Hmotnost a počasí
Představte si sami sebe v osobním automobilu a zamyslete se: čistá silnice, léto, v autě jen vy. Sešlápnete plyn a rozjedete se. Jak dlouho vám bude trvat rozjezd z nuly na 100 km/h? Řekněme kolem 10 sekund. Samozřejmě záleží, zda máte trabanta nebo ferrari, ale to nechme nyní stranou. Když si do takového automobilu naložíte zbytek rodiny, kufry na dovolenou do Chorvatska, psa, kočku a řízky, automobil dosti ztěžkne. Za jak dlouho se takový automobil rozjede z nuly na 100 km/h? Patrně mu to bude trvat déle, že? A když mu to bude trvat déle, tak u toho urazí větší vzdálenost. A tato zákonitost platí i u letadel. Čím je letoun těžší, tím mu trvá déle, než se dostane do vzduchu. S rostoucí hmotností všechny rychlosti, jak známo, rostou, proto se třeba prázdný B737MAX dostane do vzduchu na rychlosti kolem 120 uzlů, kdežto ten, v němž bude sedět kolem 180 cestujících, na rychlosti až bezmála 160 uzlů.
Při přistávání je situace analogická – stejně jako s prázdným automobilem bude naše brzdná dráha při sešlápnutí brzdy ve stokilometrové rychlosti určitě kratší, než když bude auto ztěžklé zmíněným nákladem. Pro představu – B737MAX s přistávací hmotností kolem 50 tun bude mít rychlost na přiblížení cca 125 uzlů, oproti situaci, kdy bude sedat na maximální přistávací hmotnosti 69 tun, kde jeho Vapp bude o cca 20 uzlů vyšší. Připomínám, že při přepočtu na kilometry za hodinu je potřeba násobit koeficientem 1,852.
V dopravním letectví se již také párkrát stalo, že letadlo nemohlo odletět z důvodu vysoké teploty okolního vzduchu. Zní to neuvěřitelně, cestující to zpravidla považují za výmluvu nekreativních pilotů, kteří se zdráhají sdělit, že mají závadu 🙂. Nicméně se to stát může a také se to stalo. Jak známo, s rostoucí teplotou klesá hustota vzduchu. To pak v takové kuličce vzduchu teplého 35 °C je mnohem méně molekul kyslíku, než kdybyste vzali stejně velikou kuličku kyslíku při teplotě 5 °C.
To, co umožňuje letadlu akcelerovat, jsou jeho motory. A v těch probíhá spalování. Spalování spotřebovává kyslík (což ví každý, kdo kdy vložil svíčku do skleničky a tu poté něčím přiklopil – kyslík byl rychle spotřebován a svíčka zhasla). A proto, když je v okolním vzduchu kyslíku „málo“ (v porovnání se studeným vzduchem), trvá i motorům déle než zakcelerují letadlo na potřebnou rychlost. U silných motorů dopravních letadel nemusí být tento rozdíl při vzletu tak markantní jako u menších letounů všeobecného letectví (záleží na dalších podmínkách), ale pár desítek metrů rozdílu to udělá.
Při přistání mohou teplotní rozdíly udělat i několik set metrů na landing distance. Tento vliv teploty na výkonnost motorů se mimochodem používá na dopravních letounech i záměrně – na Airbusu se tomu říká „flex-temperature method“, na Boeingu zase „assumed temperature method“. Je to jedno a totéž, ale ty dvě company se musí mermomocí lišit. 🙂 Podstatou použití těchto metod je – jednoduše řečeno – že motorům zalžeme, že je okolní teplota vyšší, než jaká ve skutečnosti je. Ony pak nejedou při vzletu na 100%, ale na redukovaný (a přitom zcela dostačující) výkon, což je sympatické Gretám, ekonomům i fuel efficiency manažerům, a zároveň se tím zvyšuje životnost motorů.
Velmi podobný efekt jako teplota má i nadmořská výška letiště, na němž se nacházíme. Čím jsme výše, tím je vzduch řídčí a letadlu se délka vzletu prodlužuje. Na některých místech může mít letadlo s nízkou hustotou vzduchu takové problémy, že má jen jednu možnost na přistání – provést go-around je takřka nemožné. Moc takových míst není, ale piloti létající pravidelně na letiště Hillaryho a Tenzinga, známější spíše pod jménem Lukla, by mohli vyprávět…
Pokud tyto řádky čtou lidé již trochu znalí letectví a fyziky, asi je nepřekvapí, že na délku vzletu i přistání má vliv směr a rychlost větru. S ohledem na zákonitosti cirkulace vzduchu kolem křídla, která je ve své podstatě pravým původcem vztlaku (na to přišli pánové Kutta a Žukovskij), je přírodním zákonem, že čelní vítr, který urychluje směr cirkulace nad křídlem, tvoření vztlaku pomáhá, na rozdíl od větru zadního, který vztlaku škodí. Proto mám, mimochodem, občas trochu problém s tím, když mi studenti říkají, co se učí všude už léta letoucí: „Ty částice na horní straně křídla musí urazit delší dráhu, tak letí rychleji…“. Ale když se nad tím zamyslíte, je to vlastně nesmysl, protože ty částice – s největší pravděpodobností a dle vědeckých poznatků – nemají mozek a neřeknou si „Tyjo, musím máknout, abych byla na odtokové hraně stejně rychle jako kámoška, co letí spodem…“. To, co částice na horní straně křídla urychlí, a ty na spodní straně křídla zase zpomalí, je právě ona cirkulace.
