Посадка на ВПП, покрытую слоем воды или слякоти (глиссирование и методы борьбы)

ГИДРОГЛИССИРОВАНИЕ Аквапланирование — это возникновение гидродинамического клина в пятне контакта шины — то есть полная или частичная потеря сцепления, вызванная присутствием водяного слоя, отделяющего шины движущегося транспортного средства от дорожной поверхности. При этом транспортное средство практически неуправляемо. Возникает, когда скорость достигает критического значения, при котором колесо не успевает удалять воду из пятна контакта. Чем больше водная плёнка на поверхности дороги и меньшая остаточная глубина протектора шины, тем выше риск аквапланирования.

Сущность этого явления состоит в том, что при достаточно большой скорости движения самолета по ВПП на колеса действует гидродинамическая подъемная сила, уменьшающая сцепление колес с поверхностью ВПП вплоть до полного отрыва их от поверхности ВПП.

Явление гидроглиссирования существенно ухудшает характеристики устойчивости и управляемости самолета на пробеге, так как сцепление колес с ВПП значительно уменьшается и даже может полностью отсутствовать. Это особенно опасно при наличии бокового ветра, который может привести к сносу самолета за пределы ВПП.

Возникновение гидроглиссирования зависит от глубины слоя жидкости на ВПП и от состояния рисунка протектора авиашины. При гладких сношенных протекторах гидроглиссирование может начаться при толщине слоя жидкости 2—3 мм. При сохранении рисунка протектора гидроглиссирование начинается при толщине слоя 6—8 мм. При посадке на асфальтовую ВПП гидроглиссирование возникает при меньшей толщине слоя жидкости.

Предельно допустимая скорость бокового ветра для самолета Як-40 составляет для сухой ВПП 15 м/с, для мокрой ВПП 8 м/с, для ВПП, покрытой водой и слякотью, 5 м/с.

Влияние состояния ВПП

Взлет и посадка при наличии осадков (вода, слякоть, снег, лед на ВПП) для современных реактивных самолетов – сложный процесс. Под термином "осадки" понимаются любые осадки на ВПП: от сухого снега до стоячей воды.

Несмотря на разнообразие средств торможения современного самолета, основными все же являются тормоза колес и реверс тяги. Если при посадке на сухую бетонную полосу около 80% энергии движения самолета гасится в результате использования тормозов и реверса тяги и около 20% – за счет аэродинамического сопротивления самолета (закрылки, интерцепторы и т.д.), то при посадке на мокрую ВПП только около 40% кинетической энергии гасится тормозами, а в случае износа покрышек еще меньше. Реверс тяги и интерцепторы в этом случае играют большую роль.

При взлете и посадке во время дождя или при наличии осадков авиашины становятся неэффективными, вследствие резкого ухудшения характеристик их сцепления с поверхностью ВПП, и управление колесами передней опоры ухудшается.

Наличие осадков на ВПП оказывает отрицательное влияние на конструкцию самолета и его взлетно-посадочные характеристики: появляется дополнительное сопротивление от ударов мокрого снега, брызг воды о самолет, возникает опасность попадания жидкости в воздухозаборники двигателей, управление самолетом затрудняется и увеличивается длина разбега и пробега.

Особенно опасна посадка при наличии бокового ветра. Незначительное отклонение самолета от оси ВПП при воздействии разворачивающих моментов и сил не всегда удается исправить органами управления самолета, вследствие чего самолет может оказаться за пределами ВПП, так как боковая сила, возникающая при скольжении на разбеге или пробеге, не может быть уравновешена силами сцепления колес с ВПП и аэродинамическими силами органов управления. Поэтому величина максимально допустимого бокового ветра при наличии осадков на ВПП составляет 5 м/с.

Указанные особенности взлета и посадки самолета являются следствием возникновения гидроглиссирования (аквапланирования). Проведенные исследования показали, что при определенной толщине слоя жидкости на ВПП и при некоторых параметрах авиашин имеется определенная скорость самолета, при которой авиашины полностью отрываются от поверхности ВПП под действием гидродинамических сил, создаваемых жидкостью, заключенной между авиашинами и ВПП. Эта скорость называется скоростью гидроглиссирования (аквапланирования).

При длительном скольжении протектор нагревается. Степень нагрева столь велика, что вода от контакта с ним превращается в пар. Большая температура и высокое давление могут вызвать плавление резины – ревулканизацию. Резина размягчается, становится клейкой и пузырьки пара оказываются, как в ловушке. В итоге на площади отпечатка колеса образуется паровая подушка (этим и объясняются характерные белые следы, оставляемые колесами на мокрых ВПП, в отличае от черных следов, образующихся на сухой ВПП).

