ПРОБЛЕМА ПРЕРВАННОГО ВЗЛЕТА ОСТАЕТСЯ
Содержание:
ПРОБЛЕМА ПРЕРВАННОГО ВЗЛЕТА ОСТАЕТСЯ
капитан Уильям де Гроу,
Международная ассоциация линейных пилотов
Каждый пилот в процессе разбега при взлете принимает решение - продолжить запланированный полет или отказаться от него - с учетом множества факторов. В большинстве случаев принятие решения не вызывает проблем. Однако иногда возникают обстоятельства, ставящие под сомнение успешное завершение взлета. Тогда пилот должен принять единственно верное решение. Если все факторы, которые могут повлиять на взлет самолета, известны, пилот теоретически имеет информацию, необходимую для принятия правильного решения. Однако, если один из этих факторов неизвестен, безопасность прерванного взлета (RTO) окажется под угрозой.
Проблема авиационных происшествий и инцидентов, связанных с RTO, не ограничивается рамками конкретного эксплуатанта или одной отдельно взятой страны. Ясно, что это международная проблема и требует международного решения. Если взять распределение количества выкатываний за пределы ВПП по этапам полета, то окажется, что на посадке количество выкатываний значительно выше, чем на взлете. Если угроза выкатывания за пределы ВПП имеется в каждом случае приземления, то на взлете она существует только в случае прерванного взлета, так как RTO является нерасчетным маневром. За последние годы в связи с ростом интенсивности воздушного движения возрастает и количество случаев прерванного взлета, каждый из которых может привести к инциденту или летному происшествию. Имеется, по меньшей мере, три направления, позволяющих значительно уменьшить риск RTO: 1) доступная информация о влиянии загрязнений ВПП на летные характеристики самолета, 2) обучение и 3) специальные технические системы.
В августе 1989 г. грузовой Fokker F-28 потерял путевое управление во время взлета в Сан Карлос де Барилоче, Аргентина. Взлет был прерван, однако самолет выкатился за пределы ВПП. Судя по сообщениям, ВПП была загрязнена слякотью и снегом.
Этот случай показывает, что загрязненные ВПП по-прежнему вызывают затруднения, как на взлете, так и на посадке. Каждой зимой экипажи самолетов сталкиваются с проблемами некачественного удаления загрязнений, недостатка своевременных и точных сообщений о состоянии ВПП, а также данных о летных характеристиках при эксплуатации загрязненных ВПП. Хотя основное внимание было сосредоточено на этапе посадки, ситуация в случае прерванного взлета аналогична из-за снижения коэффициента трения самолетных пневматиков вследствие загрязнения ВПП.
В июле 1988 г. при выполнении взлета самолетом Б-747 компании Эр Франс в Дели с взлетным весом, близким максимальному, на разбеге сработала сигнализация «пожар двигателя №4». Сигнал поступил через 2,5 с после отсчета КВС "V1". Второй пилот, выполнявший пилотирование, заметив, что рука КВС потянулась к РУД, прекратил взлет. Максимальная скорость при этом составила 172 узла (при V1=156 узлов). Самолет выкатился за 1000-футовую полосу безопасности, повредив при этом шасси. Если бы второй пилот понимал всю значимость скорости принятия решения, он не стал бы прекращать взлет на скорости выше, чем отсчитанная V1.
Этот случай также указывает на то, что существенное количество авиационных происшествий, связанных с RTO, явилось результатом начала действий пилотов по прекращению взлета на скоростях, превышающих максимально допустимую безопасную скорость прекращения взлета. Это обусловлено отсутствием единого понимания критических скоростей взлета, которое должно быть устранено в ходе обучения летных экипажей и персонала авиакомпаний с учетом сертификационных критериев для самолетов транспортной категории. В начале 1990-х годов промышленность и правительство в целях сокращения авиационных происшествий, связанных с RTO, разработали Методическое пособие по безопасному взлету, улучшающее знания экипажа в части пилотирования ВС на взлете. Однако не все эксплуатанты включили элементы Методического пособия в свои программы обучения. Понимание основных требований, применяемых при сертификации, существенно помогает экипажам самолетов в принятии решения. Кроме того, углубленное понимание сертификационных требований помогает и учебным отделам в совершенствовании летных процедур.
В январе 2000 г. аэробус А310 компании Kenya Airways потерпел катастрофу на взлете с ВПП 21 в Абиджане. Длина разбега превысила нормальную, и самолету не хватило запаса высоты для преодоления препятствия (волнолома) на удалении 500 м от конца ВПП. Самолет не сумел набрать высоту и столкнулся с водной поверхностью в одной миле от берега в темноте.
В качестве потенциального средства, позволяющего избежать подобные авиационные происшествия, существует технология, которая могла бы использоваться при разработке системы контроля взлета с целью оказания помощи пилотам в принятии решения «взлетаем/прекращаем взлет». В 1994 г. Национальный комитет по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) опубликовал статью, посвященную исследованиям в области развития системы контроля летных характеристик взлета (TOPMS). Это программное обеспечение и система аппаратных средств, которая визуально показывает положение самолета на ВПП, ускорение, режим работы двигателей и другую информацию, необходимую для контроля обстановки. Альтернативная ей аварийная аудиосистема может быть предпочтительнее, так как позволяет пилоту при контроле процесса взлета «смотреть на дорогу». Система этого типа, с экономической точки зрения более реальная, сократила бы время реакции пилота. Для самолетов, находящихся в эксплуатации, использование маркеров «скорости взлета» могло бы обеспечить необходимую информацию о характеристиках ускорения самолета по сравнению с рассчитанными величинами.
