Kraków 2.03.2017r.

 

Jak pogoda wpływa na podróż samolotem?

 

        W 50-latach XX wieku pojawiło się określenie samolot myśliwski działający w każdych warunkach atmosferycznych. Że to stwierdzenie nie jest prawdziwe postaram się przedstawić w tym tekście, chociaż bardziej chcę zwrócić uwagę na loty komercyjne. A to dlatego, że lotnicy w samolotach bojowych muszą legitymować się nienagannym zdrowiem, a w dodatku przechodzą długie i trudne szkolenia. Natomiast pasażer wsiadający na pokład samolotu komercyjnego nie musi nawet przedstawiać zaświadczenia od lekarza, że może odbyć przelot samolotem.

 

 

 

 

 

       Co jakiś czas w prasie i w telewizji pojawia się informacja tego typu; w dniu 12 sierpnia samolot linii X lecący z miejscowości A do miejscowości B (np. z Bostonu do Sacramento w Kalifornii) wpadł w silne turbulencje. Rannych zostało 22 pasażerów. W wyniku silnych wstrząsów stewardesa doznała wstrząsu mózgu i urazu szyi. Samolot wylądował bezpiecznie, ale jego lot powrotny został odwołany. O zdarzeniu informuje stacja ABC. Sytuacje takie zdarzają się niezwykle rzadko, ale jednak występują.

 

       Turbulencje wzbudzają obawy, a nierzadko i strach. Bywają jedną z podstawowych przyczyn, dla których część osób nigdy nie wsiądzie na pokład. Nawet osoby, które często latają mają pewne obawy, bo nikt z nas nie lubi wstrząsów i drgań samolotu, będąc kilka tysięcy metrów nad ziemią.

 

       Ale nie zacznę teraz wyjaśniać, czym są turbulencje, bo to jest skok do głębokiej wody bez przygotowania. Dlatego zacznę od historii. Tak naprawdę badania nad turbulencją w czasie lotu rozpoczęto pod koniec 50-lat XX wieku, kiedy to do lotnictwa komercyjnego szeroko weszły jetliners: Boeing B707, Douglas DC-8, Convair CV-660 i inne. Do tej pory samoloty komercyjne latały z prędkościami 300-400 mil/h i na pułapach do 20 000 ft (6 096 m). W samolotach często zdrowo trzęsło, a pasażerowie czasami używali torebek. Wraz z rozpoczęciem ery odrzutowej linie lotnicze przekonywały pasażerów, że samoloty teraz latają szybciej i wyżej, a lot jest niezwykle spokojny. Na pokładzie można układać domki z kart, a szampan z kieliszka się nie wyleje. Sami do końca nie byli świadomi co przyniesie nowy rodzaj transportu komercyjnego. A problem nie dotyczył samych turbulencji.

 

 

 

Zjawisko Duch Roll.

 

       Nowe jetliners otrzymały skośne skrzydła, które umożliwiły loty z prędkością przelotową rzędu 600 mph (965,61 km/h). Jednak skośne skrzydła w wydatny sposób ujawniły zjawisko Duch Roll, które w samolotach o prostych skrzydłach praktycznie nie występowało. Zjawisko występuje podczas lotu i polega na tym, że po zakończeniu wykonywania skrętu, kiedy pilot obrał już nowy kurs, ogon samolotu może zacząć „zamiatać”, a samolot zaczyna się kołysać z boku na bok z przechyłami do +/-10 stopni. Firma Boeing miała już duże doświadczenie z tym zjawiskiem, z uwagi na eksploatację bombowców B-47, B-52. Dlatego opracowano automat, który stabilizował te niekorzystne ruchy. Automaty te zastosowano także w jetliners.

 

Opór falowy

 

       Kolejnym problemem okazało się lokalne przekraczanie prędkości dźwięku na skrzydłach i usterzeniu, z uwagi na lot z prędkością około 800-900 km/h. Skośne skrzydła pozwoliły zbliżyć się do prędkości naddźwiękowej, ale ujawniły także nowe, niepożądane zjawiska. Jednym z nich jest opór falowy. Z uwagi na to, że skrzydło w pobliżu kadłuba jest znacznie szersze, to tutaj najpierw dochodzi do lokalnego przekroczenia prędkości dźwięku, a w efekcie skrzydło traci część siły nośnej. Na końcu skrzydła jeszcze tego zjawiska nie ma, bo skrzydło jest tutaj węższe. W efekcie powstaje dźwignia, której rezultatem jest opuszczanie nosa samolotu w dół. Aby opanować tę tendencję, konstruktorzy opracowali poziome usterzenie „pływające”. Polega ono na tym, że w trakcie lotu można zmienić kąt zaklinowania usterzenia poziomego w zależności od warunków lotu. I to rozwiązanie zdaje egzamin.

