Отчего падают самолеты при уходе на второй круг

А.Тяппо
Александр Тяппо,
старший преподаватель Белорусской государственной академии авиации
старший преподаватель Белорусской государственной академии авиации,  окончил Ордена Ленина Академию гражданской авиации (ныне Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации),  штурман гражданской авиации, летный стаж 25 лет

Download PDFСкачать статью в формате PDF

Эта статья представлена на сайте в виде отдельно-скачиваемого файла в формате PDF. Нажмите на эту ссылку чтобы скачать файл на свой компьютер.

В марте 2016 года произошла авиакатастрофа в Ростове-на-Дону при уходе на второй круг в сильный дождь. Точно такие же условия были в Сочи в мае 2006 года, когда армянский борт во время ливня уходил на второй круг. Ниже привожу описания ряда авиакатастроф, произошедших в мире в аналогичных условиях и по тем же причинам. Вот их неполный перечень.

В аэропорту Тайпей (Тайвань) 10 октября 1997г. потерпел катастрофу при уходе на второй круг в условиях сильного ливня самолет ВВС США Локхид-130 «Геркулес».

В аэропорту Surat Thani (Таиланд) 11 декабря 1998г. при уходе на второй круг в условиях сильных ливневых осадков потерял пространственное положение и упал А-310 таиландской авиакомпании Thai Airways International.

Воздушное судно British Aerospas (BA-146-100) авиакомпании Air Botswana заходило на посадку в аэропорту Hwange (Зимбабве) 10 марта 1998г. При заходе на посадку на высоте 750 футов самолет попал в область ливневых осадков. Несмотря на то, что командир корабля установил взлетный режим, воздушное судно продолжало снижаться со скоростью 2400 футов в минуту. Затем произошло столкновение с верхушками деревьев, к счастью, в этот момент самолет смог уйти на второй круг. В дальнейшем воздушное судно благополучно село.

Воздушное судно Twin Otter, принадлежащее непальской компании Yeti Airlines, 21 июня 2006г. выполняло регулярный рейс. При заходе на посадку в аэропорту Jumla при уходе на второй круг в условиях дождя самолет потерял скорость и упал.

В Таиланде 17 сентября 2007г. при посадке потерпел катастрофу пассажирский самолет авиакомпании «Уан-ту-гоу», выполнявший внутренний рейс из Бангкока на курортный остров Пхукет. Авиалайнер «Макдонелл Дуглас» МД-82 сошел с взлетно-посадочной полосы, раскололся на две части и загорелся. На борту были 123 пассажира и семь членов экипажа. К вечеру таиландские власти сообщили, что 42 человека спасены, 74 человека погибли, 14 числятся пропавшими без вести. Катастрофа произошла в сложных метеоусловиях – над Пхукетом накануне шел дождь и дул сильный ветер. Когда пилот попытался приземлиться, видимость была слабой. Он решил пойти на второй круг, но самолет потерял равновесие и упал.

Четырехдвигательный реактивный самолет-заправщик Boeing KC13SE Министерства обороны США 13 января 2009г. выполнял заход на посадку на аэродром Gellenkirchen (Германия). При посадке, в связи с занятостью полосы начал уход на второй круг в условиях дождя, при этом резко потерял скорость, свалился и потерпел катастрофу.
23.07.2014 на Тайване разбился самолет компании TransAsia Airways при уходе на второй круг в условиях ливневых осадков. Все 50 человек, находившихся на борту, погибли.
В авиакатастрофе, которая произошла в Канаде 29 марта 2016 года, при заходе на посадку в условиях тумана и ледяного дождя разбился частный самолет Mitsubishi MU-2B-60. Погибли все, находившиеся на борту, в том числе бывший министр транспорта Канады.