В ноябре 1992 г. аргентинский B-737 а/к Aerolineas выкатился за пределы ВПП после прерванного взлета. Аварийное прекращение взлета было начато из-за вялого ускорения на разбеге в результате разрушения двух покрышек основных опор шасси. Если бы экипаж имел в распоряжении набор прогнозируемых скоростей взлета, пилоты смогли бы обнаружить вялое ускорение на более раннем этапе разбега.
При анализе базы данных NTSB по авиационным происшествиям автором было найдено 47 сообщений о прерванных взлетах в регулярной эксплуатации в США, начиная с 1990 года. Из них 15 закончились выкатыванием за пределы ВПП, в результате чего два самолета были разрушены, четыре получили значительные повреждения, семь самолетов получили незначительные повреждения и два – не пострадали. В связи с существенным увеличением количества взлетов за последние 15 лет, казалось бы, цели Методического пособия по безопасному взлету были в значительной степени достигнуты. Однако, авиационные происшествия, связанные с RTO, продолжаются. Данные об авиационных происшествиях и инцидентах свидетельствуют о том, что их причинами являются скользкие ВПП, сложность принятия решения летным экипажем и недостатки систем контроля взлета.
Если наличие загрязнений на ВПП типа слоя воды, слякоти, снега или льда может повлиять на динамику поведения самолета (ускорение до скорости взлета и торможение до остановки), взлет должен быть прерван.
16 марта 2003 года самолет Embraer EMB-120 получил небольшие повреждения на разбеге, когда его вынесло на левую сторону ВПП длиной 7802 фута. Руководитель полетов сообщил, что во время инцидента ВПП была покрыта слоем снега толщиной 1 – 1,5 дюйма и слоем слякоти толщиной более 0,25 дюйма. Вскоре после начала разбега самолет начало уводить влево от осевой линии ВПП. При попытке восстановить управление экипаж использовал дифференциальное торможение и руль направления, но самолет продолжало сносить влево. Прекращение взлета было начато после того, как левая основная стойка шасси вышла на грунт сбоку ВПП. NTSB определил вероятную причину этого инцидента как невозможность сохранить путевое управление при наличии таких факторов, как снег и слякоть на ВПП. Этого инцидента, связанного с RTO, можно бы было избежать, если бы ВПП была очищена или если бы экипаж имел ясное представление о характере загрязнения ВПП, из которого следовало, что ему необходимо отложить взлет.
20 декабря 1995 года Боинг B-747 получил серьезные повреждения вследствие прерванного взлета в международном аэропорту Джона Ф. Кеннеди. В течение порядка полутора часов до авиационного происшествия производилась очистка ВПП от снега и обработка реагентами, но отдельные части ВПП все еще были покрыты снегом. Вскоре после начала разбега самолет начало сносить влево от осевой линии ВПП. Для восстановления были использованы руль направления и управление носовым колесом, но когда стало очевидным, что отклонение самолета влево предотвратить не удается, взлет был прерван. Несмотря на максимальное торможение, самолет вынесло на левую сторону ВПП, в этот момент произошел удар двигателя № 4 о бетонную конструкцию с отрывом пилона от крыла. Основная правая и носовая стойки шасси разрушились прежде, чем самолет остановился. Имели место одно серьезное и 16 незначительных телесных повреждений пассажиров. NTSB определил вероятную причину этого авиационного происшествия как невозможность своевременного прекращения взлета. Сопутствующие факторы затрудняли использование управления Б-747 на скользкой ВПП. Уровень подготовки экипажа самолета не может повлиять на коэффициент сцепления ВПП, но в то же время, техническое обслуживание ВПП, точная информация о ее состоянии и изменении летных характеристик самолета, связанных с состоянием ВПП, могли бы предотвратить это авиационное происшествие.
Transport Canada опросил 3450 канадских пилотов, как они используют материалы руководства по эксплуатации на скользких ВПП. Отзывы были получены от 393. Приводим некоторые выдержки из отчета TP 13941E, составленного с учетом опроса:
- большинство пилотов знают материал руководства по действиям на скользких ВПП;
- большинство из них используют материалы руководства для определения посадочных дистанций и допустимого бокового ветра при маневрах на скользких ВПП;
- многие пилоты выявляют недостатки материалов руководства при определении дистанций, необходимых для торможения до полной остановки и корректирования V1/VR;
- используемый формат материала руководства делает его запутанным и неудобным в использовании. Материал должен быть представлен в виде простых, удобных в работе диаграмм для каждого типа самолета;
- достоверность информации о качестве сцепления ВПП колеблется в зависимости от аэропорта, при этом более точная информация поступает из крупных аэропортов;
- данные о значении коэффициента сцепления должны чаще обновляться, особенно в маленьких аэропортах, устаревшие данные необходимо удалять. Требуют совершенствования методы быстрого распространения информации и оповещения пилотов о низком коэффициенте трения, возможно посредством использования автоматической информационной службы эксплуатации (ATIS);
- более 20% пилотов больших реактивных самолетов не обучаются порядку использования информации о коэффициенте сцепления ВПП. 20% пилотов, прошедших обучение, отмечали, что обучение использованию информации о коэффициенте сцепления на ВПП было неудовлетворительным. Многие отмечали, что материал был представлен в сильно усложненном формате, который невозможно охватить за короткое время обучения;
- несмотря на небольшое за последние годы количество авиационных происшествий, связанных со скользкими ВПП, пилоты сообщают о частых случаях значительного снижения динамики торможения, боковом скольжении из-за бокового ветра, невозможности остановки самолета в пределах ВПП.