Zadní vítr, neboli tailwind, je hodně nepříjemný, až nebezpečný, a proto má každý letoun od výrobce daný maximální limit, za jakého zadního větru lze ještě vzlétat či přistávat. Zadní vítr totiž vzlet i přistání prodlužuje, oproti tomu čelnímu, tzv. headwindu. Ten nám pomáhá.
Zajímavostí je, že například některé B737NG mají limitaci na tailwind 10 uzlů a jiné 15 uzlů. Možná se teď ptáte, čím jsou ty letouny s vyšším limitem vybaveny, oproti těm, které mají limit nižší. Odpověď je kupodivu prostá – ničím 🙂. Jedná se pouze o certifikaci výrobce. Chcete vyšší limit? Tak si tady přijďte pro razítko za pár tisíc dolarů… Nicméně nedej Bože, abyste sedli s letounem, který má limit 10 kts, s tailwindem 11 kts a něco se stalo. To pak pojišťovna nezaplatí nic. Letadlo nebylo certifikováno pro přistání se zadním větrem vyšším než 10 uzlů. To je realita. A nevěřili byste, jak i pár uzlíčků zadního větru prodlouží přistání letadla. B737 s čelním větrem 10 kts zastaví za daných podmínek na vzdálenosti řekněme 2 100 metrů, zatímco se stejně silným větrem zadním to bude o 450 metrů více.
Při vzletu může tailwind uškodit i o 200 metrů. 😟 Na vlastní kůži raději vzlet ani přistání s větším zadním větrem, než jaký dovoluje příručka vašeho letadla, fakt nezkoušejte, nestojí to za to. Opatrnost je ve všeobecném letectví na místě už při tailwindu okolo 5 uzlů. Na těch našich krátkých drahách, na které s Cessnami, Zlíny, Tecnamy či Pipery sedáme, to může stačit k tomu, abychom se podívali, copak to za dráhou pěstují za obilí.
Zvláštním „druhem“ větru je pak crosswind, neboli boční vítr, který na délku přistání či vzletu, když jsou správně provedeny, nemá nikterak extrémnější vliv (k nepatrnému prodloužení cca 150 metrů u B737 dojde), ale vyžaduje konkrétní letové techniky – křidélka do větru, opačná noha… Na Boeingu stejně jako na Cessničce 🙂. Ovšem při vzletu na dopravním letadle se na ta křidélka musí dát pozor, protože větší pohyb „beranů“ do strany způsobí, že vyjedou kromě křidélek i spoilery, což způsobí nežádoucí odpor. No kdo z dopravních pilotů by se vám snažil namluvit, že nikdy přistání s bočním větrem nepokazil, tak nemluví pravdu. 🙂
Čistá vs. špinavá dráha
Pojďme dál… Představte si další situaci: sednete do auta v létě na krásně rovné čisté silnici a rozjedete se z nuly na sto. Jak dlouho to bude trvat? Patrně jako v prvním případě kolem 10 sekund. A nyní si představte totéž auto v zimě, na zasněžené nebo zledovatělé vozovce, nebo na vozovce pokryté stojící vodou, bahnem, případně takovou tou čvachtavou břečkou rozmoklého sněhu, pro niž má angličtina krásný výraz slush.
Mimochodem se to čte [slaš], ne [sleš], jak si mnozí myslí – jako [sleš] se čte slovo slash a znamená to lomeno. Tak toliko jazykové okénko.
Na takové vozovce budou kola prokluzovat, i když budete mít kvalitní zimní pneu, protože vám jakákoliv takováto kontaminace zvýší tzv. valivý odpor. A ten vás zpomalí i při vzletu na kontaminované vzletové a přistávací dráze. Při přistání je situace opačná – stejně jako když s autem na čisté vozovce zabrzdíte ze stovky na nulu na cca 50 metrech, zatímco na sněhem pokryté budete brzdit mnoho a mnoho desítek metrů, budete i s letadlem na kontaminované dráze brzdit mnohem déle, než kdyby byla suchá. Kvůli tomuto fyzikálnímu faktu se nám při vzletu rozcházejí rychlosti V1 a VR klidně i o 15 a více uzlů, protože čím později se rozhodneme ve vzletu pokračovat, tím méně prostoru k jeho přerušení a bezpečnému dojezdu máme.