 

Wędrówka środka parcia

 

       Kolejną sprawą jest środek parcia. Środek parcia to taki wirtualny punkt, który pokrywa się idealnie ze środkiem ciężkości samolotu. Jest tak do momentu, kiedy samolot nie leci z maksymalną prędkością. Wówczas środek ciężkości (o zwrocie skierowanym do dołu) pozostaje w swoim miejscu, a środek parcia (o zwrocie skierowanym do tyłu) wędruje nieznacznie do tyłu. Pojawia się dźwignia i samolot pochyla nos do dołu. Temu zjawisku przeciwdziała „pływające” usterzenie poziome. W samolocie Concord zastosowano przetaczanie paliwa między zbiornikami, co ma wyważyć samolot. W dodatku jest bardzo ważne, aby rozkład pasażerów i towarów będących na pokładzie był jak najbardziej równomierny.

 

       Jeszcze nie wpadliśmy w turbulencje, a mamy już kilka niepożądanych zjawisk. FAA zawracała uwagę na to, aby załogi jetliners były jak najlepiej wyszkolone. Dlatego nakazywano załogom ćwiczyć ekstremalne sytuacje w powietrzu. Między innymi wychodzenie samolotu z przechyłu na skrzydło wynoszącego 90 stopni, co w locie rejsowym nie występuje (nie powinno wystąpić). Uczono załogi pilotowania samolotów z wyłączonymi wszystkimi stabilizatorami, wzmacniaczami układu sterowania i autopilotem. Lecz kiedy doszło do kilku katastrof w trakcie lotów szkolnych, nieco odpuszczono, i ekstremalne sytuacje ćwiczono na znacznie wyższych pułapach.

 

       Jednak wystąpiły kolejne katastrofy w lotach rejsowych. Na szczęście samoloty posiadały już czarne skrzynki (rejestratory lotu) i ofiara złożona z pasażerów i załóg nie poszła na marne. Do współpracy wciągnięto NACA-NASA i zaczęto się baczniej przyglądać zjawiskom występującym na pułapie 6 000 – 12 000 m. Stwierdzono wówczas że zewnętrzne siły oddziałujące na samolot mogą być z każdej możliwej strony i to o znacznych wartościach.

 

Rodzaje chmur

 

       Nawet jeśli byśmy nie chcieli, to musimy przyjrzeć się trochę chmurom i innym zjawiskom pogodowym, które mają wpływ na lotnictwo. Podstawowym wydawnictwem w zakresie morfologii chmur jest Międzynarodowy Atlas Chmur wydany przez Światową Organizację Meteorologiczną (WMO). Nazwa „Rodzaje chmur” jest umowna i niezwykle szeroka. Obejmuje nie tylko rodzaje chmur, lecz także chmury stratosferyczne oraz zjawiska szczególne i chmury towarzyszące chmurom troposferycznym. Są na przykład „chmury ścieżki statków morskich”, które powstają pod wpływem gazów i pyłów wydobywających się z kominów statków morskich. Są one bardzo dobrze widoczne na zdjęciach satelitarnych, zwłaszcza w pobliżu lądów. Ogólnie można wymienić ponad 20 podstawowych rodzajów chmur. Nas oczywiście interesują te chmury które są w jakikolwiek sposób powiązane z lotnictwem, dlatego zaczniemy od smugi kondensacyjnej.

 

 

 

 

Smuga kondensacyjna

 

        Smuga kondensacyjna jest chmurą, która powstaje poprzez skroplenie pary wodnej utrzymującej się w powietrzu w stanie przechłodzonym na wysokości kilku kilometrów nad ziemią. Dzięki aerozolowi, jakim są spaliny (niezależnie czy z samolotu z silnikami turboodrzutowymi, czy z silnikami tłokowymi), ich drobiny stanowią jądra kondensacji. Na tych jądrach szybko wytrąca się para wodna, która szybko zamarza. Powietrze zawsze zawiera pewną ilość pary wodnej. Im wyższa jest temperatura powietrza, tym zawartość wody może być większa. Dlatego w naszym klimacie łatwiej zaobserwować smugi kondensacyjne latem. Tworzą się one na pułapie 5 000 – 15 000 m. Przy sprzyjających warunkach mogą utrzymać się nawet 24 godziny. Dla meteorologów chmura taka należy do typu cirrocumulus, a dokładnie cirrus aviaticus. Ktoś może zapytać – dlaczego para wodna na takich wysokościach jest przechłodzona? Zjawisko przechłodzenia pary wodnej w atmosferze jest możliwe, ponieważ na tak duże wysokości docierają tylko śladowe ilości pyłów.

 

Kuzynki

 

        Osoby, które trochę interesują się lotnictwem, na pokazach lotniczych mogły zaobserwować smugi powstałe na końcach skrzydeł, w ich samych narożach lub rzadziej na krawędzi spływu skrzydła. Nazywa się je kuzynki lub ang. contrail cousins. Są one podobne do smug kondensacyjnych, ale mechanizm ich powstawania jest inny i ich żywot jest znacznie krótszy. Kuzynki powstające w wyniku silnych zaburzeń ciśnienia powietrza. Jak tylko ciśnienie się wyrówna znikają.

 

Smugi chemiczne

 

        Jest jeszcze coś takiego jak smugi chemiczne lub ślady chemiczne. Należą one do teorii spiskowej, zakładającej że w smugach kondensacyjnych zostawianych przez samoloty znajdują się środki chemiczne mający utajony cel, zwykle militarny. Mają mieć one szkodliwy wpływ na organizmy żywe. Należy domniemywać, że teoria ta powstawała z chwilą wprowadzanie specjalnych paliw dla lotnictwa wojskowego, jak na przykład w USA paliwa JP-6, JP-7, o czym wiele napisałem w innych artykułach.

