Lộ Trình Bay Cất Cánh - Cơ học và tính năng tàu bay | Học viện Hàng Không Việt Nam

Cất cánh
Getting to Grips with Aircraft
4. HẠN CHẾ LEO CAO VÀ VƯỢT CHƯỚNG NGẠI VẬT
4.1. Lộ Trình Bay Cất Cánh 4.1.1. Định Nghĩa JAR 25.111 Subpart B FAR 25.111 Subpart B JAR 25.115 Subpart B FAR 25.115 Subpart B “JAR/FAR 25.111
(a) Lộ trình cất cánh kéo dài từ lúc bắt đầu đứng yên đến một điểm mà máy bay đạt độ cao:
• 1500 ft (khoảng 457 m) trên bề mặt cất cánh, hoặc
• Khi quá trình chuyển đổi từ cấu hình cất cánh sang cấu hình bay hành trình1 hoàn
tất và đạt được tốc độ cất cánh cuối cùng2,
điểm nào cao hơn thì lấy điểm đó “JAR/FAR 25.115 (a)
Lộ trình bay cất cánh bắt đầu từ 35 ft (khoảng 10.7 m) trên bề mặt cất cánh tại cuối
khoảng cách cất cánh.”
Định nghĩa lộ trình cất cánh và lộ trình bay ất c
cánh theo quy định giả định
rằng máy bay được tăng tốc trên mặt đất đến VEF, tại thời điểm đó động cơ quan trọng bị ngưng hoạt ng độ
và vẫn bị ngưng hoạt động trong suốt quá trình cất cánh.
Hơn nữa, tốc độ V2 p ải h
đạt được trước khi máy bay cách bề mặt cất cánh 35 feet,
và máy bay phải tiếp tục ở tốc độ không nhỏ hơn V2 cho đến khi nó đạt 400 feet trên bề mặt cất cánh.
4.1.2. Các Đoạn Cất Cánh và Yêu Cầu Leo Cao JAR 25.121 Subpart B FAR 25.121 Subpart B
Lộ trình bay cất cánh có thể được chia thành nhiều đoạn. Mỗi đoạn đặc trưng bởi sự thay i
đổ cấu hình, lực đẩy, và tốc độ. Hơn nữa, cấu hình, trọng ng, lượ và lực
đẩy của máy bay phải tương ng ứ
với điều kiện nghiêm trọng nhất trong đoạn đó. Cuối cùng, lộ trình bay ả
ph i dựa trên hiệu suất ủ
c a máy bay mà không có ệ hi u ứng
mặt đất. Thông thường, máy bay được coi là ra khỏi hiệu ứng mặt đất khi nó đạt độ
cao bằng với sải cánh của nó.
1 Cấu hình hành trình: Cấu hình sạch, thiết lập Công suất Liên tục Tối đa (MCT).
2 Tốc độ cất cánh cuối cùng: Tốc độ lớn hơn 1.25 Vs, được chọn bằng với tốc độ Green Dot (tốc độ
đạt độ dốc leo tốt nhất). 62
Getting to Grips with Aircraft Cất cánh T.O Takeoff Flight Climb First Third Final 1,500 Secon segme segme d 400 ft 10 min Gross gear flight retracte 35 ft BR VEF V1 V R V LOF V2 acceleratio green N N-1 engines TOG A MCT slats / flaps take-off slats / flaps clean
Figure C16: Takeoff Path and Definition of Various Segments
Sau khi động cơ gặp sự cố tại VEF, bất kể điều kiện vận hành nào, máy bay
phải đạt được độ dốc leo tối thiểu theo yêu cầu của JAR/FAR 25.121.