Proto může na B737 v takových podmínkách V1 být třeba 125 uzlů, zatímco VR bude až na 138 uzlech. Vzdálenost, na níž 69tunový stroj po přistání zastavíte, se může pohybovat od 1 900 metrů na suché dráze až po 2 700 metrů na dráze silně kontaminované. Studentům ukazuji hezké video z youtube, které moc komentář nepotřebuje:
Většina lidí nemá v autě ráda rozjezdy do kopce. Moje manželka i tchyně nesnáší rozjezdy v autě do kopce. Zejména třeba v Praze na Andělu, při výjezdu z OC. Neumí se prostě do kopce rozjet, nechají na silnici gumovou černou stopu a za sebou kouřovou clonu. Musel jsem kvůli tomu pořídit auto s automatickou převodovkou 🙂. Rozjezdy letounu do kopce, byť zpravidla ty dráhy nemají tak strmý gradient, vždy prodlouží délku vzletu, logicky. Takový rozjezd prostě trvá o něco déle, stejně jako v tom autě. Když do kopce přistanete, délku přistání vám to pro změnu zkrátí. A pokud byste přistávali z kopce nebo vzlétali do kopce, situace se obrátí. Pokud se nechcete pokusit udělat s letadlem díru do dráhy, je dobré si před letem prostudovat sklon dané dráhy. Takové letiště ve Skutči a jeho dráha 31/13 by vás mohla svým sklonem docela zaujmout:
Převýšení na 878 metrech délky dráhy je celých 22 metrů! To ta dráha 13 v podstatě podrovná za vás 🙂.
Grafy a zkušenosti
Předposledním faktorem ovlivňujícím délku vzletu a přistání je i povrch dráhy. Mám na mysli pouze rozdíl mezi drahou zpevněnou a nezpevněnou. Když si představíte dráhu zpevněnou, tedy betonovou či asfaltovou, versus nezpevněnou (travnatou), rozdíl poznáte již na první pohled. Jedná se zejména o vlastnosti povrchu – ten je v případě zpevněných drah krásně hladký, v porovnání s hrbolatou, drny oplývající drahou travnatou. Ty drny a veškerá ta tráva vás zpomalují a opět zvyšují – dnes již jednou zmiňovaný – valivý odpor. Tráva vás proto ve výsledku při vzletu zpomaluje, čímž jej prodlužuje, po přistání zase přispěje k deceleraci letadla (pakliže je suchá) a vaše éro se zastaví dříve, než jak by učinilo na hladké zpevněné dráze.
Posledním vlivem na délku vzletu i přistání je vliv vztlakových klapek, ale jeho detailnější rozbor bych přenechal spíše kolegům z oblasti aerodynamiky. Jejich vliv na délku vzletu i přistání je zřejmý – zkracují obojí 🙂. Na dlouhých zpevněných drahách lze za určitých podmínek dokonce odletět s letouny všeobecného letectví velikosti C172 i bez použití klapek, ale zkoušet to s letouny dopravními nelze – pár set mrtvých si to už bohužel v bohaté aviatické historii vyžádalo.
Protože příroda je živá a nikdy nás v letadle neovlivňuje pouze jeden z mnoha jmenovaných vlivů, je potřeba uvažovat všechny zmíněné vlivy najednou, od čehož jsou zde tzv. nomogramy, což je několik grafů vložených do jednoho. Na následujícím obrázku je ilustrace nomogramu pro no-name letoun v následujících podmínkách:
Teplota okolního vzduchu 30 °C, nadmořská výška letiště 1 000 ft, předpokládaná vzletová hmotnost 2 950 liber, zadní vítr 5 kts, výška překážky za drahou 50 ft (to můžeme chápat také jako výšku, do níž prostě chceme být schopni po vzletu v rámci TODA vystoupat)
Předkreslené čáry by nás měly plus minus vést, svislé referenční linie slouží jako koncový bod jedné úsečky a počátek té následující. Je to nepřesná hra s ne zcela přesnými čísly, mikrotužkou, pravítkem a úhloměrem a udělat chybu nebo se dopustit nepřesnosti je více než snadné. Proto nomogramy slouží hlavně pro orientaci, zda je bezpečné vzlet provést či ne. Ne každý je používá a stejně jako loadsheet mohou být ve všeobecném létání nahrazeny dobrými praktickými znalostmi letounu, nicméně minimálně ze začátku výcviku nebo v limitních podmínkách by měl být pilot schopen je použít a vyhodnotit jejich výstupy. Kdyby nic jiného, v teoretických zkouškách to po něm budou chtít na úřadě vždy 🙂.
Výslednou délku vzletu letounu čteme zcela vpravo – v uvedeném příkladu se jedná o cca 1 900 ft. Daný nomogram, jak má uvedeno na levém okraji, by měl být použit pouze pro vzlet s klapkami nastavenými na úhel „approach“, tj. na větší než běžný. Pro vzlet s klapkami nastavenými na menší úhel by musel být použit již jiný nomogram. Jsem upřímně rád, že v dopravním letectví za nás v tomto ohledu přemýšlí chytré aplikace výrobců dopravních letadel, které máme všichni v iPadech 🙂. Je to totiž rychlejší, přesnější, a tím pádem ve výsledku také bezpečnější. A o to přeci jde.
