Тему управления энергией воздушного судна при заходе на посадку обсуждают достаточно часто. Тем не менее, за время моей работы в гражданской авиации я ни разу не слышал какой-либо внятной теории на этот счет. Обычно все рекомендации сводятся к тому, что важно вовремя "гаситься", пораньше снижаться и в крайнем случае просить "орбиту" для потери высоты. Безусловно, данные способы умеют место быть, но ясного понимания теории управления энергией самолета это не дает.
В FCTM Airbus и Boeing на данный счет тоже почти ничего не написано. Есть, конечно, общие рекомендации и определения, но их, на мой взгляд, не достаточно. В данной статье с помощью базовых школьных знаний я постараюсь объяснить из чего состоит энергия воздушного судна и как ей управлять. Предложенная мной теория, безусловно, не претендует на абсолютную истину, но судя по опыту моей работы, она очень легко дается многим пилотам.
Несмотря на то, что современные воздушные суда обладают продвинутыми навигационными и автоматическими системами, способными выполнить заход на посадку в любых условиях, именно пилот несет ответственность за планирование и выполнение полета. По этой причине люди, находящиеся в кабине, обязаны четко понимать как считать профиль снижения и предотвращать риск попадания в затруднительные ситуации.
Заход с прямой. Нормальный профиль снижения.
Осуждение начнем, пожалуй, с самого элементарного.
В общем случае, нормальным профилем снижения является траектория c углом наклона в 3 градуса. Для определения потребной высоты, удаление от точки приземления (торца ВПП) или DME умножается на 3. То есть, дистанции 40 миль соответствует высота 12 000 футов, дистанции 80 миль - высота 24 000 футов и так далее.
В идеальных условиях снижение по данному профилю обеспечивает безопасный и спокойный заход на посадку. Однако, я предпочитаю выполнять полёт немного ниже нормальной траектории, поскольку попутный ветер может значительно увеличить путевую скорость и, как следствие, потребный градиент снижения. Дабы не решать проблему тогда, когда она появится, а предотвратить ее возникновение, я снижаюсь на 1000 футов ниже нормального профиля.
Рекомендации
Даже если все работает прекрасно, всегда контролируйте сами свой профиль снижения.
При использовании формулы Required FL = Distance x 3, выберите комфортный для вас самих запас высоты. Кому-то достаточно 1000 футов, кому-то - 2000 футов. Помните, что за сэкономленное топливо вас никто не похвалит, а за ненужный уход на второй круг - тем более.
Что такое заход на посадку с физической точки зрения?
Теперь обратимся непосредственно к нашей теме. Заход на посадку, по сути, представляет собой постоянное уменьшение энергии воздушного судна до значения, требуемого для безопасного приземления.
На картинке сверху величина энергии воздушного судна представлена в виде цветового градиента, где красный цвет соответствует большой энергии, а зеленый - малой.
Из общего курса физики нам известно, что любое тело имеет определеную энергию. Она, в свою очередь, состоит из суммы энергии потенциальной и кинетической. При этом, потенциальная энергия характеризуется высотой, а кинетическая - скоростью.
Поскольку самолет, по сути, является таким же объектом, как камень, метеорит или бейсбольный мяч, его энергия выражается через те же самые формулы, которые дети изучают в 8 классе. В частности, для описания процесса управления энергией воздушного судна, мы смело можем использовать формулу полной механической энергии, представленную на картинке выше.
Учитывая то, что ускорение свободного падения неизменно, а масса воздушного судна при заходе на посадку уменьшается лишь незначительно, основным способом управления энергией самолета является изменение его высоты и скорости. При этом, важно осознавать, что тяга двигателей сама по себе не влияет на изменение энергии воздушного судна. Планер, к примеру, выполняет полет без наличия силовой установки.
Отражение теории мы можем видеть на практике. Данные о высоте и скорости самолета представлены на PFD Boeing, Airbus, Embraer и т. д.
Управление энергией через изменение высоты и скорости.
Рассмотрим то, как общая энергия воздушного судна меняется при различных значениях высоты и скорости.
На картинке выше рассмотрены три варианта нахождения воздушного судна относительно нормальной траектории снижения. Обратите внимание на то, что во всех трех примерах уровень полной энергии остается постоянным. Причиной этому является то, что в варианте (2) при избытке высоты воздушное судно имеет меньшую скорость, а в варианте (3) при избытке скорости воздушное судно имеет меньшую высоту.
Каким образом относительная энергия воздушного судна может быть увеличена без вмешательства пилотов?
Допустим, согласно инструкции диспетчера ОВД, экипаж должен выдерживать заданную высоту. При этом, воздушное судно оказывается значительно выше нормального профиля снижения. Грамотный экипаж в данном случае уменьшит приборную скорость самолета, это сократит кинетическую энергию и позволит предотвратить рост общей энергии. На картинке выше видно, что в точке (2) по сравнению с точкой (1) значение высоты больше, однако общая энергия остается неизменной благодаря уменьшению скорости. В случае, если экипаж не уменьшит скорость воздушного судна, общая энергия вырастет, что приведет к её избытку и последующему появлению проблемы ее уменьшения.
Как обсуждалось ранее, заход на посадку представляет собой постепенное уменьшение полной энергии воздушного судна. Соответственно, сохранение высоты и скорости при приближении к аэропорту влечет за собой увеличение относительной энергии самолета.
Следующая картинка наглядно показывает как рост скорости и высоты влияет на увеличение полной энергии воздушного судна.
Какие выводы можно сделать из вышесказанного?
Если вы находитесь выше профиля, уменьшайте скорость. В последующем вы сможете эффективно перевести потенциальную энергию в кинетическую (быстро потерять высоту за счет роста приборной скорости).
Если вам необходимо поддержать высокую скорость, обязательно снижайтесь заранее, дабы не увеличивать уровень энергии воздушного судна до запредельных значений.
Практические примеры
Если вы находитесь выше профиля и у вас нет возможности для увеличения вертикальной скорости, нет никакого смысла поддерживать высокую приборную скорость полета. Это лишь уменьшает градиент снижения и ускоряет приближение к точке приземления. Кроме того, высокая приборная скорость лишает вас шанса на перевод потенциальной энергии в кинетическую, скорость имеет определенные ограничения.
К примеру, вертикальная скорость ВС Airbus A320 при снижении с приборной скоростью 280 узлов составляет в среднем 2000 футов в минуту. При этом, снижение на скорости в 220 узлов позволяет получить вертикальную скорость около 1200-1400 футов в минуту, что не намного меньше.
Если при сохранении приборной скорости 280 узлов выпустить воздушные тормоза, то вертикальная скорость достигнет значений около 3000 футов в минуту.
В случае, если при сохранении высоты экипаж предусмотрительно уменьшил приборную скорость, то он может получить много больший градиент снижения даже без применения воздушных тормозов. В указанном выше примере использование тормозных щитков позволит достигнуть вертикальную скорость около 5500-6000 футов в минуту.
Безусловно, снижение с такой интенсивностью не всегда комфортно для пассажиров, однако важно понимать то, что проблемы избытка высоты и скорости надо решать "наверху", а не около земли. При этом, не всегда получается выполнить "орбиту" или встать в зону ожидания, поэтому обычно лучше быть готовым к любой ситуации.
Что говорит "букварь"?
"If the descent is delayed, a "DECELERATE" or "T/D REACHED" message appears in white on the PFD and in amber on the MCDU. Speed should be reduced towards green dot, and when cleared for descent, the pilot will push for DES and push for managed speed. The speed reduction prior to descent will enable the aircraft to recover the computed profile more quickly as it accelerates to the managed descent speed (NO-090 P 3/8 FCTM A320)".
В случае, если вы достигли расчетной ТОЧКИ снижения, но разрешение на снижение получить не удается, уменьшайте приборную скорость, дабы в последующем быстрее догнать нормальную траекторию. FCTM Airbus A320 вкратце говорит о том же, что мы обсуждали ранее, правда здесь есть одно "но". Я специально выделил слово "ТОЧКА", поскольку Airbus описывает только лишь процедуру начала снижения, однако данная техника может быть применима ко всему заходу на посадку. То есть, если вас "подвесили" в 50 милях от аэропорта, не стоит держать скорость 280 узлов, этим вы лишь усугубите свое положение.
Проблема применения автоматики при заходе на посадку
Честно говоря, я не сторонник "максимального уровня автоматизации", поскольку летая с применением режимов DES (Airbus) и VNAV (Boeing), пилоты теряют навык ситуационной осведомленности. Причиной многих проблем является то, что автоматика может управлять самолетом, но она не может предвидеть развитие потенциально проблемной ситуации. Часто ошибкой пилотов является то, что на автопилот возлагают чрезмерные надежды, мол "он сам знает как лучше". На мой взгляд, это категорически неправильно и, по большому счету, опасно.
При заходе с прямой проблем обычно не бывает. Причина состоит в том, что дистанция маршрута захода на посадку примерно соответствует прямому удалению от торца ВПП. Векторение воздушного судна не может значительно сократить маршрут прибытия.
Сложности с применением автоматических систем начинаются тогда, когда маршрут прибытия выглядит следующим образом.
Здесь прямая дальность до точки входа в глиссаду составляет 60 миль, в то время как дистанция всего маршрута захода на посадку равняется примерно 100 милям. В случае, если высота воздушного судна составляет 30 000 футов, то при применении режима DES (VNAV) все как-бы хорошо. Однако, если диспетчер ОВД "спрямит" самолет в район точки FF01, экипаж окажется в затруднительной ситуации: и высота, и скорость самолета слишком велики для захода на посадку.
По этой причине экипаж всегда должен оценивать возможные варианты развития ситуации и готовиться к возможным проблемам. Так, если в указанном выше примере возможно "спрямление", целесообразно уменьшить скорость, дабы иметь возможность быстрой потери высоты в будущем. Сохранение высокой путевой скорости, в свою очередь, лишает экипаж как времени, так и запаса энергии воздушного судна.
Послесловие.
В данной статье мы обсуждали только лишь вопрос определения энергии воздушного судна и управления ею. Умения правильно анализировать ситуацию и прогнозировать потенциальные проблемы - навыки, которые приходят с опытом полетов. Наша задача - пригласить коллег к размышлению о том, что есть энергия воздушного судна и как доходчиво объяснить теорию управления энергией молодым пилотам.
Будем рады вашим замечаниям и предложениям. Всем спасибо!
Наш канал в Telegram: Flying Upside Down.