Bảng sau (C4) tóm tắt các yêu cầu khác nhau và trạng thái của máy bay trong
bốn giai đoạn cất cánh: Độ dốc leo tối thiểu yêu cầu khi một động cơ không hoạt động, ấ
c u hình cánh tà/cánh phụ, công suất động cơ, tham chiếu tốc , độ cấu hình càng đáp... 63 Cất cánh
Getting to Grips with Aircraft FIRST SEGMENT SECOND THIRD SEGMENT FINAL SEGMENT SEGMENT Minimum climb Twin 0.0% 2.4% - 1.2% gradient (N-1) Quad 0.5% 3.0% - 1.7% engines Start when VLOF reached Gear fully Acceleration En route retracted height reached configuration (min 400 feet) Achieved Slats / Flaps Takeoff Takeoff Slats / Flaps Clean Configuration retraction Engine rating TOGA/FLEX TOGA/FLEX TOGA/FLEX MCT Speed reference VLOF V2 Acceleration Green Dot from V2 to Green Dot Landing gear Retraction Retracted Retracted Retracted Weight reference Weight at the Weight when Weight at the Weight at the start of the the gear is fully start of the end of the gear retraction retracted acceleration acceleration segment segment Ground effect Without Without Without Without
Table C4: Takeoff Segment Characteristics
4.1.3. Độ Cao Tăng Tốc Tối Thiểu và Tối Đa
4.1.3.1. Độ Cao Tăng Tốc Tối Thiểu JAR 25.111 Subpart B FAR 25.111 Subpart B 64
Getting to Grips with Aircraft Cất cánh “JAR/FAR 25.111
(c)(2) Máy bay phải đạt V2 c
trướ khi cách bề mặt cất cánh 35 feet và phải tiếp tục ở
tốc độ không nhỏ hơn V2 cho đến khi cách bề mặt cất cánh 400 feet. “JAR/FAR 25.111
(c)(3) Tại mỗi điểm dọc theo lộ trình bay cất cánh, bắt đầu từ điểm mà máy bay đạt
400 feet trên bề mặt c d
ất cánh, độ ốc leo khả dụng không được nhỏ hơn:
• 1.2% cho máy bay hai động cơ
• 1.7% cho máy bay bốn động cơ
Do đó, dưới 400 feet, tốc độ p ải h
được duy trì ở mức tối thiểu V2. Trên 400
feet, máy bay phải đáp ứng
độ dốc leo tối thiểu, có thể chuyển thành khả năng tăng
tốc trong bay ngang. Do đó, độ cao tăng tốc tối thiểu theo quy định được cố định
ở 400 feet trên bề mặ ấ t c t cánh.
Tuy nhiên, trong đoạn tăng tốc, việc tránh chướng ngại vật ải ph được đảm
bảo vào mọi lúc. Do đó, độ cao tăng tốc tối thiểu thực tế phải bằng hoặ ớn c l hơn 400 feet.
4.1.3.2. Độ Cao Tăng Tốc Tối Đa
Công suất cất cánh tối đa (TOGA) được chứng nhận sử dụng tối đa trong 10 phút trong trường hợ ột p m
động cơ gặp sự cố khi cất cánh, và tối đa trong 5 phút khi
tất cả các động cơ đều hoạt động.
Công suất liên tục tối đa (MCT), không giới hạn thời gian, chỉ có thể được
chọn khi đạt cấu hình hành trình (tức là khi máy bay ở cấu hình sạch tại tốc độ điểm xanh).
Do đó, cấu hình hành trình (kết thúc đoạn thứ ba) phải được đạt trong vòng tối
đa 10 phút sau khi cất cánh, từ đó xác định được độ cao tăng tố ối đa (Hình C16). c t
4.1.4. Quy Trình Rẽ Khi Cất Cánh
Một số sân bay nằm trong khu vực có chướng ngại vật nghiêm trọng, có thể
yêu cầu phải rẽ theo một quy trình khởi hành cụ thể. Các quy trình khởi hành có rẽ
tuân theo các điều kiện cụ thể.
Các điều kiện rẽ khác nhau giữa quy định JAR và FAR. Do đó, các đoạn sau
đây sẽ xử lý riêng biệt từng yêu cầu. JAR-OPS 1.495 Subpart G “JAR-OPS 1.495
(c)(1) Thay đổi đường bay không được phép cho đến khi lộ trình bay cất cánh thuần
đạt được độ cao bằng một nửa ải s
cánh nhưng không nhỏ hơn 50 feet trên độ cao
cuối của đoạn cất cánh có sẵn.” 65 Cất cánh
Getting to Grips with Aircraft Minimum height above end of AIRCRAFT TYPE WINGSPAN
TORA to start a track change =
Max {Half of Wingspan , 50 ft} A300-B2/B4/600 44.84 m (147 ft 1 in) Half of wingspan = 74 ft A310-200/300 43.90 m (144 ft 1 in) Half of wingspan = 73 ft
A318/A319/A320/A321 34.10 m (111 ft 10 in) Half of wingspan = 56 ft A330-200/300 60.30 m (197 ft 10 in) Half of wingspan = 99 ft A340-200/300 60.30 m (197 ft 10 in) Half of wingspan = 99 ft A340-500/600 63.50 m (208 ft 2 in) Half of wingspan = 105 ft
Table C5: Minimum Height to Initiate a Track Change “JAR-OPS 1.495
(c)(1) Sau đó, lên đến độ cao 400 ft, giả định rằng máy bay nghiêng không quá 15°. Trên
độ cao 400 ft, góc nghiêng lớn hơn 15°, nhưng không quá 25° có thể được thiết lập.” (xem bảng C6) “JAR-OPS 1.495
(c)(3) Nhà khai thác phải sử d c bi
ụng các quy trình đặ
ệt, tùy thuộc vào sự phê duyệt của
Cơ quan có thẩm quyền, để áp dụng góc nghiêng tăng lên không quá 20º trong khoảng từ
200 ft đến 400 ft, hoặc không quá 30º trên độ cao 400 ft.
