW należy do kategorii dużych, jest uważany za ciężki w celu separacji z powodu wielu incydentów, w których mniejszy samolot stracił kontrolę (z pewnymi awariami), gdy podążał zbyt blisko za 757.
Wspólne minima obejmują:
- Odlecieć
Nie wolno dopuścić do startu statku powietrznego o niższej kategorii wiru w śladzie aerodynamicznym mniej niż dwie minuty za statkiem powietrznym o wyższej kategorii wiru w śladzie aerodynamicznym. Jeśli następny samolot nie rozpocznie rozbiegu z tego samego punktu co poprzedni samolot, czas ten wydłuża się do trzech minut. Mówiąc bardziej ogólnie, samolot jest zwykle bezpieczniejszy, jeśli znajduje się w powietrzu przed punktem obrotu samolotu, który wystartował przed nim. Należy jednak zachować ostrożność, aby pozostać pod wiatr (lub w inny sposób z dala) od wszelkich wirów, które zostały wygenerowane przez poprzedni samolot.
- Lądowanie
| Poprzedzający samolot | Po samolotach | Minimalna separacja radarowa |
|---|---|---|
| Super | Super | 4 mil morskich |
| Ciężki | 6 mil morskich | |
| Duży | 7 mil morskich | |
| Mały | 8 mil morskich | |
| Ciężki lub Boeing 757 | Ciężki | 4 mil morskich |
| Duży | 5 mil morskich | |
| Mały | 6 mil morskich | |
| Duży (z wyjątkiem Boeinga 757) |
Mały | 4 mil morskich |
Standardy separacji rekategoryzacji turbulencji w śladzie aerodynamicznym
W 2012 roku FAA upoważniła kontrolerów ruchu lotniczego z Memphis w stanie Tennessee do rozpoczęcia stosowania zmienionych kryteriów, które zachowały poprzednie kategorie wagowe, ale także uwzględniły różnice w prędkościach podejścia i konfiguracji skrzydeł. W rezultacie powstało sześć kategorii samolotów, a zmienione odstępy dozwolone między tymi kategoriami wkrótce okazały się zwiększać przepustowość portu lotniczego. Wzrost przepustowości w Memphis był znaczny, przy szacowanym przez FAA wzroście przepustowości o 15%, a średni czas kołowania dla samolotów FedEx (największego przewoźnika Memphis, z około 500 operacjami dziennie w 2012 r.) został skrócony o trzy minuty.
FAA kontynuuje rozwój RECAT. Ogólnym planem FAA jest powolne wprowadzanie bardziej złożonych czynników, aby umożliwić zmniejszoną separację kilwateru w celu zwiększenia pojemności. RECAT Phase I (po raz pierwszy zademonstrowany w Memphis) wprowadza 6 statycznych kategorii turbulencji w śladzie aerodynamicznym, które zastępują tradycyjne klasy wagowe. FAA wykorzystała maksymalną masę startową , maksymalną masę lądowania , rozpiętość skrzydeł i prędkość podejścia w fazie I, aby dokładniej przedstawić intensywność kilwateru generującego samolotu, a także podatność wleczonego samolotu na potencjalne spotkanie w kilwaterze. Analiza ta umożliwia opracowanie bardziej efektywnych minimów separacji turbulencji w śladzie aerodynamicznym niż te określone w podstawowych zasadach operacyjnych określonych w rozporządzeniu FAA JO 7110.65 . Od kwietnia 2016 r. RECAT Faza I został wdrożony w 10 lokalizacjach TRACON i 17 na lotniskach.
