Densitatea reală a aerului trebuie luată în considerare pentru a reduce riscul de împingere și ridicare degradate în decolări, aterizări, croazieră și modificări ale traseului de zbor.

de Ed Brotak 1 noiembrie 2013

foundation

Pe aug. 2, 2007, un elicopter Robinson R44 II s-a prăbușit pe terenul montan din vestul statului central Washington, S.U.A. Accidentul și incendiul ulterior au dus la moartea pilotului și a trei pasageri care se deplasau pe site-urile de exploatare forestieră. Martorii au spus că elicopterul a plecat, a urcat drept în sus și a virat la stânga. De data aceasta aeronava a intrat într-un ușor vânt de coadă. Ei au spus că, după ce a călătorit câteva sute de metri, elicopterul a început să se clatine și să scape înainte și înapoi. Apoi a coborât rapid, lovind pământul. A avut loc o explozie și elicopterul a fost imediat cuprins de flăcări.

Examinarea ulterioară a motorului și a aeronavei nu a indicat nicio anomalie care ar fi contribuit la accident, se arată în raportul final. Pilotul comercial în vârstă de 41 de ani a avut peste 2.000 de ore în elicoptere și a fost certificat ca instructor de elicopter. Nu a fost găsită nicio dovadă a afectării alcoolului sau a drogurilor. Vremea, potrivită pentru funcționarea regulilor de zbor vizuale (VFR), nu a fost un factor.

Mediul accidentului, însă, a implicat ceea ce este cunoscut sub numele de altitudine cu densitate mare.

Zona netezită a locului de exploatare forestieră de pe care a decolat elicopterul se afla la o altitudine de 1.512 m (4.961 ft). Temperatura era la acel moment peste 21 grade C (70 grade F). Altitudinea densității a fost calculată la 6.841 ft. Adică aerul era la fel de „subțire” (mai puțin dens) pe cât ar fi în mod normal la 6.841 ft. SUA. Consiliul Național pentru Siguranța Transporturilor (NTSB) a concluzionat că cauza probabilă a accidentului este „planificarea/decizia necorespunzătoare a pilotului în încercarea unei decolări în direcția vântului în condiții de altitudine cu densitate mare care a dus la pierderea controlului și impactului asupra terenului. Contribuția la accident a fost greutatea brută a elicopterului care depășea plasa maximă în afara limitei efectului la sol. " 1

Condițiile de altitudine cu densitate ridicată reprezintă un pericol pentru toate aeronavele, nu doar pentru cele mici, cu elice. Compania Boeing consideră că amenințarea este atât de importantă încât a organizat o conferință de trei zile în octombrie 2007 în colaborare cu Administrația Aviației Civile din China, cu privire la „Operațiuni înalte și fierbinți”. A folosit avioane cu mai multe motoare ca exemple. De asemenea, a subliniat efectele asupra motoarelor cu reacție, în special reducerea tracțiunii la altitudine mare (adică, peste 25.000 ft).

Subiectele prezentate în prezentări au inclus „Elevation vs. Presiunea aerului, temperatura și densitatea ”; „Tipuri de altitudine”; „Viteză aeriană, adevărat vs. Indicat "; „Clearance la distanță pentru obstacole”; și „Distanța de decolare”. 2

În pregătirea lor de bază, piloții sunt învățați că aerul „ridicat, cald și umed” poate provoca probleme de performanță pentru aeronavele lor. Cu toate acestea, numărul de accidente și aproape accidente care continuă să apară indică faptul că pericolele asociate cu altitudinea densității mari nu sunt întotdeauna bine înțelese sau pe deplin apreciate. Numeroase videoclipuri îngrozitoare de pe Internet arată piloții care se luptă să-și controleze aeronavele în condiții de altitudine cu densitate mare.

Pentru a înțelege pe deplin problema altitudinii cu densitate mare, este necesar să ne întoarcem la elementele de bază ale densității atmosferice, presiunii și altimetriei, folosind presiunea aerului ca indicator al altitudinii.

Presiunea atmosferică (măsurată cu un barometru) este pur și simplu o măsură a greutății unei coloane de aer deasupra unui punct. Cu cât este mai mult aer deasupra punctului, cu atât este mai mare presiunea. La nivelul mării, întreaga atmosferă este deasupra și presiunea este cea mai mare. Presiunea medie (medie) a nivelului mării este de 29,92 în Hg (1013 hPa). La altitudini mai mari, este mai puțin aer deasupra și presiunea scade - foarte rapid, chiar exponențial. Dacă presupunem, în mod rezonabil, că presiunea scade odată cu înălțimea la același ritm peste tot, presiunea indică altitudinea. Altimetrul standard este într-adevăr doar un barometru aneroid setat pentru a citi presiunea ca altitudine.