Maximum Bank angle during a turn (JAR) Standard Specific procedure approval Below 200 ft 15° 15° Between 200 ft 15° 20° and 400 ft Above 400 ft 25° 30°
Table C6: Maximum Bank Angle During a Turn FAR 121.189 Subpart I “FAR 121.189 (f) Đối vớ ục đích củ i m
a phần này, giả định rằng máy bay không nghiêng trước khi đạt độ
cao 50 ft, [...] và sau đó góc nghiêng tối đa không quá 15 độ.
1 Quy định của FAA tương tự với các khuyến nghị trong Phụ lục 6 của ICAO. 66
Getting to Grips with Aircraft Cất cánh
4.2. Tránh Chướng Ngại Vật
4.2.1. Lộ Trình Bay Cất Cánh Thực và Thuần
Phần lớn thời gian, các đường băng có các chướng ngại vật xung quanh phải
được xem xét trước khi cất cánh để đảm bảo máy bay có thể vượt qua chúng. Một
khoảng cách đứng phải được xem xét giữa máy bay và mỗi chướng ngại vật trong lộ
trình bay cất cánh. Khoảng cách này, dựa trên giảm
độ dốc leo, dẫn đến các định
nghĩa về lộ trình bay cất cánh thực và lộ trình bay cất cánh thuần. JAR 25.115 Subpart B FAR 25.115 Subpart B
LỘ TRÌNH BAY THỰC = Lộ trình bay cất cánh thực tế do máy bay bay, tức là “JAR/FAR 25.115
(a) […] từ 35 feet trên bề mặt cất cánh tại cuối khoảng cách cất cánh [đến cuối lộ trình cất cánh]”
LỘ TRÌNH BAY THUẦN = Lộ trình bay cất cánh thực trừ đi giảm độ dốc bắt buộc. “JAR/FAR 25.115
(b) Dữ liệu lộ trình bay cất cánh thuần phải được xác định sao cho chúng đại diện
cho lộ trình bay cất cánh thực tế [Gross] trừ đi tại mỗi điểm bởi một độ dốc bằng :
• 0.8% cho máy bay hai động cơ.
• 1.0% cho máy bay bốn động cơ.
Độ dốc thuần = Độ dốc thực - Sai số độ dốc Gradient Penalty Two-engine aircraft 0.8% Four-engine aircraft 1.0%
Table C7: Values of Gradient Penalties
Sai số độ dốc giữa lộ trình bay thuần và thực phải được xem xét trong các
đoạn cất cánh thứ n ấ
h t, thứ hai, và cuối cùng. 67 Cất cánh
Getting to Grips with Aircraft T.O Takeoff Flight Climb First Third Final 1,500 Secon segme segme gradient Gross flight reductio 35 ft Net flight 35 ft 35 ft BR VEF V1 VR VLOF V2 acceleratio green N N-1 engines
Figure C17: Gross and Net Takeoff Flight Paths
4.2.2. Tránh Chướng Ngại Vật Trong Cất Cánh Thẳn g JAR-OPS 1.495 Subpart G FAR 121.189 (d)(2) Subpart I “JAR–OPS 1.495
(a) Người khai thác phải đảm bảo rằng lộ trình bay cất cánh thuần tránh tất cả chướng
ngại vật với kho ng ít nh ảng cách đứ ất là 35 feet.
Ví dụ, độ dốc leo tối thiểu yêu cầu trong đoạn thứ hai phải là 2.4% cho máy
bay hai động cơ. Nhưng, theo quy định, lộ trình bay thuần phải tránh bất kỳ chướng
ngại vật nào ít nhất 35 feet. (Figure C17). Điều này đôi khi có thể yêu cầu độ dốc
đoạn thứ hai lớn hơn 2.4% và, do đó, Trọng lượng Cất Cánh Tối Đa có thể p ả h i giảm
tương ứng. Đây là một trường hợp hạn chế bởi chướng ngại vật.