RECAT Faza II jest kontynuacją programu RECAT, który koncentruje się na większej różnorodności samolotów (123 oznaczniki typu ICAO, które stanowią ponad 99% ruchu lotniczego USA opartego na 32 amerykańskich lotniskach), w przeciwieństwie do 61 samolotów obejmujących 85 % operacji z 5 amerykańskich i 3 europejskich portów lotniczych, które zostały wykorzystane w RECAT Faza I. Podstawowe separacje śladu w śladzie aerodynamicznym w RECAT Faza II nie są zdefiniowane według kategorii turbulencji w śladzie aerodynamicznym, ale rzeczywiste pojedyncze pary typów samolotów typu marka-model-seria (np. Boeing B747-400 wiodący Airbus A321 ). W USA nie istnieje jeszcze automatyzacja, która pozwalałaby kontrolerom ruchu lotniczego na wykorzystanie tej macierzy separacji parami. Zamiast tego, RECAT Faza II wykorzystuje podstawową macierz do ponownego zdefiniowania kategorii typu RECAT Fazy I (tj. Kategorie A – F, z dodatkową kategorią G) dla poszczególnych TRACON. Pozwala to na dalszy wzrost wydajności w porównaniu z RECAT I, ponieważ uwzględnia mieszankę floty – które samoloty latają najczęściej – dla każdego miejsca, zamiast przeprowadzać globalną optymalizację dla krajowego systemu przestrzeni powietrznej USA jako całości. RECAT Phase II rozpoczął działalność 3 sierpnia 2016 r. w Southern California TRACON i powiązanych wieżach.
Dysponując największą globalną bazą danych dotyczących śladów , EUROCONTROL opracował zaawansowane metryki śladów w celu ustalenia europejskich minimów separacji turbulencji turbulencji w ciągu sześciu kategorii, RECAT-EU, jako alternatywy dla od dawna ustalonych kategorii ICAO PANS-ATM, w celu bezpiecznego wspierania wzrostu przepustowość pasów startowych na lotniskach w Europie. RECAT-EU integruje również kategorię Super Heavy dla Airbusa A380, przynosząc korzyści w zakresie przepustowości pasa startowego do 8% lub więcej w okresach największego natężenia ruchu. W ramach przeglądu rozdzielenia rekategoryzacji turbulencji w śladzie aerodynamicznym partnerzy SESAR, EUROCONTROL i NATS, opracowali RECAT-EU na podstawie długo rozumianej koncepcji separacji opartej na czasie (TBS).
Po zatwierdzeniu przez Europejską Agencję Bezpieczeństwa Lotniczego (EASA), RECAT-EU ma być początkowo rozmieszczony na lotnisku Charles de Gaulle w Paryżu do końca 2015 roku.
RECAT-EU zarówno dla przylotów, jak i odlotów został pomyślnie wdrożony przez NATS na londyńskim lotnisku Heathrow w marcu 2018 r.
EUROCONTROL planuje wyjść poza RECAT-EU na bardziej ziarnistą macierz separacji, w której precyzyjne separacje dla każdego z początkowych 115 powszechnych samolotów komercyjnych są definiowane według modelu w systemie „Pair Wise Separation” (PWS).
Te macierze separacji znane jako RECAT-2 i RECAT-3 mają zostać wdrożone na europejskich lotniskach odpowiednio do 2020 i 2022 roku.
Utrzymywanie się na lub powyżej ścieżki schodzenia lidera
Dane dotyczące incydentów pokazują, że największy potencjał wystąpienia wiru w śladzie aerodynamicznym występuje, gdy lekki samolot skręca z bazy do punktu końcowego za ciężkim samolotem lecącym na wprost. Piloci lekkich samolotów muszą zachować szczególną ostrożność i przejąć ostatnią ścieżkę podejścia powyżej lub daleko za ścieżką cięższego samolotu. Po wydaniu i zaakceptowaniu podejścia z widocznością za poprzedzającym statkiem powietrznym, pilot jest zobowiązany do ustalenia bezpiecznego odstępu lądowania za samolotem, za którym miał podążać. Pilot jest odpowiedzialny za separację turbulencji w śladzie aerodynamicznym. Piloci nie mogą zmniejszać separacji, która istniała podczas wykonywania podejścia z widocznością, chyba że mogą pozostać na torze lotu poprzedzającego statku powietrznego lub nad nim. Posiadanie wyższej ścieżki podejścia i lądowanie dalej wzdłuż pasa niż poprzedni samolot pomoże uniknąć turbulencji w śladzie aerodynamicznym.