Дополнительно в отчете TP 13941E описывается техника приземления и оценка посадочных дистанций, основанные на данных о значении коэффициента сцепления ВПП. В отчете также отмечено, что ограничение взлетного веса не носило массовый характер. Это неудивительно, ввиду недостатка у пилотов информации о летных характеристиках самолета при выполнении взлета с загрязненных ВПП.
Рекомендательный циркуляр по безопасности в условиях зимней эксплуатации федеральной авиационной администрации Соединенных Штатов (FAA) гласит: «Снег, лед и слякоть должны быть удалены настолько быстро, насколько позволяет время обслуживания ВПП и высокоскоростных РД и степень соответствия рулежных дорожек состоянию «не хуже, чем влажная». Поверхностное трение может быть улучшено с помощью абразивного покрытия, когда при неблагоприятных условиях предотвращается загрязнение и полностью удаляются снег, лед и слякоть».
В зимних условиях для эксплуатантов аэропортов эта задача является сложной. Кроме того, взлет с хорошо очищенной ВПП лучше, чем выкатывание за ее пределы из-за воздействия реактивной струи. Пилоты авиалиний приводили примеры, когда концевая полоса торможения не была очищена также тщательно, как посадочная зона. Вследствие наличия потенциальной возможности прекращения взлета, особый акцент должен быть сделан на эксплуатационное содержание всей ВПП, включая КПБ.
Среди эксплуатантов аэропортов нет единого мнения о составе данных в РЛЭ по летным характеристикам самолетов транспортной категории для расчетов в условиях влажных или загрязненных ВПП. Фактически, для самолетов, конструкции которых были одобрены (сертифицированы) по FAR-25 до марта 1998 г. (поправка 92), требовалось только определить дистанцию прерванного взлета на сухой ВПП. Согласно FAR, для таких самолетов расчеты в условиях влажных ВПП не были обязательными. Однако некоторые изготовители добровольно включали расчеты для влажных ВПП, как расчеты в специальных условиях. К самолетам, типовые конструкции которых были сертифицированы после введения поправки 92, предъявлялось требование о наличии данных о летных характеристиках ВС на влажной ВПП. Но в расчеты не включалось загрязнение ВПП (т.е. снег, слякоть, лед).
Европейское агентство безопасности полетов (EASA) опередило FAA в этом отношении. Инструкция по сертификации CS 25.1591 обязывает изготовителя предоставлять эксплуатантам материалы для разработки процедур, которыми могли бы руководствоваться летные экипажи при действиях на загрязненной ВПП. Кроме того, JAR - OPS 1.485 требует от эксплуатанта гарантию того, что данные о летных характеристиках, представленных в РЛЭ, будут использоваться в расчетах взлетов и посадок на загрязненные ВПП. Интересно отметить, что в руководства по летной эксплуатации самолета, сертифицированного по EASA CS-25, должны быть включены материалы по взлету с влажной и загрязненной ВПП, но это требование не распространяется на тот же самый самолет, сертифицированный по FAR-25. Такой материал должен быть доступен всем пилотам.
Если удаление загрязнения с ВПП невозможно, необходима оценка фактического коэффициента трения. Для его определения используются две характеристики: состояние поверхности ВПП и влияние на коэффициент торможения самолета. Обе эти характеристики уже более 40 лет являются предметом исследования.
Из отчета TP 13941E следует, что пилоты отмечают необходимость улучшения сообщений о состоянии поверхности ВПП. Эта проблема нашла отражение на третьем Международном совещании по эксплуатации самолетов на загрязненных ВПП (IMAPCR 04), но вопрос о ее решении не обсуждался. В США информация о состоянии ВПП аэропорта передается через систему уведомлений авиакомпаний (NOTAM), как и предусмотрено руководящими документами аэропортов, сертифицированных для коммерческой авиации. Правила обязывают держателей сертификата аэропорта собирать и распространять информацию о состоянии ВПП аэропорта, но не определяют ее формат или время выпуска. Информация, содержащаяся в рекомендательном циркуляре (AC) 150/5200-28, NOTAM для эксплуатантов аэропортов, опять таки, имеет сложный формат, и интервал времени выпуска не указан. Процесс выпуска NOTAM не позволяет быстро распространять информацию о состоянии ВПП, которая необходима во время быстрого изменения условий.
Другими используемыми системами являются уведомление авиакомпаний о наличии льда, снега на ВПП (SNOTAM) и европейская сеть метеорологической оперативной электросвязи (MOTNE). SNOTAM выпускается каждый день и действителен в течение 24 часов, при условии, что новый SNOTAM будет выпущен, если произойдут существенные изменения. SNOTAM о специфическом состоянии ВПП включает в себя информацию о длине и ширине очищенной зоны ВПП, загрязнениях, наблюдаемых на каждой трети ВПП, их средней глубине, значениях коэффициента трения на каждой трети ВПП и типе измеряющего устройства, критических снежных заносах, невидимых огнях ВПП, планировании технического обслуживания ВПП и ожидаемом времени его завершения, времени дальнейших наблюдений или времени измерений, объяснение причин. Необходимо использовать определенный формат составления SNOTAM, но выпускаться он может непоследовательно. Некоторую, включенную в SNOTAM информацию, не включают в радиопередачу автоматического терминала информационной службы эксплуатации (ATIS).