 

Chmura konwekcyjna

 

       Chmura konwekcyjna to rodzaj chmur powstałych w wyniku występującej w atmosferze konwekcji, czyli unoszenia pary wodnej. Gdy prądy wstępujące przekraczają poziom kondensacji tworzy się chmura. Rozmiary tych chmur są bardzo różne. Często chmury takie wywołują przelotne opady. Do chmur tych zaliczamy Cumulus i Cumulonimbus.

 

Cumulus

 

        Cumulus to chmura kłębiasta, biała, bardzo malownicza. Należy do chmur troposferycznych i tworzy się w przedziale wysokości 600 - 2 500 m. chmury te mogą stosunkowo szybko się przekształcić, albo zniknąć, albo rozbudować się.

 

 

Cumulonimbus

 

       Cumulonimbus to chmura kłębiasta deszczowa, rozbudowana pionowo na wysokość kilku lub kilkunastu kilometrów w kształcie wieży. Taka przerośnięta sałata, bądź w postaci bardziej rozbudowanej w piętrze wysokim, przypominająca olbrzymie kowadło lub grzyb. Podstawa chmur tego rodzaju znajduje się na wysokości 2 000 - 3 000 m, natomiast górny ich pułap w strefie międzyzwrotnikowej może przekraczać 20 000 m. Złożona jest w dolnej części z kropel wody, a w górnej z kryształków lodu. Są to chmury najbardziej rozbudowane w kierunku pionowym, dlatego zjawiska fizyczne w nich występujące są bardzo gwałtowne. Chmury tego rodzaju mogą być źródłem gwałtownych opadów deszczu, śniegu lub gradu, którym często towarzyszą burze. Cechą charakterystyczną tego rodzaju chmury jest występowanie silnego wiatru tuż przed rozpoczęciem opadu. Wiatr ten nosi nazwę szkwału. W chmurach tego typu występują bardzo silne prądy wznoszące i zstępujące. Ich prędkość może dochodzić nawet do kilkudziesięciu metrów na sekundę. Spotykane prędkości prądów wznoszących dochodzą do 10-15 m/s, a nawet do 25 m/s (90 km/h), choć ostatnie badania wskazują, że możliwa jest prędkość nawet 50 m/s (180 km/h).

 

 

 

Nimbostratus

 

       Nimbostratus, czyli chmura warstwowa deszczowa to chmura w postaci ciemnoszarej jednolitej warstwy, zazwyczaj całkowicie zasłaniającej niebo. Złożona jest z kropel wody oraz kryształków lodu. Jej występowaniu towarzyszą ciągłe opady deszczu lub śniegu. Dolna podstawa chmury występuje na wysokości 200-500 m (często pod podstawą występują jeszcze postrzępione przez wiatr chmury na wysokości rzędu 100-200 m, a nawet niżej). Grubość chmury jest bardzo duża i dochodzi do 4 000 – 6 000 m. Często też łączy się z wyżej położoną chmurą altostratusem. Jest to typowa chmura frontalna. Tego rodzaju chmura bardzo utrudnia funkcjonowanie lotnictwa, głównie z uwagi na ograniczenie widoczności. Całkowicie wstrzymuje się loty typu VFR, czyli z widocznością ziemi. Natomiast loty IFR zwykle są prowadzone.


 

Mgła

 

       Mgła to krople wody lub kryształy lodu zawieszone w powietrzu. Mgły różnią się od chmur tym, że ich dolna podstawa styka się z powierzchnią ziemi, podczas gdy podstawa chmur jest ponad powierzchnią ziemi. Mgła powoduje ograniczenie widoczności poniżej 1 km. Potocznie o mgle mówimy, gdy widzialność przy gruncie jest znacznie ograniczona, w przeciwnym razie mamy do czynienia z zamgleniem. Mgła potrafi całkowicie sparaliżować funkcjonowanie lotniska. I nie dlatego, że współczesne samoloty komercyjne nie byłyby w stanie wylądować, tylko dlatego, że po wylądowaniu załogi byłyby zupełnie ślepe i nie trafiłyby na stanowisko postojowe na płycie peronowej. Przy widoczności powyżej 75 m ruch na lotnisku zwykle przebiega normalnie. Pierwszym samolotem komercyjnym, który otrzymał automatyczny system lądowania był brytyjski Hawker Siddeley HS-121 Trident oblatany w dniu 9 stycznia 1962 roku.

       I jeszcze jedna sprawa dotycząca chmur. Do 50-lat XX wieku sądzono, że powyżej 10 000 m chmury nie występują. Okazało się jednak, że chmury można spotkać nawet na pułapie 20 000 m.