В чем причина этих авиакатастроф? В статье я даю свою версию. Более того, нахожу связь приведенных выше авиакатастроф с катастрофой польского лайнера возле Смоленска в апреле 2010 года, в Донецке в феврале 2013 года и в Казани в ноябре 2013 года.
Все эти авиакатастрофы объединяет одно: уход на второй круг во время сильного дождя или тумана при температуре около нуля градусов. При этом происходит резкое падение скорости с последующим падением самолета.
Очень сжато и образно о том, как это происходит, рассказал один из выживших пилотов Ан-24, разбившегося в Донецке в феврале 2013 года. По его словам, они «начали уходить на второй круг, а самолет потерял скорость и упал». 

В случае падения самолетов при уходе на второй круг возникают различные моменты, представляющие собой систему со многими неизвестными. Например, при полете на эшелонах топливо очень охлаждается, так как температура окружающего воздуха минус 40 — минус 60 градусов. Соответственно, на переохлажденном крыле при плюсовых температурах будет наблюдаться повышенная конденсация. Мною были проведены исследования и доказано, что основная масса воды с поверхности крыла удаляется за счет испарения, и лишь незначительная часть – путем сдувания. На основании этого мною теоретически были построены графики этого процесса, которые полностью совпадают с графиками, полученными практическим путем и приведенными – без объяснений – в книге «Безопасность полетов в условиях опасных внешних воздействий» под ред. В.А.Касьянова (4).

На сегодняшний день нет четкого единого мнения, от чего происходит падение скорости. Как правило, причиной называют неграмотные действия экипажа. В научной литературе встречается версия о кинетическом воздействии капель дождя. В своей статье я доказываю несостоятельность последней версии и выдвигаю свою. 

Все катастрофы, описанные в статье, связаны с человеческим фактором. Но причины – не плохая подготовка летного состава, а природные условия, которые, при определенных обстоятельствах, приводят к катастрофическим последствиям. Причинам трагически складывающихся обстоятельств, о которых до сих пор ничего не было известно, и методам успешного выхода из них и посвящена эта статья.

Все данные об авиакатастрофах и природных условиях, при которых они происходили, взяты автором из СМИ и Интернета.

Главная цель, ради которой написана статья – предотвратить подобные авиакатастрофы, приводящие к огромным человеческим жертвам, в будущем.

Одним из важнейших показателей в авиационной отрасли является безопасность полетов. На заре авиационной эры основной причиной аварийности была ненадежность техники. На сегодняшний день основной причиной аварийности в авиации является человеческий фактор. Зачастую он неразрывно связан с природными внешними воздействиями, создающими опасные ситуации. При этих ситуациях возникающий дефицит времени или неполнота информации (текущей или связанной со слабой изученностью возникшей ситуации в теоретическом плане) создают дополнительные причины, приводящие к авиационному происшествию. Поэтому, чем глубже будут изучены процессы неблагоприятных внешних воздействий на деятельность авиации, тем успешнее будет борьба с ними.

Много случаев авиационных происшествий в условиях ливневых осадков наводит на мысль, что эта область, представляющая большую опасность деятельности авиации, незаслуженно мало изучена. Высказывались попытки объяснить это явление кинетическим воздействием падающих капель, но расчеты показывают, что это воздействие незначительно. Действительно, в формуле

n1-1плотность воздуха – 1,3 кг/м3,

плотность водной среды в капельном состоянии – около    2·10­­ -3 кг/м3.

Следовательно, вклад в общее лобовое сопротивление пренебрежительно мал. Расчет по величине кинетического воздействия водяных капель на воздушное судно дает ту же величину – около 30-50 кГС – на такой самолет, как Ту-154. За подсказкой обратимся к природе. В дождь, как известно, обычные птицы не летают, а, если и случается – видно, что частота махов крыла при этом значительно возрастает. А водоплавающие птицы летают в любую погоду. Если бы невозможность полета птицы обуславливалась кинетическим воздействием водяных капель, то летать в дождь не могли бы любые птицы. Известно, что железы водоплавающих птиц вырабатывают жир, благодаря чему вода с крыльев скатывается, не увлажняя их («как с гуся вода»), и крыло водоплавающей птицы не теряет своих качеств при взлете с поверхности вод, оставаясь сухим. Резонно предположить, что причина здесь кроется в различной вязкости, возникающей между крылом и набегающим потоком. Проведенные опыты и расчеты показывают, что величина вязкости может меняться в разы и зависит как от качества обтекаемого тела, так и от свойств набегающего потока. Если одну из основных формул аэродинамики (1) представить в виде