MOTNE – это код из восьми цифр добавленный в конец METAR (кодовая форма для передачи регулярных метеорологических сводок). Цифры описывают ВПП, тип осадков, зону охвата, глубину и условия торможения. Так как эта информация добавляется в конец METAR, она должна обновляться ежечасно, и может дополнять радиопередачу ATIS. Определение коэффициента сцепления осуществляется путем нахождения его среднего значения из измеренных на каждой трети ВПП. Усреднение говорит о том, что коэффициент трения для всей ВПП имеет большее значение, чем коэффициент трения, измеренный на одной трети ВПП. Сокращенная форма SNOTAM, закодированная в формате MOTNE и добавленная в конец METAR и ATIS является одним из решений. Для выполнения необходимых наблюдений, проведения измерений, включаемых в сообщения, нужен обученный персонал. Необходимо сообщать, по крайней мере, следующие данные: 1) код ВПП, 2) дату и время наблюдения, 3) загрязнения на каждой трети ВПП, 4) значение глубины для каждой трети, 5) значение коэффициента трения на каждой трети ВПП, 6) время следующего технического обслуживания и 7) время следующего наблюдения/измерения.
В Международной ассоциации линейных пилотов (ALPA) есть программа, позволяющая улучшить уровень знаний по зимней эксплуатации аэропорта. Программа представительств по аэропортовым связям (ALR) находит добровольцев среди пилотов, желающих наладить взаимодействие с аэропортом, поддерживать диалог с эксплуатантами и участвовать в аэропортовых встречах. Многие представители ALR перед началом зимней эксплуатации проводят брифинги в авиакомпаниях и участвуют в работе аэропортовых «снежных комитетов».
Если информация, содержащаяся в отчете, не точна, способ ее представления не имеет значения. В настоящее время продолжается исследование способов измерения коэффициента трения ВПП. В январе 1996 года, после авиакатастрофы в Драйден, была введена в действие программа измерения коэффициента трения в зимнее время (JWRFMP). Цель JWRFMP - изучение методов измерения трения и определение международного индекса трения ВПП (IRFI), который был бы связан с летными характеристиками самолета и использовался бы во всем мире.
Исследование и результаты анализа JWRFMP 2003 позволяют сделать следующие выводы. Исследование измерения коэффициента трения на международном уровне показало, что механизмы для его измерения и результаты измерений различаются для одной и той же поверхности. Различия прослеживаются как среди измерений, выполненных с помощью подобных измерительных устройств, так и среди измерений, выполненных с помощью различных устройств. Результаты показали, что в зависимости от применяемого устройства, среднее различие между измерениями коэффициента трения составляет 0,18. Например, одно устройство может выдать значение коэффициента трения 0,40, в то время как другое устройство той же конструкции выдает значение 0,22. Таким образом, различия в показаниях для одной и той же поверхности составляют 45%. При использовании зависимости между коэффициентом трения и эффективностью торможения, можно проследить, как при таких различиях показаний эффективность торможения, соответствовавшая оценке «отлично» внезапно ухудшается при неизменном состоянии поверхности. Поэтому фактическое значение коэффициента трения – это коэффициент, измеренный с учетом инструментальной поправки.
Измерение коэффициента трения нуждается в изучении и возможно IRFI удастся пролить свет на эту проблему. Согласно действующему международному стандарту ASTM E2100-04 «роль IRFI состоит в том, чтобы определить единый международный коэффициент трения, используемый для стандартизации производства оборудования для измерения коэффициентов трения на рабочей площади аэропорта в зимнее время». Данные, полученные JWRFMP, использовались для разработки этого стандарта. Однако международный стандарт ASTM, связывающий IRFI с эффективностью торможения самолета, находится в настоящее время в стадии совершенствования.
Взаимосвязь состояния ВПП с эксплуатационными характеристиками самолета доказывает сложность поставленной задачи и является одним из предметов исследования JWRFMP и канадского национального исследовательского совета (NRC). Канадский коэффициент трения ВПП (CRFI) был введен на основании индекса Джеймса Брэйка (JBI). NRC провел испытания с использованием Dash 8 и Falcon 20, чтобы связать CRFI с посадочными характеристиками самолета. В результате испытаний были составлены таблицы CRFI, которые в настоящее время представленные в канадских информационных аэронавигационных сборниках (AIP). В этих, используемых летными экипажами, таблицах представлены зависимости рекомендуемых посадочных дистанций от CRFI. Благодаря этим таблицам у летных экипажей теперь есть информация, позволяющая при эксплуатации принимать решения в реальном времени. Также необходимо отметить, что значение коэффициента трения на участке ВПП не соответствует значению коэффициента трения для всей ВПП. Усреднение значений коэффициентов трения, измеренных на первой, средней и последней третях ВПП, может быть причиной ложной оценки безопасности. Поэтому необходимо измерять и указывать в отчетах коэффициент трения на всей ВПП и на каждой ее трети.
Из-за проблем с измерением коэффициента трения ВПП и субъективностью сообщений о характере торможения, необходима альтернатива, связывающая летные характеристики самолета с типом и глубиной загрязнений ВПП. Для каждого типа самолета необходимо провести испытания на ускорение – торможение на различных типах поверхности для определения коэффициента торможения ВС и последствий столкновения и смещения при торможении в зависимости от типа и глубины загрязнения ВПП. Одним из возможных источников этих данных является программа оценки качества полета (FOQA), существующая во многих авиакомпаниях. В консультативном циркуляре FAA AC 120-82 описана программа FOQA, систематизирующая и анализирующая данные, полученные с бортовых цифровых информационных каналов и аналоговых датчиков. Такое использование данных FOQA является еще одной причиной продолжения распределения данных FOQA среди всех участников.
Небольшое количество выкатываний ВС при RTO в сравнении с выкатываниями при посадке могут навести на мысль о том, что маневр RTO связан с меньшим риском, чем приземление ВС. За каждым взлетом должно следовать приземление, но далеко не каждый взлет заканчивается RTO. Прерванные взлеты являются редкими событиями по сравнению с общим количеством взлетов, совершаемых в мире ежегодно. RTO на загрязненной ВПП – маловероятное событие, но, как показывает существующая практика эксплуатации, в случае ограниченной длины ВПП возникновение АП и инцидентов весьма вероятно. У экипажа обязательно должно быть руководство, описывающее влияние загрязнений ВПП на взлетные характеристики самолета, что дает возможность принять обоснованное решение о пригодности данной ВПП для безопасного взлета ВС.