4.2.3. Tránh Chướng Ngại Vật Trong Khi Rẽ
Một lần nữa, các khoảng cách tránh chướng ngại vật trong khi rẽ khác nhau
giữa quy định JAR và FAR. Quy định FAR không xem xét bất kỳ ảng kho cách đứng
bổ sung nào trong khi rẽ, vì góc nghiêng bị giới hạn ở mức 15º. Quy định sau đây là quy định của JAR-OPS: JAR-OPS 1.495 Subpart G “JAR-OPS 1.495
(c)(2) Bất kỳ phần nào của lộ trình bay cất cánh thuần mà máy bay nghiêng nhiều
hơn 15º phải tránh tất cả các chướng ngạ ật […] vớ i v
i khoảng cách đứng ít nhất là 50 feet. 68
Getting to Grips with Aircraft Cất cánh Obstacle clearance margin Bank angle 15 ° 35 ft Bank angle > 15° 50 ft
Table C8: Minimum Vertical Clearance Between
the Net Flight Path and the Obstacles
4.2.4. Mất Độ Dốc Trong Khi Rẽ
Trong khi rẽ, máy bay không chỉ chịu trọng ng lượ
của nó mà còn chịu một lực
gia tốc ngang (Fa). Lực này gọi là "trọng lượng biểu kiến” (Wa), và độ lớn của nó
bằng với hệ số tải trọng nhân với trọng lượng . Fa ɸ Wa = n . z m.g W = m g
Figure C18: Load Factor in Turn
Dựa theo biểu đồ C18, Hệ số tải trọng (nz) có thể được biểu diễn theo góc nghiêng (ɸ) như sau:
Do đó, khi máy bay nghiêng, hệ số tải trọng trở nên lớn hơn một. Điều này dẫn đến mất
độ dốc leo, vì góc leo có thể được biểu diễn như sau (đề cập đến chương “cất cánh”): AMC-OPS 1.495 “AMC OPS 1.495
(c)(4) Sổ tay bay của máy bay thường cung cấp mức giảm độ dốc leo cho một lần rẽ
góc 15°. Đối với các góc nghiêng nhỏ hơn 15°, mức giảm tương ứng 69 Cất cánh
Getting to Grips with Aircraft
nên được áp dụng, trừ khi nhà sản xuất hoặc sổ tay bay của máy bay đã cung cấp
dữ liệu khác.”
Sự mất độ dốc so với góc nghiêng được cung cấp trong Sổ tay Bay của Airbus
(AFM), cũng như trong Sổ tay Chương trình Hiệu suất của Airbus (PPM) như được minh họa trong Hình C19.
Figure C19: Loss of Gradient versus Bank Angle (A320 family example)
Trên các máy bay Airbus có hệ thống điều khiển bằng dây, chế lái t độ ự ng gi độ ới
hạn góc nghiêng khi cất cánh với một động cơ không hoạt động là 15°. Một số Quy trình
Khởi hành Chuẩn Khi Mất Động cơ (EOSID) yêu cầu thực hiệ ộ n m t cú quay với góc
nghiêng 20° hoặc hơn. Khi phải thực hiện một cú quay với góc nghiêng hơn 15°, máy bay
phải được điều khiển thủ công.
4.2.5. Lộ Trình Bay Cất Cánh Với Chướng Ngại Vật
Khi đã xem xét các chướng ngại vật, trọng lượng cất cánh tối đa tại lúc phanh
nhả phải được tính toán sao cho lộ trình bay thuần vượt qua chướng ngại vật gây
khó khăn nhất với khoảng cách đứng 35 feet (hoặc 50 feet khi góc nghiêng lớn hơn 15°). 70
Getting to Grips with Aircraft Cất cánh t.o. Take Off Flight climb gross 35 ft min net B obst. 35 ft A Segments: 1 2 3 final
Figure C20: Takeoff Flight Path with Obstacles Chướng ngạ ậ
i v t A (Hình C20) yêu cầu độ dố ố
c t i thiểu của đoạn thứ hai thuần và
do đó, độ dốc tối thiểu của đoạn thứ hai tổng. Điều này dẫn đến giới hạn trọng lượng cất cánh.
Chướng ngại vật B giúp xác định độ cao tăng tố ố
c t i thiểu. Độ cao này phải nằm
trong khoảng từ 400 feet đến độ cao tăng tốc tối đa (10 phút ở chế độ TOGA). Độ cao
tăng tốc tối thiểu đảm bảo khoảng cách đứng 35 feet (hoặc 50 feet) giữa lộ trình bay
thuần và chướng ngại vật.