Эффект гидроглиссирования значительно увеличивает длину пробега на мокрой ВПП. Исследования показали, что гидроглиссирование возникает при скоростях в среднем 170 - 190 км/ч (зависит от давления в авиашинах). При этом контакт между колесами и покрытием полосы нарушается и между ними появляется водяная пленка. Это приводит к потере эффективности тормозов и затрудняет выдерживание направления пробега самолета.

Физическая сущность гидроглиссирования заключается в том, что при взлете и посадке на ВПП, покрытой водой или мокрым снегом, перед каждым колесом образуется волна, в которой возникает повышенное гидродинамическое давление. При этом появляется сила сопротивления вращению колеса. В результате колесо останавливается, даже если не был использован тормоз. Когда гидродинамическое давление в этой волне сравняется с давлением в авиашинах, колесо приподнимается над поверхностью ВПП и начинает скользить по водяному слою. Но до наступления аквапланирования, пока сохраняется некоторый контакт колеса с поверхностью ВПП, создается так называемый водяной клин. В нем молекулы воды под действием гидродинамического давления проникают между авиашин и поверхностью ВПП, уменьшая его контактную площадь. В то же время они служат как бы смазкой, снижающей коэффициент трения. Вследствие гидродинамического давления создается гидродинамическая подъемная сила Y гл, которая в сумме с аэродинамической подъемной силой способна уравновесить приходящуюся на него долю силу тяжести самолета (рис. 50).

[1] Рис. 4.5. Силы, действующие при глиссировании ВС:

F»a - сила нормального давления; F_ra - подъемная сила водяного клина под пневматиками колес шасси; F,_y - горизонтальная составляющая гидравлической силы

Факторы, влияющие на возникновение гидроглиссирования

основными факторами, влияющими на скорость наступления глиссирования, являются:

· посадочный вес ВС;

· углы отклонения механизации крыла;

· реверс СУ;

· давление в пневматиках колес

· рисунок протектора пневматиков колес;

· состояние ВПП (фактура ВПП). Грубая отделка или наличие специальных канавок увеличивает коэффициент сцепления и скорость глиссирования (КС на мокрой ВПП при наличии канавок размером 6,4 × 6,4мм такой же, как на сухой ВПП без канавок);

· плотность жидкого слоя (слякоти, воды) на ВПП;

· центровка;

· расположение колес основных стоек шасси. При тандемном расположении колес скорость наступления глиссирования увеличивается;

· поперечный уклон ВПП – обеспечивает сток воды, увеличивается КС и Vгл;

· боковой ветер – может создать условия одностороннего глиссирования.

Как показали испытания, эффект гидроглиссирования возникает лишь при определенной глубине слоя воды или слякоти и в значительной степени зависит от состояния шины колеса, поверхности ВПП и некоторых других параметров.

1. Параметры жидкости (воды, слякоти). Гидроглиссирование возникает при глубине слоя жидкости около 2 - 3 мм на сравнительно гладкой поверхности ВПП, как правило, на асфальто-бетонном покрытии. На гладком бетоне при гладкой поверхности авиашин возникает гидроглиссирование при глубине слоя воды или слякоти 2,5 - 10 мм. При средней глубине слоя воды и слякоти около 7,5 мм гидроглиссирования не избежать. Влияние плотности жидкости на возникновение гидроглиссирования мало изучено. Однако установлено, что чем больше плотность, тем меньше слой жидкости на ВПП нужен для возникновения гидроглиссирования. Плотность смеси талого снега с водой ниже, чем чистой воды, и составляет 0,82, поэтому гидроглиссирование может наступить при большей толщине слоя такой жидкости.

2. Параметры авиашин. Чем больше давление в авиашинах, тем больше скорость начала гидроглиссирования на взлете и его конца на посадке. А это значит, что при взлете, когда гидроглиссирование наступает на большей скорости, сопротивление движения увеличивается параболически, следовательно, увеличивается длина и время разбега, самолет может не взлететь или может произойти его поломка.

На возникновение гидроглиссирования также влияет рисунок авиашин. Продольные желобки повышают скорость гидроглиссирования, так как через пазы авиашин вода уходит с пути колеса, следовательно, меньшее количество воды или слякоти будет участвовать в образовании гидродинамической подъемной силы и, как результат, уменьшение гидродинамической подъемной силы. Для создания гидродинамической подъемной силы, равной внешней нагрузке, потребуется увеличение скорости гидроглиссирования.