Magia prędkości

Znajomość prędkości samolotu podczas poszczególnych faz lotu stanowi dla pilota niezbędną wiedzę umożliwiającą bezpieczny i prawidłowy pilotaż. Mechanizm powstawania siły nośnej na skrzydłach samolotu (i nie tylko, bo wszystkie elementy samolotu mają wpływ na jej wartość) dla jednych jest zrozumiały i połączony z zasadami budowy samolotu tworząc logiczną całość, dla innych jest przezroczysty jak powietrze opływające samolot. Jednak jedni i drudzy stosują się do prędkości podanych w Instrukcji Użytkowania Samolotu - ci pierwsi rozumiejąc dlaczego tak jest, a pozostali na zasadzie, że tak musi być. Gorzej jest gdy pilot pozwala sobie na „dowolną” interpretację zapisów Instrukcji Użytkowania w Locie lub po prostu jej nie czytał.

Szereg występujących zjawisk na styku mechaniki lotu i budowy samolotu powiązana jest z jego prędkością. Mając powyższe na uwadze, stworzono na potrzeby prawidłowej eksploatacji samolotów - i nie tylko - podział, oznaczenia i nazewnictwo poszczególnych prędkości związanych z różnymi fazami lotu.

I tak:
IAS (indicated airspeed) - prędkość powietrzna statku powietrznego mierzona za pomocą prędkościomierza ciśnieniowego
CAS (calibrated airspeed) - prędkość równoważna lotu, czyli prędkość poprawiona o współczynnik wynikający z konfiguracji samolotu i położenia rurki spiętrzeniowej na kadłubie
EAS (equivalent airspeed) - CAS z poprawką na ściśliwość powietrza (do 470 km/h nie uwzględnia się)
V₁- prędkość decyzji, czyli prędkość krytyczna startu. Powyżej tej prędkości startu nie można przerwać. Zależna od masy startowej samolotu i stanu drogi startowej (sucha czy mokra)
V_A - maksymalna prędkość, przy której maksymalne wychylenie powierzchni sterowych nie powoduje jeszcze nadmiernych obciążeń struktury samolotu
V_R - (rotation speed) - prędkość podniesienia przedniego podwozia przy starcie
V_S - (stalling speed) - prędkość przeciągnięcia, czyli minimalna, przy której samolot jest jeszcze sterowny
V_S0 - prędkość przeciągnięcia w konfiguracji do lądowania (podwozie plus klapy), bez ciągu silnika
V_S1 - prędkość przeciągnięcia bez podwozia i klap (też bez ciągu silnika)
V_X - prędkość najbardziej stromego wznoszenia
V_Y - prędkość maksymalna we wznoszeniu
V_LO- (maximum landing gear operating speed) - maksymalna, przy której można wypuścić podwozie
V_FE- (maximum flap extension) - maksymalna prędkość wypuszczania klap
V_LE - (maximum landing gear extended speed) - maksymalna prędkość z wypuszczonym podwoziem
V_NO(maximum normal operation speed) - najwyższa prędkość w normalnej eksploatacji samolotu
V_NE- (never-exceed speed) - prędkość, której nie wolno przekraczać w jakichkolwiek warunkach
V_ZF- minimalna bezpieczna prędkość manewrowania
V_DF- (maximum diving speed) - maksymalna sprawdzona prędkość nurkowania
V₂ - prędkość zapewniająca minimalne wznoszenie na jednym silniku (dla dwusilnikowych)
V_2min- minimalna bezpieczna prędkość startu na jednym silniku (dla dwusilnikowych)
V_MC- (minimum control speed) - minimalna prędkość lotu sterowanego na jednym silniku (dla dwusilnikowych)
V_SSE- minimalna prędkość dla zamierzonego wyłączenia jednego silnika (w celach treningowych)
V_XSE- prędkość najbardziej stromego wznoszenia na jednym silniku (dla dwusilnikowych)
V_Y- prędkość maksymalna we wznoszeniu na jednym silniku (dla dwusilnikowych)

Źródło: www.flightlearnings.com

I na tym nie koniec – to jedynie podstawowe charakterystyczne prędkości dla danego samolotu, z którymi możemy spotkać się w Instrukcji Użytkowania w Locie.

Pierwsza z brzegu Instrukcja Użytkowania w Locie – Cessna 172 M Skyhawk II i zapis na stronie tytułowej: „Ta instrukcja zawiera materiał niezbędny dla pilota wymagany przez przepisy CAR część 3”. Dalej rozdział „Ograniczenia” i początek: „Rozdział zawiera ograniczenia użytkowania, oznakowanie przyrządów i podstawowe napisy w kabinie konieczne dla bezpiecznego użytkowania samolotu..”. Strona dalej „Ograniczenia prędkości”, a tam:

Należy zwrócić uwagę na występujące w pewnych zakresach znaczne różnice pomiędzy prędkościami CAS i IAS.