Кроме того, в системный подход к устранению инцидентов, связанных с выкатыванием ВС при RTO, необходимо включать особенности проектирования аэродрома. Каждая ВПП, используемая для коммерческих полетов, должна иметь соответствующие полосы безопасности (КПБ). Рассмотрим случай выкатывания при посадке 358 рейса Air France 3 августа 2005 года в аэропорту Торонто. Наличие RSA и использование аэродромных тормозных систем (EMAS) могло бы предотвратить полное разрушение аэробуса А-310. Также RSA могла бы обеспечить более удобный доступ пожарных команд к самолету. Факт того, что все пострадавшие остались живы, является большой удачей, но неизвестно к каким последствиям может привести подобный инцидент в будущем.
Что же можно сделать сейчас? Установить и поддерживать взаимодействие между авиакомпаниями, аэропортами и пилотами, направленное на внедрение передовой практики эксплуатации аэропортов в условиях загрязненных ВПП. Обеспечить пилотов руководством для оценки характеристик взлета и посадки на загрязненных ВПП. Наладить сотрудничество в области безопасности между аэропортами, авиакомпаниями и пилотами. Продолжить исследование по совершенствованию международного индекса трения ВПП и распространить его повсеместно. Пока не будут разработаны надежные методы для измерения поверхностного трения и связь полученных значений с взлетными характеристиками ВС, сотрудники аэропорта должны согласиться с тем, что тщательное удаление загрязнений ВПП зимой является необходимой мерой, которая должна быть предпринята для безопасной эксплуатации аэропорта. Такое сотрудничество всех заинтересованных лиц улучшит эксплуатацию аэропорта при наличии загрязненных ВПП.
Принятие решения летным экипажем
8 июля 1996 года Боинг В-737 получил незначительные повреждения и один пассажир серьезно пострадал после пробега до конца ВПП 20С в аэропорту Метрополитен (Нэшвил) после совершения маневра RTO. В ходе расследования было установлено, что в двигатель № 1 попала птица весом 4 унции. Данные бортового самописца (FDR) и кабинного магнитофона (CVR) показали, что скорость V1 была отсчитана при достижении 142 узлов, одной секундой позже раздался громкий звук удара. Самолет начал отклоняться от курса влево. Через секунду после звука удара на скорости 150 узлов слышна команда: «Подъем». Прерванный взлет был начат при достижении пика скорости 153 узла. Как только самолет был остановлен, возник пожар колес, который был быстро погашен пожарным расчетом, но это произошло после того, как экипаж начал эвакуацию пассажиров без команды командира. NTSB определил вероятную причину этого инцидента, как начало маневра RTO на скорости больше V1.
12 мая 1994 года Saab SF340B получил незначительные повреждения после прерванного взлета на ВПП 22 в региональном аэропорту Texarkana в Арканзасе. На скорости около 95 узлов сработала предупреждающая сигнализация, побудившая второго пилота скомандовать: «Конфигурация, прекращаем». Командир тут же начал прекращение взлета, но ему было трудно перевести РУД в положение «малый газ». Экипаж не был уверен, включился ли реверс винта. Самолет пробежал еще 250 футов после торца ВПП, несмотря на максимальное использование торможения. В ходе расследования было выявлено, что защелки РУД были в поднятом положении, и не давали перевести РУД в крайнее заднее положение (реверс винта). Причиной срабатывания сигнализации было не доведение правого РУД в крайнее переднее положение. Крайнее переднее положение РУД на взлете фиксируется микровыключателем. Иногда ускорение на взлете заставляет РУД перемещаться до срабатывания микровыключателя. Это одна из особенностей SF340. Если бы второй пилот приложил небольшое усилие к РУД, сигнализация не сработала бы. Необходимо, чтобы хотя бы один член экипажа (в частности второй пилот) удерживал РУД до перехода в крайнее переднее положение на взлете. Если бы данный экипаж отработал эту операцию на тренажере, инцидента можно бы было избежать.
Чтобы принимать обоснованные решения экипаж должен быть хорошо подготовлен. В связи с этим большое значение приобретает обучение летного состава. Обучение в авиакомпании гарантирует, что летные экипажи обладают знаниями о системах самолета, стандартных процедурах эксплуатации, процедурах эксплуатации в аварийных и особых случаях и летных характеристиках самолета. Но есть и недостаточно освещенные вопросы – такие как процедуры сертификации самолета. Поскольку правила сертификации за последние годы изменились у пилотов, а также в обучающих центрах возникли неправильные представления о сертификации ВС. Методическое пособие было издано в 1990 году и, несмотря на то, что оно носило рекомендательный характер, инспекторы по эксплуатации транспортных самолетов поощряли его применение в обучающих центрах авиакомпаний. В методическое пособие включено руководство источник данных по безопасному взлету. Также разработан видеокурс. Согласно методическому пособию половина всех АП и инцидентов, связанных с RTO, имеет место при скоростях выше V1, каждое третье событие происходит на влажных или покрытых снегом и льдом ВПП, немногим более четверти событий приводят к потере тяги двигателя и почти четверть событий приводит к разрушению пневматиков колес. Констатируется, что более 80% случаев выкатывания ВС за пределы ВПП можно было бы избежать.