 

Temperatura atmosfery

 

        Warto również zwrócić uwagę na temperatury panujące w przedziale wysokości od 0 m do 20 000 m, czyli w zakresach jakich poruszają się załogowe statki powietrzne. W troposferze, czyli do 10 000 m generalnie jest tak, że temperatura powietrza wraz ze wzrostem wysokości opada średnio o 0,6 stopnia Celsjusza na 100 m wysokości. Ten spadek zależy jednak od wilgotności powietrza. Właśnie w wilgotnym powietrzu wynosi 0,6 stopnia Celsjusza na 100 m. Natomiast w powietrzu suchym ten spadek jest większy i może wynieść 1 stopień Celsjusza na 100 m. W efekcie w dolnej warstwie stratosfery temperatura ta może wynieść -60 stopni Celsjusza. Ale przeważnie jest na poziomie od -54 do -55 stopni Celsjusza. Przypomnę, że w typowej zamrażarce w domu mamy temperaturę -18 stopni Celsjusza. Pamiętam jak w 60-latach XX wieku lotnicy samolotów bombowych typu Ił-28, latem, przy temperaturze powietrza +30 stopnie Celsjusza przed wejściem do samolotu wkładali na siebie bardzo grube kożuchy, bo samoloty nie miały skutecznego ogrzewania.

 

Tlen

 

       I jeszcze jedna sprawa, o której musimy pamiętać, to tlen w atmosferze. Pomimo, że skład procentowy powietrza w troposferze nie zmienia się znacznie, to jednak jego gęstość (podobnie temperatura i ciśnienie) maleje z wysokością. Zatem tlenu, który jest składnikiem powietrza, jest mniej w jednostce objętości im wyżej nad powierzchnią Ziemi. I tak, na wysokości ponad 4 000 m we wdychanym powietrzu jest już zbyt mało tlenu, aby człowiek (bez odpowiedniego przystosowawczego treningu) mógł przeżyć tam bez maski i butli tlenowej. Dlatego samoloty komercyjne mają instalacje, klimatyzacji, wentylacji i ogrzewania.

 

Loty w chmurach

 

       Parę zdań na temat lotów w chmurach. Szybownicy niemal od początku latali w chmurach. Jak wiadomo cumulusy widoczne gołym okiem są częścią komina termicznego w którym powietrze wznosi się ku górze. Dlatego loty w chmurach wśród szybowników były traktowane jako rzecz normalna. Prowadzono nawet szkolenia w tym zakresie. Jednak ostatecznie zakazano lotów w chmurach z trzech powodów. Po pierwsze wilgotne powietrze źle działało na konstrukcje drewnianych szybowców. Po drugie, dochodziło do zderzeń szybowców. Po trzecie wprowadzono podział lotnictwa: na loty z widocznością ziemi VFR i na loty bez widoczności ziemi, na przyrządy IFR. Trzeba także wiedzieć, że podczas Bitwy o Anglię chmury często ratowały pilotów myśliwskich z opresji, chociaż bywało, że wychodzili z chmury na plecach, mimo że daliby się pokroić, że lecieli w poprawnej pozycji. Lot w chmurze może być niebezpieczny z uwagi na utratę orientacji. Stopień dezorientacji może być niezwykle wysoki. Do tego stopnia, że pilot przestaje ufać przyrządom nawigacyjnym.

 

       Kilka lat temu z chmur zaczęli korzystać paralotniarze, bo to im daje „dobre noszeni”. Mało się jednak mówi o tym, że kilku z nich w ten sposób straciło życie. Prawdopodobnie dostali takie noszenie, że nie byli w stanie zbić wysokości. Wspomniałem już co czeka człowieka powyżej 4 000 m (brak tlenu, ujemne temperatury, duża wilgotność). Przypuszczalnie osoby te wyglądały jak lodowe mumie.

 

Wiatr

 

        Silny, porywisty wiatr o prędkości dochodzącej do 100 km/h zwykle uniemożliwia bezpieczne lądowanie. Istotny jest także kierunek z którego ten wiat wieje. Podając prędkość wiatru podaje się zawsze prędkość przeciętną. Ale silny wiatr nigdy nie jest stały, ani co do wartości, ani co do kierunku. Wartość prędkości zmiana się w zakresie +/- 15 %. Jeśli za tym wieje 90 m/s to rzeczywiście może być od 75 do 115 m/s. Dlatego używa się określenia porywisty wiatr. O ile wiatr w poziomie jest przewidywalny to ruchy pionowe już nie bardzo. W burzy są one dzikimi ruchami.

 

       Mówiąc o wietrze należy pamiętać, że typowy samolot komercyjny leci z prędkością Ma=0,80-0,85. Jeśli napotyka silni wiatr przedni to ta prędkość wzrasta i na skrzydłach i usterzeniu możemy mieć lokalnie przekroczoną prędkość dźwięku, czyli opór falowy, a to wiąże się z możliwą utratą stateczności.

 

Ognie świętego Elma

 

       Zwiastunem kłopotów w transporcie lotniczym mogą być ognie świętego Elma. Ognie świętego Elma są także nazywane ogniami św. Bartłomieja, lub ognie Kastora i Polluksa. Jest to zjawisko akustyczno-optyczne w postaci małych wyładowań elektrostatycznych na przedmiotach z ostrymi krawędziami. Wyładowaniom tym towarzyszy syczenie, świst lub gwizd. Zjawisko to zawsze zapowiada burzę. Łatwe jest do zaobserwowania w górach i na morzu, oraz w lotach na dużej wysokości. Na statkach jest dostrzegalne zwykle na masztach. W samolotach komunikacyjnych na wycieraczkach przednich szyb kokpitu. Ognie św. Elma może wywołać także pył wulkaniczny, którego ostre drobiny trą o krawędzie skrzydeł samolotu, dając jasną poświatę.