Następna tabela: "Oznakowanie prędkościomierza"

To najważniejsze prędkości i ich oznakowanie na prędkościomierzu. Nie przestrzeganie może spowodować nadwyrężenie konstrukcji, jej uszkodzenia lub nawet zniszczenie albo doprowadzenie do utraty właściwości lotnych samolotu i doprowadzenie do sytuacji niebezpiecznej. Nie każdy z pilotów pamięta zasadę wędrówki środka parcia siły aerodynamicznej i powstanie momentu skręcającego skrzydła w odniesieniu do obciążenia konstrukcji - szczególnie np. w momencie wypuszczania klap.

Warto się czasami przejść się po hangarze i popatrzeć na górne powierzchnie skrzydeł samolotów z pokryciem metalowym. Zafalowanie powierzchni lub jej "roznitowanie" może świadczyć o poddaniu "próbie wytrzymałościowej" danego egzemplarza przez pilota nie przestrzegającego zasad eksploatacji. W drastycznych przypadkach trzeba wymienić uszkodzone elementy (uszkodzeniu może również ulec mechanizm klap), a to niestety bardzo boli, gdyż trudno w dzisiejszych czasach wytłumaczyć ubezpieczycielowi, że jest to wynik gwałtownego podmuchu czy też innej sytuacji losowej. Trzeba widzieć zbolałą minę właściciela samolotu, którego czeka wymiana skrzydła (najczęściej skrzydeł) ażeby zrozumieć, że zapisy w Instrukcji Użytkowania w Locie to nie tylko cyferki. Biorąc pod uwagę, że wartości podane powyżej są i tak zaniżone w stosunku do wynikających z obliczeń i osiąganych podczas prób w locie, to można z dużym prawdopodobieństwem stwierdzić, że taki egzemplarz dał porządnie "popalić".

W dalszej części Instrukcji Użytkowania w Locie: "Prędkości stosowane w sytuacjach niebezpiecznych".

Są to prędkości, które podaje producent samolotu, by pomóc pilotowi w sytuacji awaryjnej - tak aby mógł w optymalny sposób wykorzystać właściwości aerodynamiczne statku powietrznego. Jak widać w powyższej tabeli, nie są to prędkości minimalne, ale wyższe - dające możliwość manewru w zmieniającej się szybko sytuacji.

Natomiast w rozdziale "Oblodzenie" zaleca się podejście na zwiększonej prędkości 65 do 75 KIAS w zależności od ilości lodu nagromadzonego na skrzydle.

Ciekawym zapisem jest schodzenie awaryjne w chmurach wykonywane przez pilota z małym doświadczeniem podczas lotu VFR: "Jeżeli okoliczności nie umożliwiają powrotu do lotu z widzialnością poprzez zakręt o 180°, musi być wykonane zniżanie poprzez pokrywę chmur aż do osiągnięcia warunków VFR. Jeżeli jest to możliwe, należy uzyskać zgodę przez radio na zniżanie awaryjne w chmurach. Aby zapobiec spirali, należy obrać wschodni lub zachodni kierunek w celu zminimalizowania błędów busoli spowodowanych zmianą kąta przechylenia w zakręcie. Dodatkowo należy puścić wolant i utrzymywać lot prosty sterem kierunku poprzez obserwację zakrętomierza. Co pewien czas należy sprawdzić kurs i dokonywać niewielkich poprawek, aby go w przybliżeniu utrzymać. Przed zniżaniem w chmurach należy ustalić warunki zniżania w następujący sposób:

1. Ustawić regulator mieszanki na "bogatą";
2. Użyć pełnego podgrzewu gaźnika;
3. Zredukować moc, aby uzyskać 500 do 800 ft/min opadania;
4. Ustawić trymer steru wysokości i trymer steru kierunku na ustabilizowane zniżanie przy prędkości 70 do 80 KIAS;
5. Zdjąć ręce z wolantu;
6. Kontrolować zniżanie operując sterem kierunku niwelując zmiany busoli, aby zatrzymać ewentualny zakręt;
7. Po przebiciu chmur podjąć normalny lot;"

Są to zalecenia producenta mające na celu pomóc pilotowi w wykorzystaniu właściwości aerodynamicznych samolotu w skomplikowanej dla niego sytuacji, ale nie do końca uwzględniają specyfikę konkretnej sytuacji - warunków terenowych, meteorologicznych czy operacyjnych. Z powyższego opisu wynika, że zalecane prędkości w takiej sytuacji są wyższe od zalecanych podczas schodzenia normalnego z klapami niewypuszczonymi tj. 60 do 70 KIAS.

Następnie instrukcja podaje prędkości podczas normalnej eksploatacji odnosząc się do maksymalnego ciężaru tj. 1043 kg, ale mogą być one również stosowane dla każdego mniejszego ciężaru.

