5.4. Ширина злітно-посадкових смуг та рульових доріжок

Ширина ШЗПС залежить від габаритів розрахункового типу повітряних суден і траєкторії руху при зльоті та посадці. Для визначення ширини ШЗПС виконані значні дослідження. Вони проводилися як теоретичним, так і дослідним шляхом. При теоретичному розгляді було запропоновано ряд формул, виведених з припущення, що відхилення руху повітряного судна від повздовжньої осі смуги відбувається під певним кутом в межах початкової частини дистанції розгону, або ж враховують бічне відхилення повітряного судна на останньому етапі розбігу під дією бокового вітру. Досвід експлуатації аеродромів показав, що розрахунки за такими формулами дають завищену ширину ШЗПС. Тому більшого поширення отримали експериментальні методи визначення ширин ШЗПС. Ці методи визначають ширину ШЗПС на основі обробки статистичних даних про розподіл проходів коліс літака по ШЗПС.

При експериментах фіксувалися відхилення повітряних суден від осі ШЗПС в момент приземлення і в процесі подальшого руху. У результаті цих спостережень отримані чисельні значення мінімальної ширини ШЗПС для різних типів повітряних суден, що забезпечує безпеку виконання злітно-посадкових операцій.

Проте експериментальні методи не дозволяють визначати ширину ШЗПС для перспективних повітряних суден, а також мають деяку умовність, оскільки вони засновані на дослідних даних, отриманих лише для конкретних умов на ШЗПС певної ширини. Значні дослідження і розробка способів розрахунку ширини ШЗПС виконані проф. В. І. Блохіним. Дослідно-теоретичні дослідження В. І. Блохіна засновані на наступних вихідних передумовах.

Рис. 5.7. Розрахункова схема для визначення ширини ШЗПС.

На основі аналізу численних дослідних спостережень за зльотами і посадками повітряних суден встановлено, що розрахунковим випадком для визначення ширини ШЗПС є посадка. При посадці приземлення повітряного судна відбувається не точно на вісь ШЗПС, а на деякій від неї відстані. Подальший рух відбувається за складною траєкторією , зумовленою низкою зовнішніх збурень за рахунок неоднорідності якості ШЗПС, поривів вітру, реакції пілота (рис. 5.7). Збурений рух можна розділити на два: основний, обумовлений відносно великим збуренням, і додатковий, обумовлений відносно дрібними збуреннями. Надалі для спрощення як розрахунковий розглядається лише основний рух.

При визначенні ширини ШЗПС обрана така розрахункова схема, яка забезпечує найбільше відхилення повітряного судна від осі ШЗПС. Ця схема передбачає, що при наявності вітру приземлення відбувається під деяким кутом до осі ШЗПС, а виникаючі при приземленні збурюючі сили додатково відхиляють повітряне судно від осі ШЗПС на величину . Далі повітряне судно рухається по кривій, асимптотично наближуюючій до напрямку,що паралельний ШЗПС. При подальшому русі під дією бокового вітру можливе додаткове відхилення повітряного судна на величину . Відхилення і можливі в обидві сторони від осі ШЗПС.

Виходячи з прийнятої розрахункової схеми мінімальна ширина ШЗПС, що забезпечує безпеку виконання злітно-посадкових операцій, визначається як найбільша з двох величин і :

(5.53)

де - початкове відхилення повітряного судна від осі ШЗПС; - найбільше початкове відхилення повітряного судна від напрямку руху в момент приземлення; - додаткове найбільше відхилення в ту ж сторону на ділянці пробігу; - відстань від кромки покриття до осі повітряного судна в момент його найбільшого відхилення від осі ШЗПС;

- колія шасі повітряного судна; - мінімально допустима відстань від кромки покриття ШЗПС до осі симетрії головного колеса шасі (ця величина визначається з умови міцності аеродромного покриття).

Рис. 5.8. Схема сил, що діють на літак.

Величина оцінює точність приземлення повітряного судна відносно осі ШЗПС. Вона залежить від кваліфікації льотчика і типу повітряного судна. Розрахункове значення встановлюється для даного класу повітряних суден дослідним шляхом у процесі спостережень при посадках.

Величини , характеризують відхилення центра ваги повітряного судна від початкового напрямку руху, залежать від стану покриття, швидкості і напряму бічного вітру, конструктивних і посадочних характеристик повітряного судна.

Розглянемо методику визначення цих величин стосовно . Для визначення необхідно розглянути рух повітряного судна під дією аеродинамічних сил і сил зчеплення коліс з покриттям ШЗПС.

