Сбалансированный взлёт: определение, расчет и факторы влияния.

Введение

В авиации, сбалансированный взлет – это условие, при котором требуемая дистанция взлета (TODR) с одним неработающим двигателем и дистанция полной остановки после начала разгона (accelerate-stop distance) равны для заданного веса воздушного судна, тяги двигателя, конфигурации воздушного судна и состояния взлетно-посадочной полосы. Для данного веса воздушного судна, тяги двигателя, конфигурации воздушного судна и состояния взлетно-посадочной полосы, минимальная длина взлетно-посадочной полосы, соответствующая требованиям безопасности, называется сбалансированной длиной взлета. Скорость принятия решения о взлете V1 – это максимальная скорость, при которой пилот должен предпринять первые действия для прекращения взлета (например, снизить тягу, применить тормоза, выпустить тормозные щитки). При скоростях ниже V1 воздушное судно может быть остановлено до конца взлетно-посадочной полосы. При V1 и выше пилот должен продолжать взлет, даже если обнаружена нештатная ситуация. Эта скорость обеспечивает достижение самолетом необходимой высоты над взлетной полосой в пределах дистанции взлета. Для достижения сбалансированного взлета V1 выбирается таким образом, чтобы дистанция взлета с одним неработающим двигателем и дистанция полной остановки после начала разгона были равны. На взлетно-посадочных полосах, длина которых превышает сбалансированную длину взлета для данного веса воздушного судна, эксплуатант может выбирать V1 в определенном диапазоне скоростей, при условии предоставления соответствующей информации производителем воздушного судна. Наименьшая скорость в этом диапазоне определяется доступной дистанцией взлета (TODA). При низкой V1, если отказ двигателя произойдет непосредственно после достижения V1, ускорение до скорости VR на одном двигателе потребует большего расстояния. В то время как, если отказ двигателя произойдет до достижения низкой V1, для остановки потребуется меньшее расстояние, следовательно, требуемая дистанция полной остановки после начала разгона (ASDR) будет меньше. Напротив, наибольшая скорость в этом диапазоне определяется доступной дистанцией полной остановки после начала разгона (ASDA). В качестве альтернативы, на взлетно-посадочных полосах, длина которых превышает сбалансированную длину взлета, пилот может использовать уменьшенную тягу, в результате чего сбалансированная длина взлета снова будет равна доступной длине взлетно-посадочной полосы. Факторы, влияющие на сбалансированную длину взлета, включают:
массу воздушного судна – большая масса приводит к более медленному ускорению и более высокой скорости взлета;
тягу двигателя – на которую влияют температура и давление воздуха, однако пилот также может преднамеренно выбрать уменьшенную тягу;
высоту плотности – снижение давления воздуха или повышение температуры увеличивает минимальную скорость взлета;
конфигурацию воздушного судна, такую как положение закрылков;
уклон взлетно-посадочной полосы и составляющую ветра;
состояние взлетно-посадочной полосы – неровное или мягкое покрытие замедляет ускорение, мокрое или обледеневшее покрытие снижает эффективность торможения.

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

Расчет сбалансированной длины полосы традиционно основан на использовании модели программного расширения, в которой различные силы оцениваются как функция скорости и интегрируются пошагово с использованием оценки V1. Процесс повторяется с различными значениями скорости отказа двигателя до тех пор, пока расстояния ускорения до остановки и ускорения для взлета не станут равными. Этот процесс страдает от присущей ему медлительности и повторяемости, а также подвержен ошибкам округления, если приращение скорости между шагами не выбрано достаточно тщательно, что может привести к проблемам в моделях летных характеристик, основанных на базовых принципах, предоставляемых авиакомпаниям для повседневной эксплуатации. Однако были разработаны альтернативные подходы, использующие более сложный математически, но при этом более точный и быстрый метод алгебраической интеграции. Системы мониторинга характеристик при посадке и взлете – это устройства, предназначенные для предоставления пилоту информации о достоверности расчетов характеристик и предотвращения выката за пределы взлетно-посадочной полосы в ситуациях, которые недостаточно учитываются концепцией скоростей V при взлете.