Należy w tym miejscu przypomnieć zapis dotyczący położenia klap podczas startu nie tylko C 172, ale również Cessny 150,152,206: "Starty normalne z krótkich pasów są wykonywane z klapami schowanymi. Położenia klap powyżej 10° nie są dozwolone do startu. Użycie klap 10° jest zarezerwowane dla startu z miękkiego lub nierównego podłoża. Użycie klap 10° pozwala na bezpieczny start z prędkością około 5 KIAS mniejszą niż bez klap. Mniejsza prędkość powoduje skrócenie długości startu o 10%. Użycie klap 10° nie jest zalecane dla startu na przeszkodę z lotnisk położonych na dużej wysokości przy wysokiej temperaturze."

Powinniśmy zwrócić uwagę na różnice pomiędzy prędkościami KIAS i KCAS. Producent przedstawił je w tabeli:

Analiza tabeli umożliwia pilotowi określenie zakresów prędkości, w których prędkość równoważna lotu, czyli prędkość poprawiona o współczynnik wynikający z konfiguracji samolotu i położenia rurki spiętrzeniowej na kadłubie, znacząco odbiega od prędkości powietrznej statku powietrznego mierzonej za pomocą prędkościomierza ciśnieniowego. Wnioskiem szczególnie ważnym jest to, że różnice są największe w zakresie prędkości przeciągnięcia.

Nie trzeba tłumaczyć jak istotną dla pilota jest prędkość przeciągnięcia samolotu. Producent przedstawia prędkości przeciągnięcia samolotu w skrajnych położeniach środka ciężkości przy założeniu braku mocy silnika. Zastrzega, że wartości KIAS są przybliżone (są to wielkości określane podczas prób w locie) i zwraca uwagę, ze utrata wysokości podczas wyprowadzenia może wynosić 180 ft.

Skrajne tylne położenie środka ciężkości


Skrajne przednie położenie środka ciężkości


Już pobieżna analiza wskazuje na istotne różnice w prędkościach przeciągnięcia w różnych konfiguracjach lotu i położenia środka ciężkości.

Zasadniczy wniosek z przedstawionych tabel nasuwa się jeden: zachowanie prędkości podanych podczas normalnej eksploatacji gwarantuje bezpieczne wykonywanie lotu w każdej jego fazie - i co więcej: gwarantuje pewien zapas prędkości na możliwe błędy pilotażowe.

Inaczej jest w przypadku konieczności wykorzystania właściwości lotnych samolotu w konkretnym celu np. lądowania na celność podczas zawodów samolotowych. Trener Kadry Narodowej Andrzej Osowski podczas Drugiego Forum Bezpiecznego Latania zorganizowanego przez portal dlapilota.pl i Ośrodek Szkolenia Lotniczego Unitedsky zapoznał uczestników z techniką lądowania naszych mistrzów podczas konkurencji lądowań. Aby maksymalnie skrócić czas i długość fazy wytrzymania podczas lądowania zawodnicy wykorzystują prędkość szybowania samolotu w konfiguracji do lądowania, co dla C152 wynosi około 45 KIAS. Lądowanie polega na precyzyjnym załamaniu i przyziemieniu niemal bez wytrzymania. Takie latanie wymaga treningu pod okiem doświadczonego instruktora. Pan Andrzej gorąco zapraszał na obozy i rajdowe zawody samolotowe gdzie można się nauczyć nie tylko precyzyjnych lądowań.

Dlaczego magia prędkości?
Pamiętamy wspaniałe loty Czarka Wojnara na Wildze podczas pokazów, gdzie samolot pilotowany wydawało się wbrew zasadom aerodynamiki do końca był posłuszny pilotowi (słynny pokaz lotu na małej prędkości na klapach). Z podziwem patrzymy podczas pokazów na ewolucje w powietrzu na granicy dopuszczalnych możliwości sprzętu co wymaga od pilotów nie tylko perfekcyjnej jego znajomości ale przede wszystkim wyczucia - wyczucia prędkości w poszczególnych fazach lotu i ewolucjach. Z podziwem patrząc na loty mistrzów często z respektem patrzymy na nasze możliwości i słusznie, bo w tym przypadku naśladownictwo bez przygotowania i odpowiedniego treningu nie jest wskazane - może się skończyć bardzo boleśnie.

Dlaczego tyle tabel?
Dla niektórych sezon się dopiero rozpoczyna. Dobrze po dłuższej przerwie przypomnieć sobie nie tylko prędkości naszego samolotu, ale również zasady załadunku, długości rozbiegu, dobiegu czy też zużycia paliwa i parametry pracy silnika. Intencją moją było przypomnienie i uporządkowanie informacji dotyczących prędkości zawartych w Instrukcji Użytkowania w Locie. Są one różne dla poszczególnych samolotów, ale forma i sposób zapisania są bardzo podobne.

Grzegorz Skomorowski
FTO: unitedsky.eu

Powyższy artykuł po raz pierwszy pojawił się na dlapilota.pl 27 maja 2011 r. W ramach nowego cyklu, na łamach naszego portalu cyklicznie przybliżamy najciekawsze i najbardziej poczytne teksty z lat ubiegłych. No i może zdjęcie kokpitowe dać, żeby to lepiej wyglądało.