Piloci szybowcowi rutynowo ćwiczą latanie w wirach na końcach skrzydeł, kiedy wykonują manewr zwany „boksowaniem kilwateru”. Wiąże się to ze schodzeniem z wyższej do niższej pozycji za samolotem holowniczym. Następnie wykonuje się prostokątną figurę, trzymając szybowiec w wysokich i niskich punktach z dala od płaszczyzny holowania przed powrotem przez wiry. (Ze względów bezpieczeństwa nie wykonuje się tego poniżej 1500 stóp lub 460 metrów nad ziemią i zwykle w obecności instruktora). Biorąc pod uwagę stosunkowo małe prędkości i lekkość obu samolotów, procedura jest bezpieczna, ale daje poczucie, jak silna i gdzie turbulencja jest zlokalizowana.
Znaki ostrzegawcze
Wszelkie niekontrolowane ruchy statku powietrznego (takie jak kołysanie skrzydeł) mogą być spowodowane kilwaterem. Dlatego utrzymanie świadomości sytuacyjnej ma kluczowe znaczenie. Zwykłe turbulencje nie są niczym niezwykłym, szczególnie w fazie podejścia. Pilot, który podejrzewa, że turbulencje w kilwaterze wpływają na jego samolot, powinien uciec ze kilwateru, wykonać nieudane podejście lub odejść na drugi krąg i być przygotowanym na silniejsze spotkanie w kilwaterze. Początek przebudzenia może być podstępny, a nawet zaskakująco delikatny. Zdarzały się poważne wypadki (patrz następna sekcja), w których piloci próbowali ratować lądowanie po napotkaniu umiarkowanego śladu po nalocie tylko po to, aby napotkać silne turbulencje w śladzie aerodynamicznym, których nie byli w stanie pokonać. Piloci nie powinni polegać na żadnym ostrzeżeniu aerodynamicznym, ale jeśli nastąpi początek kilwateru, natychmiastowe działanie jest niezbędne.
Incydenty z turbulencją w śladzie aerodynamicznym
- 8 czerwca 1966 – zderzenie XB-70 z F-104 . Chociaż prawdziwa przyczyna zderzenia jest nieznana, uważa się, że ponieważ XB-70 został zaprojektowany tak, aby miał wzmocnioną turbulencję w śladzie, aby zwiększyć siłę nośną, F-104 zbliżył się zbyt blisko, przez co został złapany w wir i zderzył się z skrzydło (patrz główny artykuł ).
- 30 maja 1972 – DC-9 rozbił się na lotnisku Greater Southwest International podczas lądowania „dotknij i idź” za DC-10 . Ta katastrofa skłoniła FAA do stworzenia nowych zasad dotyczących minimalnego odstępu od „ciężkich” samolotów.
- 16 stycznia 1987 – Jakowlew Jak-40 rozbił się tuż po starcie w Taszkencie. Samolot wystartował zaledwie minutę i piętnaście sekund po Ił-76 Iljuszyn , napotykając w ten sposób jego wir kilwateru . Jakowlew Jak-40 skręcił ostro w prawo, uderzył w ziemię i zapalił się. Wszystkie dziewięć osób na pokładzie Aeroflot Flight 505 zginęło.
- 15 grudnia 1993 – wyczarterowany samolot z pięcioma osobami na pokładzie, w tym prezesem In-N-Out Burger , Richem Snyderem, rozbił się kilka mil przed lotniskiem John Wayne w Orange County w Kalifornii. Samolot leciał za Boeingiem 757 do lądowania, został złapany przez turbulencje, stoczył się głęboko i rozbił. W wyniku tego i innych incydentów z udziałem samolotów podążających za Boeingiem 757, FAA stosuje obecnie zasady separacji ciężkich samolotów dla Boeinga 757.