 

Burza

 

       Burza w rejonie lotniska jest niebezpieczna. Załogi zawsze powinny być odsyłane na lotnisko na którym nie ma burzy. We wszystkich takich przypadkach samolot kierowany jest na lotnisko zapasowe, które jest planowane w planie lotu na każdy rejs. W przypadkach kiedy warunki są przemijające (mgła czy burza), oczekuje się na poprawę pogody w strefach do tego specjalnie przeznaczonych, a paliwo na taką okoliczność jest również obliczone w planie lotu.

 

       Burza podczas przelotu nie jest niebezpieczna, gdyż załogi maszyn omijają je. W tym celu używają radaru meteorologicznego, korzystają z podpowiedzi od innych załóg samolotów przelatujących w tych obszarach lub kontrolerów ruchu lotniczego, którzy też obserwują zjawiska meteorologiczne i są w stałym kontakcie z pilotami. Problem zaczyna się wówczas, kiedy załoga chce na przykład zaoszczędzić paliwo i zamiast zmienić trasę, to próbuje zwiększyć pułap i przejść na burzą. Liczą na to, że samolot osiągnie pułap wyższy od szczytu burzy, którego w zasadzie nie znają. Czasami się udaje, ale bywają przypadki, że nie. Tak było na przykład w państwie moskiewskim. W dniu 22 sierpnia 2006 roku Tupolew Tu-154 (nr rejestracyjny: RA-85185), należący do linii Pulkovo Aviation Enterprise, wystartował z nadmorskiego kurortu Anapa, nad Morzem Czarnym w lot do Sankt Petersburga. Na pokładzie było 160 pasażerów i 10 osób załogi. Samolot zajął pułap 10 700 m. Już po pół godzinie podróży, piloci natrafili na front burzowy. W związku z zaistniałą sytuacją, kapitan postanowił zmienić nieco kurs i „przeskoczyć” chmury. Ale w tym przypadku, front burzowy okazał się wyjątkowo wysoki i miał pułap 15 000 m. Samolot spadł jak cegła. Nikt nie przeżył.

 

W ten sposób doszliśmy do sedna problemu w bezpieczeństwie lotów na dużych wysokościach, a mianowicie do turbulencji.

 

TURBULENCJE

 

       Pojęcie turbulencje występuje w mechanice ośrodków ciągłych, reologii i aerodynamice. Ogólnie termin ten oznacza burzliwe, skomplikowane, nielaminarne, a nawet chaotyczne zachowanie się dowolnego układu fizycznego. Nas najbardziej interesuje zachowanie się mas powietrza w którym porusza się samolot, na pokładzie którego jesteśmy, a więc aerodynamika i meteorologia.

 

        Nawet w najbardziej spokojnym ośrodku, jakim może się nam wydawać nasze mieszkanie występują takie ruchy powietrza, które możemy nazwać turbulencją. Wystarczy zaobserwować dym z papierosa. Przez około 5-10 cm unosi się laminarnie i spokojne, ale wyżej zaczyna wykonywać różne zwroty i traci swoją spójność. W skali laboratoryjnej jesteśmy w stanie te wszystkie ruchy wyliczyć i przewidzieć dalsze konsekwencje. Jednak w ośrodku takim jakim jest atmosfera ziemska sprawa jest dużo trudniejsza. Do chwili obecnej brak jest ścisłych wiadomości na temat powstawania turbulencji w atmosferze. Nie są znane istotne cechy tego zjawiska, choć oczywiście ewidencja faktów kieruje uwagę badaczy na pewne zagadnienia. Nie wiemy czy atmosfera w stanie turbulencji jest układem chaotycznym, czy może jednak są tutaj określenie prawa.

 

        Stwierdzono, że podstawowymi przyczynami, które wywołują turbulencje, są zjawiska meteorologiczne. Typowy wiatr, dla typowej osoby wieje w poziomie. Ale na dużych pułapach ogrzane słońcem od ziemi powietrze, może się wznosić. Są to prądy konwekcyjne. Ale ich prędkość wznoszenia w rozrzedzonym powietrzu, może być bardzo duża. Na dużym pułapie może natrafić na zimne masy powietrza, które z kolei prą w kierunku ziemi. Powietrze unoszone prądami konwekcyjnymi wraz ze wzrostem wysokości ochładza się i tak powstają chmury. Załogi widzą te chmury na ekranach pogodowych stacji radiolokacyjnych w swoich samolotów. Można zwiększyć pułap dla wyjścia ponad chmury. Samolot jednak nie może się bez końca wznosić. W dodatku zawęża się zakres minimalnej i maksymalnej prędkości lotu. Do tego dochodzą intensywne zjawiska pokrywania się lodem płatowca oraz spadek efektywności sterów, bo powietrze jest bardziej rozrzedzone. Jeśli samolot jest w turbulencji, to wówczas powietrze do rurki pitota wpada co chwila pod innym kątem i przyrządy wariują. Załogi pierwszych jetliners były oczywiście szkolone w lotach według przyrządów. Jednak efekt tego szkolenia był taki, że załoga bezgranicznie ufała sztucznemu horyzontowi i na wiarę przyjmowała wskazania prędkościomierza, wariometru itp. Lepiej w takich sytuacjach radzili sobie byli piloci wojskowi, gdyż bardziej „czuli” samolot niż ufali sprzecznym wskazaniom przyrządów.