В результаті дії цих сил повітряне судно здійснює складний рух, що складається з обертового руху самого повітряного судна щодо вертикальної осі, що проходить через його центр ваги, і обертального руху центру ваги повітряного судна щодо миттєвого центру кривизни. Криволінійний рух в горизонтальній площині (рис. 5.8) описується двома диференціальними рівняннями:

рівнянням сил, що зв'язують їх проекції на поперечну вісь:

рівнянням, що зв'язує моменти цих сил щодо вертикальної осі:

де , - бічні аеродинамічні сили, що діють відповідно на вертикальне оперення і фюзеляж повітряного судна; - бічна сила зчеплення коліс повітряного судна з покриттям ШЗПС; , , - абсциси точок прикладання сил; - момент інерції повітряного судна щодо вертикальної осі у; - кутова швидкість обертального руху повітряного судна щодо вертикальної осі, що проходить через його центр ваги; - кутова швидкість обертального руху центру ваги повітряного судна щодо миттєвого центру кривизни; - радіус кривизни траєкторії руху центру тяжіння.

В результаті вирішення цих рівнянь отримано рівняння траєкторії руху повітряного судна, що дозволяє визначити величину :

де - кут відхилення повітряного судна у бік вітру; - швидкість руху повітряного судна; - довжина ділянки, на якій відбувається наростання відхилення ; , , , , , - коефіцієнти, що характеризують повітряне судно, тип покриття , швидкість руху повітряного судна, швидкість бокового вітру.

Розглянутий спосіб дозволяє визначити ширину ШЗПС аеродромів, у тому числі і для перспективних повітряних суден.

Грунтові злітно-посадкові смуги (ГЗПС) з дерновим покровом вимагають більшої ширини, враховуючи необхідність послідовного ремонту і відновлення дернини на окремих стартах. Грунтові ЗПС на аеродромах вищих класів використовуються як запасні в разі ремонту ШЗПС або очищення її від снігу, а на аеродромах нижчих класів - як основні для регулярних польотів.

Для визначення необхідної ширини ГЗПС розглянуті наступні розрахункові випадки (рис. 5.9):

а) випадок вимушеної посадки на ГЗПС розрахункового типу повітряного судна в літній період року (аварійна ситуація, ремонт ЗПС). При цьому як несприятливий варіант розглядається аварійна посадка повітряних суден на колеса;

б) випадок вимушеної посадки на ГЗПС розрахункового типу повітряного судна в зимовий період року (очищення ШЗПС від снігу та ожеледиці), аварійна ситуація;

в) випадок використання ГЗПС для регулярних польотів (при відсутності на аеродромі ШЗПС).

У першому із зазначених випадків (випадок «а») ширина запасної ГЗПС визначається за формулами:

де - ширина грунтової смуги, при якій забезпечується безпека посадки розрахункового, типу повітряного судна в літній час; - ширина вимощення, що влаштовується по краях ШЗПС; - найбільше відхилення центра ваги повітряного судна від осі ГЗПС на траєкторії пробігу; - відстань від зовнішньої бічної грані крайніх коліс головної опори повітряного судна до вертикальної поздовжньої площини, що проходить через центр ваги повітряного судна.

Величина визначається як сума найбільшого початкового відхилення повітряного судна від осі грунтової смуги в момент приземлення і можливого додаткового найбільшого відхилення в ту ж сторону на ділянці пробігу . Значення і визначаються так само, як для ШЗПС, але при цьому враховуються особливості, що властиві випадку посадки на грунт (коефіцієнт бічної сили, тертя зчеплення коліс з грунтовою поверхнею, довжина пробігу, тощо).

У другому з розглянутих випадків (випадок «б») ширина запасної ГЗПС визначається з умови, що сумарна ширина ГЗПС і прилеглої до неї БСБ повинна бути достатньою для розміщення в її межах:

спеціально підготовлених для зимової експлуатації грунтової смуги, ширина якої , забезпечує безпеку посадки розрахункового типу повітряного судна;

очищуваного від снігу узбіччя ШЗПС з розмірами, що забезпечують безпеку посадки розрахункового типу повітряного судна на ШЗПС (10-25 м залежно від класу аеродрому);

грунтової смуги, що призначена для складання снігу , що забирається протягом зимового сезону з половини ширини ШЗПС, одного очищуваного узбіччя ШЗПС і половини ширини ГЗПС (якщо остання утримується методом очищення) з урахуванням снігу, який випадає на смугу складання .

Рис. 5.9. Розрахункова схема для визначення ширини ГЗПС: а – при умові експлуатації літом; б – при умові експлуатації зимою. Ширина запасної ГЗПС визначається з урахуванням розміщення розглянутих смуг

де - ширина бічної смуги безпеки; - ширина узбіччя ШЗПС; - ширина смуги для збирання снігу; - ширина грунтової смуги, що підготовлена для зимової експлуатації. Величину знаходять за формулою

де - найбільше відхилення центра ваги повітряного судна від осі зимової смуги на траєкторії пробігу (за аналогією з визначенням величина ); - половина розмаху крила повітряного судна розрахункового типу.