Dar presiunea la nivelul mării nu este întotdeauna 29,92 în Hg. Acesta variază, în principal din cauza mișcării sistemelor meteorologice de suprafață, a zonelor comune de înaltă și joasă presiune văzute pe hărțile meteo standard. Acesta este motivul pentru care piloții verifică setarea altimetrului la aeroport. Aceasta este presiunea efectivă ajustată la nivelul mediu al mării. Introducerea acestei citiri pe altimetru îi permite să calculeze altitudinea deasupra nivelului mării (ASL) comparând presiunea reală neajustată (ceea ce meteorologii numesc presiunea stației) cu presiunea ajustată a nivelului mării.

Termenul altitudine de presiune descrie acest tip de aproximare a înălțimii. Altitudinea ASL ar determina de obicei o valoare de presiune dată. De exemplu, dacă presiunea măsurată este de 28,00 în Hg, aceasta ar egala o altitudine de presiune de aproximativ 1.800 ft ASL.

Presiunea aerului este direct legată de densitatea aerului, o preocupare majoră pentru piloți. Aerul este un fluid, iar fluidele sunt compresibile. Deci densitatea aerului crește pe măsură ce crește presiunea, iar densitatea aerului este direct legată de altitudine. De exemplu, la Aeroportul Internațional Denver, 1.435 ft ASL, densitatea aerului este cu 18% mai mică comparativ cu nivelul mării. Mai în spate în Munții Stâncoși se află Aeroportul Lake County din Leadville, Colorado. La 3.026 m (9.927 ft), este cel mai înalt aeroport din America de Nord. Densitatea aerului este cu 30% mai mică comparativ cu nivelul mării. Pe Aeroportul Internațional El Alto din La Paz, Bolivia, cota este de 13.325 ft (4.061 m), iar densitatea aerului este cu 40% mai mică comparativ cu nivelul mării.

Pe lângă presiune, densitatea aerului este afectată de temperatură și umiditate (vapori de apă sau conținut de umiditate). Contrar credinței populare, aerul umed este mai puțin dens decât aerul uscat, deoarece vaporii de apă cântăresc mai puțin decât constituenții gazoși ai aerului uscat. Deci, aerul cu umiditate mai mare este puțin mai dens decât aerul mai uscat la aceeași temperatură. Cu toate acestea, diferențele de densitate a aerului datorate schimbărilor de umiditate nu sunt de obicei semnificative pentru performanța zborului.

Efectele temperaturii, pe de altă parte, pot fi profunde. Aerul cald este mai puțin dens decât aerul mai rece (conceptul din spatele baloanelor cu aer cald). Temperaturile de aproape 100 grade F (38 grade C) produc densități ale aerului cu aproape 10% mai mici decât aerul la 50 grade F (10 grade C). Acest efect apare la orice înălțime, dar rareori provoacă probleme în operarea aeronavelor la aeroporturile cu cota redusă. Atunci când temperaturile ridicate se combină cu cota ridicată, densitatea scăzută a aerului devine o preocupare semnificativă.

Pentru a menține piloții conștienți de efectele temperaturii asupra densității aerului, folosim termenul altitudine densitate, care este altitudinea presiunii corectată pentru o temperatură non-standard. Ce înseamnă „non-standard” în acest caz? Atmosfera standard internațională are o temperatură de 59 grade F (15 grade C) la suprafață, temperatura scăzând 3,5 grade F la 1000 ft (6,4 grade C pe km) deasupra acesteia. Folosind aceste date, temperatura standard la 5.000 ft ASL ar fi de 41 grade F (5 grade C). Dar asta presupunând că solul este la 5.000 de picioare mai jos. Dacă suprafața solului este la 5.000 ft, atunci temperaturile din timpul zilei de vară pot fi mult mai ridicate.