 

        To co przytrafiło się załodze Tupolew Tu-154 (nr rejestracyjny: RA-85185) to samo przytrafiało się na przełomie lat 50/60-tych załogom pierwszych jetliners. Załogom tym czasami udało się wyjść szczęśliwie z opresji. Opracowano procedury (1966 rok) postępowania w takim przypadku. Jeśli samolot był na wystarczającej wysokości to wbrew logice trzeba było wolant odepchnąć od siebie, a nie ściągać na siebie. Efekt był taki, że maszyna zaczynała nurkować, ale odzyskiwała prędkość, schodziła na niższy pułap, gdzie zakresy prędkości użytkowych są o wiele większe, a przyrządy zaczynały wskazywać poprawny stan samolotu. I oczywiście wyprowadzenie z nurkowania.

 

       Duże chmury są zawsze bardziej niebezpieczne niż małe, dlatego, że znacznie bardzie ujawnia się w nich zjawisko utajonego ciepła parowania. Zjawisko to polega na tym, że aby woda odparowała musi otrzymać stosowną ilość ciepła. Zamienia się w niewidoczny gaz (parę wodną) i unosi się w górę. Następnie zamienia się w chmurę. Ponieważ ma jeszcze sporo energii cieplnej chce ją oddać innym napotkanym masom powietrza. Powstają takie różnice temperatur, że wywołują ruch o prędkości nawet 50 m/s. Krople wody zamarzają po przekroczeniu izotermy zerowej, powstaje grad, szron i oblodzenie. Im większa chmura tym większe prawdopodobieństwo, że krople wody i gradu będą większe.

 

        Chmura chmurze nierówna. W cumulusie ruchy pionowe rzadko przekraczają 5 m/s. Ale w chmurze burzowej to co innego. Początkiem burzy jest rozbudowa pionowa chmur. Pionowa rozbudowa chmur objawia się tym, że zamiast ładnych, okrągłych cumulusów mamy te cumulusy w formie wież, co nadało im nazwę cumulus castellanus. Castellanus może przerodzić się w chmurę burzową nawet w czasie pół godziny i nie daje wiele czasu.

 

        Choć chmury burzowe na pułapie 12 000 m wyglądają bajecznie to dla samolotu mogą być wyrokiem. Obszar burzy może mieć nawet 50 km średnicy. Czasami przypominają kształtem grzyb po wybuchu bomby jądrowej, z ta różnicą, że wewnątrz chmur burzowych są wyładowania elektryczne i cała chmura świeci.

 

        Na takie warunki pogodowe trafiła załoga samolotu Air France 447 w dniu 1 czerwca 2009 roku. Samolot Airbus A330 rejestracja F-GZCP, leciał z Rio de Janeiro do Paryża. (31.05.2009r.-1.06.2009r.). Na pokładzie samolotu znajdowało się 216 pasażerów i 12 członków załogi, spośród których nikt nie ocalał. Samolot wystartował planowo o 19:03 czasu lokalnego, a jego przylot był oczekiwany w Paryżu o godzinie 11:15 czasu lokalnego. Kapitan miał na kącie 11 000 godzin za sterami w tym 1 100 godzin w A330. Tuż przed tragedią samolot miał prędkość 453 węzły (około 840 km/h) i pułap 35 000 ft (10 670 m). Trafili na obszar zwrotnikowych burz, rozbudowanych przypuszczalnie nawet do 20 000 m. Wiatr w porywach wynosił 44,44 m/s (160 km/h). Airbus, zanim zaginął, zdążył przesłać 24 informacje o błędach na pokładzie. Sygnały były przesyłane w czasie, gdy ulegały awarii kolejne elementy systemu. Czarne skrzynki zlokalizowano i wydobyto dopiero w maju 2011 roku. W dniu 5 lipca 2012 roku ukazał się raport końcowy. Początkiem problemów było zamarznięcie sond pomiarowych (rurek pitota), a przez to przyrządy pokładowe otrzymywały sprzeczne informacje. Wyłączył się autopilot. Załoga nie zastosowała procedury „unreliable IAS” (pl.: niewiarygodny odczyt prędkości przelotu). Jeden z pilotów ściągał joystick na siebie, a drugi go odpychał. W takiej sytuacji układ fly-by-wire interpretował to jako zero. W dodatku nikt nie kontrolował pracy i ciągu silników. Wkrótce samolot uległ przeciągnięciu. Jeszcze był czas na prawidłowe działanie. Jednak ani sygnał dźwiękowy o fakcie przeciągnięcia, ani silne turbulencje, nie zostały właściwie zinterpretowane.