- 8 września 1994 – lot USAir 427 rozbił się w pobliżu Pittsburgha w Pensylwanii . Uważano, że ten wypadek wiąże się z turbulencjami w śladzie aerodynamicznym, chociaż główną przyczyną był uszkodzony element sterowania sterem.
- 20 września 1999 r. – JAS 39A Gripen z Airwing F 7 Såtenäs rozbił się na jeziorze Vänern w Szwecji podczas manewrów manewrowych w walce powietrznej. Po przejściu przez wir kilwateru drugiego samolotu, Gripen nagle zmienił kurs, a pilot kpt. Rickard Mattsson otrzymał ostrzeżenie o najwyższym stopniu zaawansowania z systemu ostrzegania o kolizji z ziemią. Wyskoczył z samolotu i bezpiecznie wylądował na spadochronie w jeziorze.
- 12 listopada 2001 – Lot 587 linii American Airlines rozbił się w dzielnicy Belle Harbour w Queens w stanie Nowy Jork wkrótce po starcie z międzynarodowego lotniska im . Johna F. Kennedy'ego . Wypadek przypisano błędowi pilota w obecności turbulencji w śladzie z samolotu Japan Airlines Boeing 747 , które spowodowały awarię steru i późniejsze oddzielenie pionowego stabilizatora.
- 8 lipca 2008 – Trenażer PC-12 Sił Powietrznych USA rozbił się na polu Hurlburt na Florydzie, ponieważ pilot próbował wylądować zbyt blisko za większym śmigłowcem AC-130U Spooky i został złapany w turbulencje kilwateru. Zasady Sił Powietrznych wymagają co najmniej dwuminutowej separacji między wolno poruszającymi się ciężkimi samolotami, takimi jak AC-130U, a małymi, lekkimi samolotami, ale PC-12 wyprzedził śmigłowiec o około 40 sekund. Gdy PC-12 uderzył w turbulencje, nagle potoczył się w lewo i zaczął odwracać się do góry nogami. Pilot-instruktor zatrzymał lot, ale zanim zdążył podnieść samolot, lewe skrzydło uderzyło w ziemię, powodując, że samolot wpadł w poślizg 669 stóp (204 m) przez pole, zanim zatrzymał się na utwardzonym najeździe.
- 3 listopada 2008 – Turbulencje w śladzie samolotu Airbus A380-800 powodujące tymczasową utratę kontroli nad Saabem 340 podczas zbliżania się do równoległego pasa startowego w warunkach silnego wiatru bocznego.
- 4 listopada 2008 r. – W niesławnej katastrofie lotniczej w Mexico City w 2008 r. LearJet 45 XC-VMC przewożący meksykańskiego sekretarza spraw wewnętrznych Juana Camilo Mouriño rozbił się w pobliżu Paseo de la Reforma Avenue, zanim skręcił w kierunku ostatniego podejścia do pasa startowego 05R na międzynarodowym lotnisku w Meksyku . Samolot leciał za 767-300 i nad ciężkim helikopterem. Piloci nie zostali poinformowani o typie samolotu, który zbliżał się przed nimi, ani nie ograniczyli do minimalnej prędkości podejścia. (To zostało potwierdzone jako oficjalne stanowisko rządu meksykańskiego, jak stwierdził Luiz Tellez, Sekretarz Komunikacji Meksyku).
- 9 września 2012 – Robin DR 400 rozbił się po przewróceniu się o 90 stopni w turbulencji w śladzie aerodynamicznej wywołanej przez poprzednika AN-2 Antonov, trzech zabitych, jeden ciężko ranny.
- 28 marca 2014 – indyjskie siły powietrzne C-130J- 30 KC-3803 rozbiły się w pobliżu Gwalior w Indiach, zabijając wszystkich pięciu członków personelu pokładowego. Samolot prowadził szkolenie penetracyjne na niskim poziomie, lecąc na wysokości około 300 stóp (90 m), kiedy natrafił na turbulencje w śladzie z innego samolotu C-130J, który prowadził formację, co spowodowało jego awarię.