n2

 где а – коэффициент вязкости, возникающий между поверхностью обтекаемого тела  и набегающим потоком,

то многие непонятные вопросы прояснятся.

Так, например, в литературе описывается, что современная подводная лодка может, при необходимости, выбрасывать определённое вещество, меняя тем самым свойства набегающего потока. А если впереди летящего воздушного судна изменить свойства набегающего воздушного потока, например, с помощью ионов, то величина вязкости, а, значит, и сила сопротивления, изменятся. То же самое можно сказать и о том, что вязкость может меняться, если изменить материал обтекаемого тела.

Анализ катастроф, произошедших при заходе на посадку в ливневых осадках, показывает, что большая их часть произошла в ситуациях, которые возникали в момент ухода воздушного судна на второй круг, во время выравнивания перед приземлением или в момент уборки механизации во время взлета.

Все эти ситуации объединены тем, что в этот момент возникают условия, при которых нижняя поверхность крыла подвергается повышенному воздействию ливневых осадков, причем величина осадков, попадающих на нижнюю несущую поверхность, значительно возрастает или вообще увеличивается от 0 до весьма значительных величин. Расчеты показывают, что в этих ситуациях при определенной температуре и интенсивности осадков будет образовываться водяная пленка на нижней поверхности крыла, которая значительно меняет вязкость, а, значит и сопротивление, что приводит к резкому ухудшению аэродинамических качеств.

При снижении же по глиссаде в условиях ливневых осадков имеет место незначительное ухудшение аэродинамических характеристик, которое не несет фатальных последствий, так как если и происходит образование водяной пленки, то только на отклоняемых элеронах, что приводит к ухудшению управляемости самолетом без катастрофических последствий.

Для лучшего понимания этого вопроса рассмотрим вектор движения дождевых капель при полете воздушного судна со скоростью 270 км/ч (75 м/с).

n3

На рис.1 видно, что для того, чтобы дождевые капли попали на верхнюю поверхность крыла, угол ےα должен быть больше ے β1  (ےα >  ے β1). Фактически же ے β1 > ےα. Для того, чтобы капли дождя попали на нижнюю поверхность, ےα должен быть меньше, чем ے β2.. Однако, если это и имеет место, то разница между углами α и β2 очень небольшая. Это дает основание говорить о том, что в этом случае (расчеты это подтверждают) количество дождевых капель, падающих на нижнюю поверхность, незначительно, и они не оказывают большого влияния на изменение сил сопротивления, так как в этом случае попавшие на нижнюю поверхность капли дождя «испаряются», и условий для образования водяной пленки не создается.

Отсюда можно сделать вывод, что когда величина осадков, попадающих на нижнюю поверхность крыла, превысит некую критическую величину, то дождевая вода, в этом случае, не успеет вся «испариться» и начнет образовываться водяная пленка, которая и будет оказывать такие крайне неблагоприятные воздействия, как резкое увеличение силы сопротивления и уменьшение подъемной силы.

Для доказательства этого предположения необходимо:

  1. выявить причины резкого увеличения сил сопротивления в случае образования водяной пленки,
  2. найти, теоретически рассчитать значение интенсивности осадков, при котором начнет образовываться пленка на нижней поверхности крыла,
  3. сравнить вычисленную интенсивность осадков с интенсивностью осадков, которые бывают в реальных условиях.