 

       Ze względu na intensywność turbulencję dzieli się na lekką, średnią i mocną. Przy drugim i trzecim stopniu odczuwalne są zmiany wysokości lotu, występują trudności z utrzymaniem kontroli nad samolotem, a przeciążenie sięga ponad 1G. Turbulencje są zjawiskami, których obserwacja z ziemi jest trudna, dlatego też w większości przypadków jedynym dostępnym dowodem ich występowania są obserwacje ze statków powietrznych. Jeżeli zatem w trakcie lotu pojawiają się warunki meteorologiczne, które w ocenie kapitan mogą mieć wpływ na bezpieczeństwo lotów innych statków powietrznych to ma on obowiązek powiadomić o tym fakcie ATC tak szybko, jak to jest możliwe.

 

USKOK WIATRU

 

       Okazało się także, że również niebezpieczne są turbulencje na małej wysokości. Są one jednak zwykle do przewidzenia. Powstają one z powodu ukształtowania terenu lub znacznych różnic temperatur w gorących klimatach. Wśród turbulencji na niskim pułapie najgroźniejszy jest uskok wiatru. Ale o nim dowiedziano się dopiero w 80-latach.

 

        Badania przeprowadzone w 60-latach przez NASA, FAA i inne organizacje, dały człowiekowi mylne przeświadczenie, że poznaliśmy na tyle mechanizmy występujące w atmosferze, że zjawiska turbulencji jesteśmy w stanie bezpiecznie przejść. Problem pojawił się w 60-latach, kiedy to na wojnę do Wietnamu wysłano nowoczesne samoloty F-111, które mogły latać szybko i nisko zgodnie z rzeźbą terenu. Już w pierwszych miesiącach utracono sześć maszyn. Nie potwierdziły się początkowe informacje, że samoloty zostały strącone. Wietnamczycy o niczym nie wiedzieli. Prawda okazała się brutalna – turbulencje. Jeszcze alarmu nie ogłoszono. To były samoloty wojskowe. Teren trudny, a prędkości ogromne.

 

        Firma Lockheed postanowiła zbudować samolot komercyjny szeroko kadłubowy, cud techniki, który pod każdym względem będzie przewyższał konkurentów. Najważniejsze były dwie sprawy. Po pierwsze najniższe zużycie paliwa na jednego pasażera. Po drugie możliwość lądowania w warunkach w których konkurenci nie lądują. Tym samolot stał się Lockheed L-1011 TriStar oblatany w dniu 16 listopada 1970 roku. I on taki był, gdyby nie to że, lądowanie w każdych warunkach jest niemożliwe.

 

       W dniu 2 sierpnia 1985 roku samolot Lockheed L-1011 TriStar rejestracja N726DA firmy Delta Air Lines Lot 191 odbywał lot krajowy na trasie z Fort Lauderdale na Florydzie, do Los Angeles, poprzez Dallas. Samolot w ciężkich warunkach pogodowych rozbił się podczas podejścia do lądowania w Dallas. Zginęło 136 ludzi na pokładzie i kierowca samochodu osobowego na pobliskiej autostradzie. Przeżyło 27 osób. Głównym powodem katastrofy był uskok wiatru.

 