Каждый пилот должен знать или, по крайней мере, иметь представление о сертификационных требованиях, имеющих отношение к этапу взлета. Пилот должен четко понимать значение скорости V1 и делать предположения, используемые в расчетах летных характеристик. Пилоту необходимо знать сертификационный базис своего самолета, так как данные летных характеристик определяются правилами, по которым сертифицировался тип самолета, это не обязательно должна быть последняя версия правил. До введения поправки 25-92 V1 называлась скоростью принятия решения для взлета. Возможно, это название скорости V1 стало причиной непонимания среди пилотов, которые полагали, что эта скорость, при которой решение о прекращении - продолжении полета уже должно быть принято. Но это не так. Решение о прекращении – продолжении полета должно быть принято после достижения V1. Другими словами, не существует «момента принятия решения», для этого определен отрезок времени, начинающийся после перевода двигателей на взлетный режим и заканчивающийся достижением скорости V1.
До марта 1978 года V1 называлась «скоростью отказа критического двигателя». Она была введена для разрешения безопасного взлета при отказе двигателя на скорости V1. Дистанция прерванного взлета определялась путем разгона самолета до скорости V1, уменьшая тягу двигателя до малого газа, а затем остановки самолета. Скорость V1 определялась в тот момент, когда предположительно должен был отказать критический двигатель. Хотя инструкции требовали ограничения интервала времени для выполнения маневра RTO, но интервал времени, применяемый в отношении V1, не был точно определен. Также не были определены условия, согласно которым пилот должен принять решение о продолжении/прекращении взлета при возникновении других особых ситуаций (кроме отказа двигателя), например задымления кабины.
Поправка 25-42 к FAR-25, принятая 1 марта 1978 года, вводила понятие VEF и определяла эту скорость как скорость в момент отказа критического двигателя. Скорость V1 не может быть меньше, чем VEF + скорость, определенная между моментом отказа двигателя и моментом, в котором пилот предпринимает первое действие для остановки самолета. Согласно циркуляру AC 25-7A промежуток времени между V1 и VEF не может быть меньше одной секунды. Таким образом, скорость V1 больше не совпадает с моментом отказа двигателя. Определение дистанции прерванного взлета было изменено с введением требования об интервале времени в 2 секунды после достижения V1, в течение которого самолет продолжает разгоняться до момента, когда пилот предпримет какое-либо действие для его остановки. Для подсчета случаев RTO, причинами которых не явился отказ двигателя, было введено определение дистанции прерванного взлета ВС со всеми работающими двигателями. Посадочная дистанция ВС с одним отказавшим двигателем определяется из условия отказа двигателя на скорости меньше V1 (VEF) и продолжения взлета. При стандартных темпах увеличения скорости для реактивных самолетов это событие происходит на скорости, примерно на 5 узлов меньше V1. Отсчет скорости V1 немного раньше времени ее фактического достижения будет более безопасным, чем уверенный отсчет «V1» уже после достижения этой скорости. Один из способов – отсчитывание скорости V1 на 5 узлов раньше ее фактического достижения. Другой способ – растягивание отсчета скорости так, чтобы закончить его не позже достижения V1. Таким образом, пилоту дается время для принятия решения о прекращении или продолжении взлета.
Поправка 25-92 (20 марта 1998 года) пересмотрела требования к ускорению – торможению ВС, заменив 2 секунды, в течение которых самолет продолжал ускоряться, эквивалентным интервалом в 2 секунды, в течение которого самолет продолжал двигаться со скоростью V1. Дистанции прерванного взлета должны были выбираться, исходя из условия полностью изношенных тормозов и влажной поверхности ВПП. Также термин «Скорость принятия решения о взлете» был пересмотрен с точки зрения того, что V1 не является моментом принятия решения, но момент ее достижения совпадает с окончанием промежутка времени, отведенного для принятия решения.
V1 является максимальной скоростью, при которой может быть начат прерванный взлет, или минимальной скоростью для продолжения взлета. Если взлетный вес ВС равен максимальному, при маневре RTO на скорости больше V1 выкатывания ВС фактически не удастся избежать. Однако огромное количество взлетов совершается с весом меньше максимального. Это означает, что существует дополнительный запас длины ВПП для остановки ВС и что осуществление маневра RTO может быть более плавным. Обычно летным экипажам не предоставляется информация относительно длины КПБ, необходимой в этих случаях.
Так на сколько вес самолета должен быть меньше максимального, чтобы экипаж мог смягчить маневр RTO? У экипажа нет возможности узнать это. Поэтому независимо от длины оставшейся части ВПП после достижения самолетом скорости V1, маневр RTO должен быть проведен таким образом, как если бы вес самолета был равен максимальному для данной длины ВПП. Это особенно актуально, если коэффициент трения на конце ВПП меньше ожидаемого из-за следа от истирания резины или загрязнений.
В РЛЭ введены интервалы времени, гарантирующие достаточное количество времени для полной остановки самолета в случае прерванного взлета. За эти годы были использованы различные методы выбора интервалов времени и многие пилоты может быть полагали, что это дополнительное время необходимо для принятия решения о прекращении или продолжении взлета. Но это не так. Интервалы времени используются для применения маневра RTO самолета, не увеличивая время, отведенное для принятия решения. Распределение времени в РЛЭ является очевидным для пилотов в условиях эксплуатации.
Не каждая нештатная ситуация, произошедшая с самолетом на скорости меньше V1, закончится маневром RTO. Некоторые ситуации (например, выход из строя пневматика) неблагоприятно сказались бы на дистанции прерванного взлета при небольшом влиянии на взлетную дистанцию. Если событий, не позволяющих выполнять полет (потеря тяги двигателя, задымление кабины или проблемы с управлением), нет лучшим выходом будет продолжение взлета. Для посадки, следующей за продолжением взлета, может быть использована вся располагаемая длина ВПП. Дополнительным преимуществом является то, что самолет становится немного легче и использование закрылков на посадке увеличивает силу аэродинамического сопротивления. Для самолетов, сертифицированных после введения поправки 25-42 при отказе двигателя за 2 секунды до достижения скорости V1, может быть предпринят продолженный взлет и обеспечен набор высоты 15 футов или более от поверхности земли.