Теоретические расчеты с помощью математической модели позволили рассчитать рост сил сопротивления и падение подъемной силы при образовании водяной пленки на нижней поверхности крыла. Данные расчетов совпали с данными, полученными при расшифровке «черных ящиков».

Так, например, в случае ухода на второй круг А-310 3 мая 2006 года в Сочи, в момент ухода угол атаки был не менее 21°. Легко подсчитать, что в этом случае на нижнюю поверхность за счет набегающего потока попадет масса водяных капель в 6 с лишним раз больше на 1 м2 поверхности крыла, чем при этой же интенсивности осадков на 1 м2 поверхности земли. Другими словами, если интенсивность осадков в этот момент была 50 мм/ч, то условная интенсивность осадков на поверхность крыла более 300 мм/ч. Такая интенсивность (50 мм/ч) встречается на так уж редко. По данным Т.В. Валькович (3), такая интенсивность осадков отмечается в аэропортах Республики Беларусь с частотой 2-3 раза в год, причем в южных районах – еще чаще, а 24 июля 2009 г. средняя интенсивность ливневых осадков в г. Минск в течение 1 часа составила 57 мм/час, следовательно, в зарядах она была значительно выше. Зная данные по расшифровке «черных ящиков» в части, касающейся случаев, когда воздушные суда попадали в условия ливневых осадков и скорость их падала на 30-40 км/ч за время порядка 3-х секунд, легко подсчитать критическую величину интенсивности осадков. Расчеты показывают, что критическая интенсивность осадков, при которой начинает образовываться водяная пленка, – около 300 мм/ч (такая условная интенсивность при уходе на второй круг возникает при метеорологической интенсивности осадков 50 мм/ч). Изменения в ту или иную сторону от этой величины, конечно, существуют, в зависимости от скоростных характеристик воздушного судна, относительной влажности, температуры воздуха и ряда других параметров (например, насколько охлаждено крыло воздушного судна после снижения с эшелона). По-видимому, в Сочи в момент трагедии были все условия, необходимые для создания водяной пленки на нижней поверхности крыла со всеми вытекающими из этого последствиями.

Вывод: условия, способствующие созданию водяной пленки на крыле, возникают в момент ухода воздушного судна на второй круг при 100% относительной влажности в интенсивных ливневых осадках. Фактическая температура в 14°С, как правило, является той критической температурой, при которой еще могут создаваться условия для образования водяной пленки. При более высоких температурах условия для образования водяной пленки – событие практически невозможное, так как для этого требуется интенсивность осадков более 50 мм/ч, что в природе встречается крайне редко.

Исходя из приведенных данных, можно предположить, что уходы на второй круг в условиях ливневых осадков крайне опасны, и, уж если и есть необходимость в их выполнении, то методика ухода должна быть абсолютно другая: медленная уборка закрылков, разгон и лишь затем медленный перевод воздушного судна в набор высоты.

Как тут не вспомнить великого исследователя Николая Егоровича Жуковского, который не успокаивался на достигнутом и пытливо искал новых путей в науке о сопротивлении воздуха. В своей речи 5 декабря 1910 года Жуковский сказал: «Я думаю, что проблема авиации и сопротивления воздуха, несмотря на блестящие достигнутые успехи в ее разрешении, заключает в себе еще много неизвестного, и что счастлива та страна, которая имеет средства для открытия этого неизвестного». С тех пор было открыто много в части, касающейся сопротивления воздуха, но безграничны загадки природы…

Следует сказать, что эти расчеты были выполнены для среднестатистического лайнера с некоторыми допущениями. В конкретных случаях разные типы покрытия несущей поверхности, температура воздуха, степень охлаждения воздушного судна по отношению к окружающему воздуху, относительная влажность и, конечно, скоростные характеристики самолета будут вносить изменения в ту или иную сторону. Так, например, критическая ситуация, связанная с возникновением водяной пленки на крыле, будет возникать и при меньшей интенсивности осадков (менее 50 мм/ч). Расчеты показывают, что для воздушных судов класса С при температуре 5°С опасная ситуация может возникнуть при уходе на второй круг при интенсивности осадков 10 мм/ч. Не в этом ли причина катастрофы, произошедшей с самолетом бизнес-класса при заходе на посадку осенью 2009 г. в Национальном аэропорту «Минск-2»?..