Dacă solul absoarbe căldura de la soare, temperaturile de la suprafață pot crește până la 32 de grade C sau chiar mai mari. Altitudinea densității în acest caz este de 8.200 ft. Aceasta reprezintă o scădere semnificativă a densității aerului. Există o formulă specifică pentru a determina altitudinea densității, având în vedere presiunea și temperatura reală. Tabelele și graficele curente tipice, precum și dispozitivele și aplicațiile digitale, au fost produse pentru ca piloții să introducă doar altitudinea și temperatura presiunii pentru a face calculele mai ușoare pentru condițiile operaționale.

Când combinația dintre înălțime ridicată și temperatură ridicată produce o scădere semnificativă a siguranței densității aerului, ne referim la aceasta ca o situație de altitudine cu densitate mare. Totuși, termenul ar putea fi înșelător. Nu înseamnă densitate mare, ci opusul. Înseamnă că pilotul va experimenta aerul cu densitate redusă care se găsește de obicei la altitudini mari.

Densitatea aerului are efecte majore asupra capacităților aeronavelor. În primul rând, afectează performanța motorului alternativ sau cu turbină. Arderea care generează puterea motorului este afectată negativ de altitudinea densității mari, deoarece există mai puține molecule de aer în aerul mai subțire. O admisie mai mică de aer înseamnă mai puțină energie generată, cu excepția cazului în care se iau măsuri corective. În al doilea rând, forța produsă de o elice, pale de turbină sau pale de rotor este redusă datorită aerului mai subțire. Și, în cele din urmă, ascensorul generat de aripile avioanelor sau de palele rotorului unui elicopter este o funcție a densității aerului. În condiții de altitudine cu densitate mare, se produce mai puțină ridicare.

Altitudinea cu densitate mare creează două efecte semnificative asupra decolărilor. În primul rând, durează mai mult pentru ca o aeronavă să devină aeriană. În cel mai rău caz, un pilot de avion poate rămâne fără pistă înainte ca avionul să se ridice, ceea ce poate duce la o excursie pe pistă. Pentru a evita acest lucru, este recomandabil să verificați graficul de performanță la decolare din manualul de operare al pilotului.

În plus, rata de urcare după decolare este redusă în comparație cu altitudinea cu densitate mică. Traseul inițial de zbor este mai plat decât de obicei. Acest lucru este deosebit de îngrijorător, deoarece pe multe aeroporturi de mare altitudine, terenul crește rapid după sfârșitul pistei. SUA. Administrația Federală a Aviației (FAA) spune că piloții ar trebui să verifice secțiunea de date operaționale din manualul proprietarului aeronavei sau manualul de operare al pilotului elaborat de producătorul aeronavei pentru a vedea cum performanța aeronavei este afectată de densitatea aerului. În locul acestor surse, unii piloți folosesc diagrama Koch, care leagă altitudinea și temperatura de distanța de decolare și rata de urcare. Piloții pot verifica condițiile la locul lor înainte de decolare și sosire și pot face ajustările necesare.

Problemele cu altitudine de densitate mare nu sunt limitate la decolări. Pentru aterizări, viteza reală este mai mare în aer, chiar dacă viteza indicată este mai mică. Acest lucru poate duce la o viteză de aterizare excesivă, la o distanță mai mare de rulare și la posibilitatea unei excursii pe pistă.

Chiar și în zborul de croazieră, pot apărea probleme. În august 2006, o săgeată Piper PA-28R-2-1 zbura prin teren montan la nord-vest de Salida, Colorado. Pilotul experimentat s-a trezit prins într-un canion de cutie, incapabil să câștige suficientă altitudine pentru a scăpa. Avionul s-a prăbușit, omorând pilotul și rănind grav un pasager. Salida în sine este la o altitudine de 7.083 ft (2.159 m). Datorită temperaturilor calde, altitudinea densității a fost de peste 2743 m.

În majoritatea incidentelor și accidentelor, există o serie de factori cauzali și care contribuie. Uneori, combinația de factori a depășit capacitatea pilotului sau a echipajului de zbor de a rupe lanțul cauzal al unui accident, chiar și atunci când răspund ca fiind instruiți la o situație. În unele dintre evenimentele descrise mai sus, NTSB a stabilit că avionul a fost supraîncărcat, ceea ce a exacerbat efectul condițiilor de mare altitudine. Preocupările financiare îi pot ispiti pe cei din industria aviației să se încarce la maximum sau chiar puțin peste. O schimbare bruscă a vântului sau un ușor calcul greșit al pilotului pot pune, de asemenea, aeronava în pericol. În astfel de cazuri, altitudinea cu densitate mare poate reduce sever marja de eroare.