- 7 stycznia 2017 r. – prywatny Bombardier Challenger 604 przetoczył się trzy razy w powietrzu i spadł na wysokość 3000 m po napotkaniu turbulencji w śladzie, gdy minął 1000 stóp (300 m) pod samolotem Airbus A380 nad Morzem Arabskim. Kilku pasażerów zostało rannych, jeden poważnie. Dzięki doświadczeniom przeciążeń samolot uległ nieodwracalnemu zniszczeniu i w konsekwencji został spisany na straty.
- 14 czerwca 2018 r. – O 23:29, lot pasażerski QF94 Qantas na trasie z Los Angeles do Melbourne doznał nagłego swobodnego spadania nad oceanem po starcie w wyniku intensywnego wiru kilwateru. Według pasażerów zdarzenie trwało około dziesięciu sekund. Turbulencja była spowodowana kilwaterem poprzedniego lotu QF12 Qantas, który wystartował zaledwie dwie minuty przed lotem QF94.
Pomiar
Turbulencje w śladzie aerodynamicznym można zmierzyć za pomocą kilku technik. Obecnie ICAO rozpoznaje dwie metody pomiaru, tomografię dźwiękową, a techniką o wysokiej rozdzielczości jest lidar dopplerowski , rozwiązanie obecnie dostępne na rynku. Techniki wykorzystujące optykę mogą wykorzystywać wpływ turbulencji na współczynnik załamania światła ( turbulencja optyczna ) do pomiaru zniekształcenia światła przechodzącego przez obszar turbulencji i wskazywania siły tej turbulencji.
Głośność
Turbulencje w śladzie aerodynamicznym mogą czasami, w odpowiednich warunkach, być słyszane przez obserwatorów naziemnych. W spokojny dzień turbulencje w śladzie z ciężkich odrzutowców podczas podejścia do lądowania mogą być słyszalne jako głuchy ryk lub gwizdek. To jest silny rdzeń wiru. Jeśli samolot wytwarza słabszy wir, rozpad będzie brzmiał jak rozdzieranie kawałka papieru. Często jest to zauważane po raz pierwszy kilka sekund po zmniejszeniu bezpośredniego hałasu przelatującego samolotu. Dźwięk staje się wtedy głośniejszy. Niemniej jednak, będąc wysoce kierunkowym, dźwięk turbulencji w śladzie jest łatwo postrzegany jako pochodzący ze znacznej odległości za samolotem, a jego pozorne źródło porusza się po niebie tak samo jak samolot. Może trwać przez 30 sekund lub dłużej, nieustannie zmieniając barwę, czasami z szeleszczącymi i trzaskającymi nutami, aż w końcu ucichnie.
W kulturze popularnej
W filmie " Top Gun " z 1986 roku porucznik Pete "Maverick" Mitchell, grany przez Toma Cruise'a , doznaje dwóch płomieni spowodowanych przejściem przez myjnię odrzutową innego samolotu, pilotowanego przez kolegę lotnika Toma "Ice Mana" Kazansky'ego (w tej roli Val Kilmer ). W rezultacie zostaje wprawiony w nieodwracalny obrót i zostaje zmuszony do wyrzucenia, zabijając swojego RIO Nicka „Goose” Bradshawa. W kolejnym incydencie zostaje złapany w myjni odrzutowej myśliwca wroga, ale udaje mu się bezpiecznie odzyskać.
W filmie Pushing Tin kontrolerzy ruchu lotniczego stoją tuż przy progu pasa startowego, podczas gdy samolot ląduje, aby na własne oczy doświadczyć turbulencji. Film jednak dramatycznie wyolbrzymia wpływ turbulencji na osoby stojące na ziemi, ukazując bohaterów, których miota przelatujący samolot. W rzeczywistości turbulencje za i pod lądującym samolotem są zbyt delikatne, aby przewrócić osobę stojącą na ziemi. (W przeciwieństwie do tego, podmuch odrzutowy ze startującego samolotu może być niezwykle niebezpieczny dla osób stojących za samolotem).