При визначенні повинні враховуватися правила зимового утримання аеродрому: необхідність очищення від снігу ШЗПС в межах всієї її ширини; складання снігу на початку зими на смузі шириною , товщиною шару 6-8 см для вирівнювання грунтової поверхні і захисту дернового покриву від промерзання. Викладення снігу на смузі шириною проводиться з доданням поверхні висхідного ухилу 1: 20.

У третьому з розглянутих випадків (випадок «в») ширина ГЗПС на грунтових аеродромах визначається як більша з двох умов:

експлуатація на ГЗПС повітряного судна розрахункового типу в літній період

експлуатація на ГЗПС повітряного судна розрахункового типу в зимовий період

де і - мінімально допустима ширина грунтової смуги, що забезпечує безпеку посадки повітряного судна розрахункового типу відповідно в літній та зимовий періоди року; визначається за формулами (5.59) і (5.61); і - число стартів по ширині ГЗПС виходячи з умови експлуатації аеродрому відповідно в літній та зимовий періоди року; визначається з умови регулярності польотів; - відстань від зовнішніх коліс головної опори шасі повітряного судна до кінця крила.

Необхідна ширина запасної ГЗПС визначається як найбільша при розгляді випадків вимушеної посадки повітряних суден у літній та зимовий періоди.

Застосування викладеної методики розрахунку дозволяє в багатьох випадках зменшити ширину ГЗПС. Це можливо в першу чергу за рахунок кліматичних умов розташування аеродрому (товщини снігового покриву) і скорочення ширини смуги для складання снігу.

Ширину РД призначають із умови забезпечення безпеки рулювання повітряних суден. Під безпечним розуміється рулювання, при якому не відбувається з'їзду повітряного судна з покриття і забезпечується міцність його крайової зони. Ширина РД залежить від конструкції повітряного судна, атмосферних чинників, стану штучного покриття, дії пілота.

Рис. 5.10. Розрахункова схема для визначення ширини РД.

Рух повітряного судна по РД здійснюється на швидкостях, при яких розвантажувальний вплив підйомної сили незначний, а аеродинамічні рулі напрямку недостатньо ефективні. Тому управління рухом здійснюється головним чином за допомогою коліс керованої носової опори, а в окремих випадках – підгальмовуванням коліс головної опори шасі. При рулюванні пілот витримує напрямок руху повітряного судна згідно маркувальної лінії, нанесеної на осі покриття стернової доріжки. Однак навіть найкращі пілоти не можуть гарантувати відхилення від прийнятого напряму. Рух на режимі рулювання здійснюється по складній траєкторії, близькій до синусоїдальної кривої. Відхилення центра ваги повітряного судна від осі РД обумовлено збурюючим впливом поривів вітру, нерівностями покриття, особливостями роботи керованої носової опори, тощо. При наявності бічного вітру виникає розвертаючий момент, що залежить від кута ковзання. Розвертаючий момент прагне розвернути повітряне судно в бік ковзання. Швидкість і характер руху по РД залежать від стану покриття. При сухій поверхні можна очікувати більшої швидкості рулювання, ніж при мокрою. Це пояснюється тим, що поздовжні і поперечні сили опору руху, що визначають поздовжню шляхову стійкість і керованість повітряного судна, мають великі значення на сухих покриттях. Швидкість руху, максимальні відхилення повітряного судна від осі рулювання залежать від кваліфікації пілота. Пілоти більш високої кваліфікації, як правило, здійснюють рух по РД з більшою швидкістю і з найменшими відхиленнями від осі. Зазвичай колеса повітряного судна на малих швидкостях розташовуються в межах деякої смуги накату. Тому ширину РД призначають на основі обробки статистичних даних про розподіл проходів коліс по ширині РД.

З урахуванням рис. 5.10 ширина РД може бути визначена

де - колія шасі; - колія візки шасі; - ширина пневматичної шини основної опори шасі; - розрахункова величина відхилення повітряного судна від осі рулювання; - величина запасу від кромки штучного покриття до зовнішньої пневматичної шини за умовою міцності краю покриття.

З формули (5.64) випливає, що ширина РД для повітряного судна розрахункового типу залежить від ряду постійних і змінних параметрів. Параметри , , залежать від геометричних розмірів шасі повітряного судна. Величина може бути визначена в результаті експериментальних досліджень і подальшої статистичної обробки спостережень. Величина приймається з урахуванням забезпечення міцності і стійкості крайових ділянок плити і залежить від типу повітряного судна. Значення приймається для цементобетонних і армобетонних покриттів в межах 1,2-1,8 м.