        Przed lotem załoga otrzymała prognozę pogody na planowej trasie. Było w nim napisane, że możliwy przelotny deszcz i burze. Już w trakcie lotu załoga otrzymała kolejne ostrzeżenie o pojedynczych burzach nad Oklahomą i Teksasem. Start nastąpił o godzinie 15:00. Po minięciu Nowego Orleanu załoga zdecydowała nieco zmienić trasę i polecieć bardziej na północ, aby ominąć lokalne buirze. O godzinie 17:35 załoga otrzymała kolejną automatyczną informację pogodową, o złych warunkach atmosferycznych. W chwile później kontroler ruchu lotniczego polecił im zejść na pułap 25 000 ft (7600 m). O godzinie 17:43 kontroler nakazał obniżenie pułapu do 10 000 ft (3 000 m) i kurs 250 stopni. Ale kapitan stwierdził, że wolałby obejść kolejną burzę, z lewej lub prawej strony, niż w nią wchodzić. Po wymianie zdań kontroler dał nowy kurs i nakazał zejść do 9 000 ft (2 700 m). Kapitan przyjął to z ulgą. O godzinie 17:51 samolot został przekazany z jednej kontroli obszaru ARTCC Fort Worth do drugiej DFW Airport Control podejścia. Nakazano pułap do 7 000 stóp (2 100 m). Załoga rozpoczęła procedurę przygotowania do lądowania. O godzinie 17:54 kontroler polecił obniżyć prędkość do 180 węzłów (210 mph) i wprowadził korektę kursu. Załoga wszystko wykonała. O godzinie 17:56 samolot miał już pułap 5 000 ft (1 500 m). Kontroler poinformował, że na północ od lotniska nie było deszczu i że lądowanie będzie według systemu ILS. W chwile później pierwszy oficer powiedział - ”Będziemy nasz samolot myć”. W tym czasie kontroler podał – „RWY 17L”. Na tym samym podejściu przed Lockheed L-1011 były dwa samoloty. Załoga pierwszego stwierdziła, że muszą wyrwać się z tego prysznica jak szybko dadzą radę i nie lądowała. Drugi był Learjet 25. Learjet 25 napotkał ciężki deszcz i stracił widoczność z przodu, ale był w stanie kontynuować swoje podejście ILS i wylądowała bezpiecznie. W ten sposób ILS się zwolnił dla L-1011. O godzinie 18:00 załoga Lockheed L-1011 otrzymała kolejne wskazówki – pułap do 3 000 stóp (910 m) i prędkość do 170 węzłów (200 mph). Kolejne polecenia 2 300 stóp (700 m) i do 160 węzłów (180 mph). O 18:03 kontroler poinformował że zmienił się kierunek wiatru. Kontroler wieży obsługi lądowania na drodze startowej RWY 17L widział piorun z komórki burzowej po wylądowaniu Learjet 25. O godzinie 18:03 kontroler po raz kolejny poprosił o zmniejszenie prędkości do 150 węzłów (170 mph), i poinformował kontrolera na wieży. Ten poinformował L-1011 Flight 191 o ciężkim deszczu i o wietrze w porywach do 15 węzłów (17 mph). Załoga wypuściła podwozie i dała pełne klapy do lądowania. O godzinie 18:04 załoga dostrzegła błyskawice przed sobą i weszła w burzę. Do RWY było około 7 000 m. Pułap 1 000 ft (300 m). O godzinie 18:05:26 załoga dała pełną moc silników z zamiarem odejścia. Samolot zadarł nos w górę, ale zamiast wznosić się zaczął przepadać. Momentami 50 ft/s. Był już zdecydowanie pod ścieżką schodzenia. Odezwał się alarm "whoop whoop podciągnąć". Kapitan rzucił hasło „Toga” maksymalny ciąg i odejście. O godzinie 18:06 samolot wciąż przepadał w tempie około 10 stóp (3,0 m) na sekundę. Koła dotknęły zaoranego pola na lewo od ścieżki schodzenia w odległości 6,336 stóp (1931 m), na północ od drogi startowej i 360 stóp (110 m) na wschód od linii centralnej drogi startowej. Samolot wpadł na autostradę i trafił w samochód osobowy zabijając kierowcę. Skosił kolejne latarnie uliczne. Następowała systematyczna destrukcja samolotu. Samolot zapalił się. Odpadło usterzenie i nos samolotu. Ostatecznie rozbił się o naziemne, metalowe zbiorniki wodne. Kadłub obrócił się i stanął w kuli ognia.

 

        Po długim dochodzeniu NTSB winnego katastrofy wskazywała kapitana. Przypisano mu celowe wejście w burzę, choć główną przyczyną był uskok wiatru. NTSB uznała również, że brak konkretnych szkoleń, zasad i procedur unikania i ucieczki niskiej wysokości uskoków wiatru była czynnikiem sprzyjającym katastrofie. NTSB krytykowała postępowania służb lotniska Dallas. Miejskie służby ratunkowe były powiadamiane dopiero po 10 minutach od katastrof i to powiadamianie trwało aż 45 minut. To na pewno odbiło się na zdrowiu tych którzy przeżyli, a być może pozbawiło życia, tych który jeszcze żyli. Badanie przyczyn wypadku przez NTSB trwało ponad dwa lata, a rozprawa przed sądem kolejne dwa. Sąd uznał winę załogi i linii Delta, która nie prowadziła właściwych szkoleń. Sąd wyższej instancji podtrzymał wyrok. W późniejszych komentarzach nie da się uniknąć wrażenia, że gdyby nie był to samolot L-1011, to decyzja o odejściu zostałaby podjęta wcześniej.

 

        Uskok wiatru to nagła zmiana kierunku i prędkości wiatru spowodowana cyrkulacją prądów powietrza pod chmurą Cumulonimbus, powodująca nagłą utratę lub wzrost siły nośnej, a tym samym wytrącenie samolotu ze stanu równowagi aerodynamicznej. Zjawisko to trwa zwykle od 3 do 5 minut. Prędkość powietrza osiąga nawet 50 m/s. Z tego powodu najbardziej narażone są na nie samoloty startujące i lądujące. Zwykle jest tak, że samoloty podchodzący do lądowania najpierw dostaje dodatkowa siłę nośna od spodu. Kapitan wówczas redukuje prędkość, aby utrzymać się na ścieżce. Lecz po chwili samolot trafia na prądy stępujące, które gniotą go do ziemi. Lub na prądy z tyłu samolotu, co powoduje utratę siły nośnej. Efekt jest taki sam. Na wyższym pułapie pilot ma czas na reakcję i odzyskanie siły nośnej poprzez zwiększenie prędkości, ale w fazie lądowania samolot znajduje się na wysokości maksymalnie kilkudziesięciu metrów nad ziemią.

 

       Ostatnim rodzajem turbulencji są takie, które są wywołane przez same samoloty. Zjawisko jest niezwykle groźne dla małych samolotów, które podchodzą do lądowania zaraz za dużymi maszynami. Dlatego istotna jest odpowiednia separacja.

 

 

 

       Na koniec dobra rada. Siedząc w samolocie w fotelu miej zawsze zapięte pasy. Rozepnij je tylko wówczas gdy musisz wstać. W kuszetkach dla załogi samolotu także są pasy.

 

Opracował Karol Placha Hetman