Из-за экстренного выполнения маневра RTO на скоростях, близких к V1, необходимо отрабатывать высокую организованность действий экипажа. Оба пилота должны учитывать то, что чем быстрее самолет разгоняется по ВПП, тем меньше остается времени для начала маневра RTO. В целях «классификации событий» рассматриваются высокоскоростные и низкоскоростные режимы. Хотя NTSB в специальном отчете определил граничное значение между высокоскоростным и низкоскоростным режимом в 100 узлов, некоторые эксплуатанты и изготовители используют меньшую скорость равную 80 узлам. Любая нештатная ситуация, возникшая в диапазоне низких скоростей, может быть основанием для начала маневра RTO. Но после выхода на уровень более высоких скоростей решение о прекращении взлета (связанное с большим риском) должно быть тщательно обдумано. На скорости близкой к V1 только очень опасная нештатная ситуация должна вынуждать экипаж к принятию поспешного решения о прекращении взлета, особенно, если вес самолета равен максимальному взлетному весу.
Вывод: обучение может быть улучшено с помощью анализа и совершенствования существующих обучающих программ с учетом концепций и предложений, изложенных в методическом пособии по безопасному взлету. Все коммерческие пилоты должны быть обеспечены копиями раздела 2 методического пособия «Инструкция для пилотов по безопасному взлету». В разделе 4 методического пособия приведен пример обучающей программы по безопасному взлету, которая является хорошим базовым курсом. Дополнительные учебные тематические материалы необходимо включать в программу обучения экипажей, эксплуатирующих ВС на влажных и загрязненных ВПП. Дополнительно обучающие тренажеры должны включать примеры уникальных и/или нештатных ситуаций, встречающихся на скоростях близких к V1 (кроме отказа двигателя), RTO на скользкой ВПП и последствий более раннего или позднего отсчета V1.
2 марта 1994 года McDonnell Douglas MD-80 получил незначительные повреждения в результате прерванного взлета в аэропорту Ла-Гардия в Нью-Йорке. 7 пассажиров получили небольшие травмы. В процессе взлета экипаж отметил отсутствие разгона и принял решение прервать взлет. Данные регистратора показали, что экипаж не включил обогрев ПВД. Нарастание слоя снега и/или льда на приемниках полного/статического давления привело к появлению ошибочных значений скорости. NTSB определил вероятную причину этого инцидента как не включение экипажем системы обогрева ПВД, приведшее к ошибочным показаниям скорости, что в свою очередь привело к прерванному взлету на скорости на 5 узлов больше V1. Хотя экипаж и не выполнил необходимые операции, он должен был во избежание данного инцидента контролировать фактическое значение ускорения.
Может создаться впечатление, что пилоты всегда знают длину ВПП необходимую для остановки ВС в любой точке дистанции взлета. Однако, они могут только предполагать остаток длины ВПП, исходя из значения V1. Таким образом, если самолет медленно набирает скорость вследствие неэффективной работы двигателей или загрязненной ВПП, точка, в которой скорость достигает значения V1, может располагаться дальше, чем рассчитано теоретически. Если бы в этом случае производился RTO, то оставшейся длины ВПП не хватило бы для остановки, несмотря на то, что пилот начал маневр RTO на скорости меньше V1. Пилот должен знать, соответствует ли реальная дистанция разбега для достижения скорости V1, указанной в РЛЭ. Наличие способов измерения фактического ускорения ВС вместо приблизительной его оценки (мониторинг ускорения) не является новшеством.
В 1985 году в университете Канзаса была проведена научная работа по созданию системы мониторинга взлетных характеристик (TOPMS). В дальнейшем эта система была доработана в исследовательском центре NASA в Лэнгли и в исследовательских целях установлена на борт летающей лаборатории на базе самолета Боинг- 737-100. Летные испытания системы проходили с марта 1987 г. по ноябрь 1989 г. TOPMS вычисляет и графически отображает ускорение ВС, местоположение ВС на ВПП, характеристики двигателя и другую необходимую информацию. В основном система сравнивает фактические характеристики с предполагаемыми расчетными характеристиками. Если различие между предполагаемыми и фактическими характеристиками выше определенного уровня, сигнальные флажки (бленкеры) (SAFs) уведомляют об этом пилота. Алгоритм измерения, используемый в съемных акселерометрах и независимых (автономных) инерционных средствах измерения, необходим для получения данных, используемых в вычислениях. В алгоритм включены математические модели тяги двигателя и аэродинамических характеристик.
В TOPMS включен модуль предполетной подготовки и модуль реального времени. В предполетный модуль вводится информация о центре тяжести самолета, массе, положении закрылков, барометрической высоте, ветре и температуре. Располагаемая длина ВПП также включается, хотя это не было заявлено в программе летных испытаний. Алгоритм определял необходимую зависимость степени повышения давления двигателя (EPR), V1, VR и V2 от находящихся в памяти таблиц данных РЛЭ, вычислял номинальное ускорение и определял точки на ВПП, скорость в которых достигнет значений V1 и VR. Модуль реального масштаба времени использовал измеренные величины EPR, угла отклонения РУД, положения закрылков, ускорения, путевой скорости, и приборную скорость для сравнения ее величины с расчетной. Местоположение ВС на ВПП вычислялось с помощью двойного интегрирования ускорения. В процессе послеполетного анализа было установлено, что более правильным было бы использование однократного интегрирования скорости перемещения ВС по земле. Однако в этом случае начальное положение было выбрано в рассматриваемой точке на ВПП, что невозможно при летной эксплуатации ВС.