При температурах около нуля катастрофическая ситуация может сложиться не только в моросящих осадках, но и в условиях густого тумана, где насыщенность воздуха влагой будет достаточна для образования водяной пленки. Такие условия будут создаваться в тумане, плотность которого ограничивает видимость до 200 м. Так, 28 декабря 2011 г. в аэропорту г. Ош (Кыргызстан) посадка самолета Ту-134 в сильном тумане и при температуре около нуля закончилась авиационным происшествием.

Аналогичная ситуация сложилась при заходе на посадку в аэропорту Алма-Аты 29 января 2013 г. – самолет СRJ-200 столкнулся с землей при попытке ухода на второй круг.

13 февраля 2013 года в Донецке Ан-24 потерпел катастрофу, которая произошла в момент ухода на второй круг при заходе на посадку в густом тумане.

В аналогичных условиях (облака, температура около нуля, что равносильно густому туману) в Казани, в ноябре 2013 года в момент ухода на второй круг при заходе на посадку потерпел катастрофу Боинг-737.

При выполнении фигур высшего пилотажа в момент выравнивания самолета создаются большие углы атаки. Если это происходит в облаке, то водяная пленка имеет шанс образоваться и при температурах несколько выше нуля градусов.

Хочется также обратить внимание на то, что, зачастую, особенно на горных аэродромах, схемы выхода предусматривают определенные градиенты набора высоты. Но если все расчеты градиентов набора для различных типов воздушных судов выполнены с учетом сухого крыла, то, очевидно, в случае ливневых осадков значения этих градиентов явно будут отклоняться в сторону уменьшения. Следовательно, в руководства по летной эксплуатации необходимо внести таблицу для пересчета максимальных градиентов набора высоты в случаях, когда воздушное судно оказывается в зоне ливневых осадков.

Исходя из всего вышеописанного, можно сделать вывод о том, что если на верхней и нижней поверхностях создать различные коэффициенты вязкости, то, не изменяя профиля крыла, можно увеличить подъемную силу. Или, покрывая веществом с соответствующим коэффициентом вязкости передние кромки крыла и фюзеляжа, добиваться уменьшения сил сопротивления. Не в этом ли кроются великолепные аэродинамические качества крыла бабочки, шмеля, птицы. Правда, следует отметить, что высокие аэродинамические качества крыла птицы обусловлены также и вогнутостью профиля его нижней поверхности, что создает увеличение подъемной силы при взмахах крыла в полете. Можно, пользуясь математической моделью, для любого материала рассчитать наиболее выгодный профиль. Полученные наработки позволяют находить коэффициенты вязкости различных веществ и в полной мере использовать наиболее приемлемые для авиации, объяснить теоретические принципы повышения аэродинамического качества крыла путем создания на крыле небольших углублений в определенных местах.  По данным зарубежной печати, именно такой способ повышения аэродинамического качества намерен использовать концерн Airbus. В руководстве ИКАО «По обеспечению безопасности» (DOC 9859) подчеркивается, что каждая опасность характеризуется тремя составляющими:

  1. вероятностью возникновения,
  2. серьезностью (степень опасности),
  3. совокупностью действий по ее устранению.

Если рассмотреть степень опасности, связанную с ливневыми осадками, опираясь на статистические данные, то можно сделать вывод о серьезных предпосылках относительно перехода особой ситуации в катастрофическую в указанных выше условиях.

Что касается третьего пункта, то есть смысл говорить о том, что эти опасные явления должны быть всесторонне изучены. Это позволит более успешно с ними бороться.

Ваш комментарий будет первым

Написать ответ

Выш Mail не будет опубликован


*


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика