Баланстық ұшу жолағы және V1 жылдамдығының есептелуі

Кіріспе

Авиацияда, теңгерілген ұшу-қону (balanced field takeoff) – бір қозғалтқыш істен шыққан кездегі ұшу-қону қашықтығының (TODR) және тоқтау қашықтығының (accelerate-stop distance) әуе кемесінің салмағы, қозғалтқыштың тартымды күші, әуе кемесінің конфигурациясы және ұшу-қону жолағының жағдайы бойынша тең болатын жағдай. Белгілі бір әуе кемесінің салмағы, қозғалтқыштың тартымды күші, әуе кемесінің конфигурациясы және ұшу-қону жолағының жағдайы үшін қауіпсіздік талаптарына сәйкес келетін ең қысқа ұшу-қону жолағының ұзындығы – теңгерілген алаң ұзындығы (balanced field length) болып табылады. Ұшу шешімі жылдамдығы V1 – бұл ұшқыш ұшуды тоқтату үшін алғашқы әрекеттерді жасауы тиіс ең жоғары жылдамдық (мысалы, тартымды күшті азайту, тежегіштерді қолдану, жылдамдық бөлгіштерін (speed brakes) қолдану). V1 жылдамдығынан төмен жылдамдықтарда әуе кемесі ұшу-қону жолағының соңына жетпес бұрын тоқтатылуы мүмкін. V1 және одан жоғары жылдамдықтарда, егер төтенше жағдай туса да, ұшқыш ұшуды жалғастыруы керек. Бұл жылдамдық әуе кемесінің ұшу қашықтығы шегінде ұшу бетінен қажетті биіктікке жетуін қамтамасыз етеді. Теңгерілген ұшу-қонуға қол жеткізу үшін V1 жылдамдығы бір қозғалтқыш істен шыққан кездегі ұшу қашықтығы мен тоқтау қашықтығы тең болатындай етіп таңдалады. Ұшақ салмағына байланысты теңгерілген алаң ұзындығынан ұзын ұшу-қону жолақтарында оператор, әуе кемесін жасаушы жеткілікті ақпарат берген жағдайда, V1 жылдамдығын белгілі бір диапазоннан таңдауы мүмкін. Бұл диапазон ішіндегі ең төменгі жылдамдық – Ұшуға қолжетімді қашықтықпен (TODA) анықталады. Төмен V1 жылдамдығында, егер қозғалтқыш V1 жылдамдығынан жоғары жылдамдықта істен шықса, бір қозғалтқышта VR жылдамдығына дейін үдеуге көбірек қашықтық қажет болады. Ал егер қозғалтқыш төмен V1 жылдамдығынан бұрын істен шықса, тоқтауға аз қашықтық қажет болады, сондықтан тоқтау үшін қажетті қашықтық (ASDR) кіші болады. Керісінше, осы диапазон ішіндегі ең жоғары жылдамдық – үдеу және тоқтау қашықтығымен (ASDA) анықталады. Басқаша айтқанда, теңгерілген алаң ұзындығынан ұзын ұшу-қону жолағында ұшқыш тартымды күшті азайту арқылы, теңгерілген алаң ұзындығын ұшу-қону жолағының қолжетімді ұзындығымен теңестіре алады. Теңгерілген алаң ұзындығына әсер ететін факторлар:
– әуе кемесінің массасы – массаның артуы үдеуді баяулатып, ұшу жылдамдығын арттырады;
– қозғалтқыштың тартымды күші – температура мен ауа қысымына байланысты, бірақ ұшқыш қасады түрде тартымды күшті азайтуы мүмкін;
– тығыздық биіктігі – ауа қысымының төмендеуі немесе температураның жоғарылауы ең төменгі ұшу жылдамдығын арттырады;
– әуе кемесінің конфигурациясы, мысалы қанаттың жаппаларының (wing flaps) орны;
– ұшу-қону жолағының көлбеуі және желдің компоненті;
– ұшу-қону жолағының жағдайы – кедір-бұдыр немесе жұмсақ жол үдеуді баяулатады, ал сулы немесе мұзды жол тежеуді нашарлатады.

In aviation, a balanced field takeoff is a condition where the takeoff distance required (TODR) with one engine inoperative and the accelerate stop distance are equal for the aircraft weight, engine thrust, aircraft configuration and runway condition. For a given aircraft weight, engine thrust, aircraft configuration, and runway condition, the shortest runway length that complies with safety regulations is the balanced field length. The takeoff decision speed V1 is the fastest speed at which the pilot must take the first actions to reject the takeoff (e. g. reduce thrust, apply brakes, deploy speed brakes). At speeds below V1 the aircraft can be brought to a halt before the end of the runway. At V1 and above, the pilot should continue the takeoff even if an emergency is recognized. The speed will ensure the aircraft achieves the required height above the takeoff surface within the takeoff distance. To achieve a balanced field takeoff, V1 is selected so the take off distance with one engine inoperative, and the accelerate stop distance, are equal. On runways longer than the balanced field length for the aircraft weight the operator may be able to choose V1 from a range of speeds if adequate information is supplied by the aircraft manufacturer. The slowest speed in this range will be determined by the Take Off Distance Available (TODA). For a low V1, if an engine fails just above V1, the acceleration to VR on one engine will take more distance. Whereas, if an engine fails before a low V1, it will take less distance to stop, so the Accelerate Stop Distance Required (ASDR) is lower. By contrast, the fastest speed in this range will be determined by the Accelerate Stop Distance Available (ASDA). Alternatively, on runways longer than the balanced field length the pilot can use reduced thrust, resulting in the balanced field length again being equal to the runway length available. Factors affecting the balanced field length include:
the mass of the aircraft – higher mass results in slower acceleration and higher takeoff speed
engine thrust – affected by temperature and air pressure, but reduced thrust can also be deliberately selected by the pilot
density altitude – reduced air pressure or increased temperature increases minimum take off speed
aircraft configuration such as wing flap position
runway slope and runway wind component
runway conditions – a rough or soft field slows acceleration, a wet or icy field reduces braking

Технология

Теңгерімделген өрістің ұзындығын есептеу дәстүрлі түрде кеңейту бағдарламасы моделіне сүйенуді қамтиды, онда әртүрлі күштер жылдамдыққа байланысты бағаланады және V1 жылдамдығын шамамен есептеп, қадамдық интегралдау қолданылады. Процесс қозғалтқыш істен шығу жылдамдығының әртүрлі мәндерімен қайталанады, жылдамдықты тоқтату және жылдамдықты арттыру арақашықтықтары теңескенше. Бұл тәсіл өте баяу және қайталанатын болып келеді, сондай-ақ жылдамдық аралығы мұқият таңдалмаса, дөңгелектеу қатесіне ұшырауы мүмкін, бұл әуе компанияларына күнделікті пайдалану үшін ұсынылатын ұшақтың негізгі өнімділік модельдерінде проблемалар тудыруы мүмкін. Дегенмен, математикалық тұрғыдан күрделірек, бірақ табиғаты бойынша дәл және жылдам алгебралық интеграциялау әдісін қолданатын баламалы тәсілдер әзірленді. Қону және ұшу өнімділігін бақылау жүйелері – бұл ұшқышты өнімділік есептеуінің дұрыстығы туралы ақпаратпен қамтамасыз ететін және ұшу-қону жолағынан шығудың алдын алатын құрылғылар, мұндай жағдайлар ұшу-қону жылдамдықтарының V концепциясымен толық қамтылмаған кезде туындайды.