Глобальная спутниковая система (GPS) могла бы быть источником информации о местоположении самолета. Такая возможность была рассмотрена Pinder, Crowe и Nikiforuk25 при проведении исследований системы контроля взлета на самолете British Aerospace 3112. Система GPS использовалась как единственный источник информации о движении самолета. В результате получено, что расчет точки нахождения самолета на ВПП может быть проведен с точностью, сопоставимой с длиной самолета, за время, достаточное для предупреждения экипажа о возникновении проблемы. Это согласуется с результатами испытаний NASA с использованием акселерометров с фильтрацией помех. Намного более высокая точность определения координат была получена с помощью наземных систем GPS повышенной точности, таких как Wide Area (WAAS) и Local Area (LAAS) Augmentation Systems.
Система TOPMS NASA предлагает экипажу графический интерфейс. Первоначально этот интерфейс располагался на индикаторе на приборной доске (Head-Down Display – HDD), но потом он был выведен на индикатор на лобовом стекле (Head-Up Display – HUD). Это позволяло пилотирующему летчику (PF), воспринимать информацию TOPMS, одновременно визуально оценивая обстановку на ВПП. Но не все самолеты оборудованы индикаторами на лобовом стекле. Из отчетов о летных испытаниях следует, что бленкеры предназначены не для того, чтобы исключить единоначалие командира, а для того, чтобы оценить вспомогательную информацию для выявления или подтверждения наличия проблемы и быстрого принятия ответного решения. Это потенциальный недостаток системы. Если проблема возникает на скорости близкой к V1, то после того, как экипаж увидит информацию на дисплее и среагирует, скорость ВС уже превысит V1.
Подобная проблема существует для самолетов, оборудованных системой оповещения экипажа (ECAMS или EICAS), выводящих сообщения на дисплей. Для прочтения сообщения, его осмысления и начала ответных действий экипажу необходимо время. Запрет вывода на экран всех сообщений, кроме самых важных, на этапе взлета помогает избежать этой проблемы. Пилотирующий летчик на взлете должен следить за движением самолета для сохранения направления движения и во избежание столкновений. Контролирующий пилот распределяет свое внимание между визуальной информацией вне и внутри кабины. Одним из сенсорных сигналов, который может быть использован экипажем, является звуковая информация. Звуковое предупреждение о пожаре может означать только одно – пожар двигателя. Экипажу не нужно ни на что смотреть, чтобы обнаружить пожар двигателя. Точно такая же звуковая сигнализация, сообщающая о невысоких темпах ускорения, отказе какой-либо системы, типа самопроизвольного включения реверса тяги, и предлагающая прерванный взлет, сократила бы время реакции пилота. Но необходимо подчеркнуть, что окончательное решение о прекращении взлета остается за командиром ВС.
Что делать с самолетами старшего поколения, которые не оборудованы датчиками для применения TOPMS? Необходимы методы контроля ускорения. TOPMS определяет, можно ли считать фактическое ускорение самолета «нормальным» для данных условий. Инженеры по эксплуатации строят график минимального ускорения, необходимого для обеспечения безопасного взлета для данной длины ВПП, температуры, высоты по давлению и веса самолета. Этот график можно использовать для подсчета максимального времени между указанными скоростями. Например, от 40 до 100 узлов с корректировкой по уклону и загрязнению ВПП и ветру. Во время взлета экипаж включил бы часы на скорости 40 узлов и подтвердил, что время, прошедшее до момента достижения скорости 100 узлов, меньше максимального. Конечно, этот метод нельзя бы было использовать, если бы в системе данных самолета была ошибка. Однако это, в основном, обеспечило бы проверку ускорения самолета без применения других систем для определения ускорения.
Прерванный взлет, выполняемый на большой скорости, создает угрозу возникновения АП и инцидентов. Полностью избежать прерванных взлетов практически невозможно. Нашей целью должен быть контроль над неблагоприятными последствиями, к которым может привести прерванный взлет. Это выходит за рамки статистических и методических представлений, изложенных в методическом пособии по безопасному взлету. Средства, с помощью которых можно снизить риск возникновения АП при RTO, следующие:
- своевременное и полное удаление зимних загрязнений с ВПП до состояния «не хуже, чем влажная»;
- обеспечение экипажа своевременной, точной и стандартизованной информацией о состоянии ВПП;
- продолжение исследований по совершенствованию измерений сцепления ВПП и его взаимосвязи с коэффициентом торможения ВС;
- экипажи всех рейсов должны иметь доступ к оперативной информации о летных характеристиках влажной или загрязненной ВПП;
- улучшение обучения экипажей посредством использования методического пособия по безопасному взлету и включения в обучение на тренажерах примеров уникальных и/или сложных ситуаций, которые могут возникнуть на скорости близкой к V1. В программу пилотирования на тренажере также необходимо включить прерванный взлет на сухой и скользкой ВПП при различных массах самолета, включая максимальную взлетную массу;
- применение системы мониторинга взлета или разработка методики контроля ускорения;
оборудование всех ВПП концевыми полосами безопасности и/или системами торможения ВС.
Сокращенный вариант доклада на 58-м семинаре Всемирного фонда безопасности полетов (FSF), Международной ассоциации воздушного транспорта (ИАТА) и Международной федерации летной годности (ИФА), Москва, ноябрь 2005
Перевод к.т.н. М.А. Ерусалимский, Е.В. Филиппова (МАК)