Đoạn tăng tốc thuần dài hơn đoạn tăng tốc tổng, vì kết thúc của cả hai đoạn được
giả định đạt được sau cùng một thời gian bay. 4.2.6. Takeoff Funnel
Khu vực cất cánh đại diện cho một khu vực bao quanh lộ trình bay cất cánh, trong
đó tất cả các chướng ngại vật phải được vượt qua, giả sử chúng đều được chiếu lên
đường bay dự định. Các đường viền của khu vực này, còn được gọi là khu vực khởi
hành, khác nhau giữa các quy định JAR và FAR, và sẽ được xử lý riêng trong phần tiếp theo. JAR-OPS 1.495 Subpart G AMC-OPS 1.495 “JAR-OPS 1.495
(a) Nhà khai thác phải đảm bảo rằng lộ trình bay cất cánh thu t qua t ần vượ ất cả các
chướng ngạ ậ
i v t [...] với khoảng cách ngang ít nhất là 90 m cộng với 0.125 x D, trong đó
D là khoảng cách ngang mà máy bay đã di chuyển từ cuối khoảng cách cất cánh khả
dụng hoặc từ cuối khoảng cách cất cánh nếu một cú quay được lên lịch trước khi kết thúc
khoảng cách cất cánh khả dụng. Đối với các máy bay có sải cánh nhỏ hơn 60 m, có thể
sử dụng khoảng cách ngang vượt chướng ngại vật bằng nửa sải cánh của máy bay cộng
với 60 m cộng với 0.125 x D. 71 Cất cánh
Getting to Grips with Aircraft
Nửa chiều rộng tại điểm bắt đầu của khu vực khởi hành là một hàm của sải cánh
máy bay. Bảng sau (C9) cung cấp các giá trị cho từng loại máy bay: AIRCRAFT TYPE WINGSPAN
Semi-width at the start of the departure sector (1/2 E0) A300-B2/B4/600 44.84 m (147 ft 1 in) 83 m (271 ft) A310-200/300 43.90 m (144 ft 1 in) 82 m (269 ft) A318/A319/A320/A321 34.10 m (111 ft 10 in) 78 m (253 ft) A330-200/300 60.30 m (197 ft 10 in) 90 m (296 ft) A340-200/300 60.30 m (197 ft 10 in) 90 m (296 ft) A340-500/600 63.50 m (208 ft 2 in) 90 m (296 ft)
Table C9: JAR-OPS Semi-Width at the Start of the Departure Sector “JAR-OPS 1.495
(c) Đối với những trường hợp mà lộ trình bay dự định không yêu cầu thay đổi đường bay
lớn hơn 15°, nhà khai thác không cần xem xét các chướng ngại vật có khoảng cách ngang lớn hơn:
• 300 m, nếu phi công có thể duy trì
độ chính xác dẫn đường yêu cầu qua khu
vực có chướng ngại vật, hoặc
• 600 m, cho các chuyến bay trong tất cả các điều kiện khác. “JAR-OPS 1.495
(e) Đối với những trường hợp mà lộ trình bay dự nh đị
yêu cầu thay đổi đường bay
lớn hơn 15°, nhà khai thác không cần xem xét các chướng ngại vật có khoảng cách ngang lớn hơn:
• 600 m, nếu phi công có thể duy trì
độ chính xác dẫn đường yêu cầu qua
khu vực có chướng ngại vật, hoặc
• 900 m, cho các chuyến bay trong tất cả các điều kiện khác.
Độ chính xác dẫn đường yêu cầu được định nghĩa trong AMC-OPS 1.495. Nó có
thể đạt được thông qua các thiết bị dẫn đường, hoặc bằng cách sử dụng các tham chiếu bên ngoài trong trườ ợp hướ ng h ẫn theo đườ ng d
ng bay bằng mắt (chuyến bay VMC ban ngày).
Các Hình C21 và C22 sau đây thể hiện các khu vực khởi hành theo JAR-OPS: 72
Getting to Grips with Aircraft Cất cánh Start of the Start of the takeoff departure 12.5% (7.1º) flight path sector 1/2E 1/2E 2 3 0 1 D cwy 1 TOD 2 3 TORA TODA
Figure C21: JAR-OPS Departure Sector (Track change 15º) Start of : Start of . takeoff flight path turn . departure sector* 12.5% (7.1º) cwy 1/2E 1/2E0 2 1 D TOD 3 TORA 1 TODA 2 3
* The start of the departure sector is:
- The end of TOD when the turn starts before the end of TODA, or
- The end of TODA when the turn starts after the end of TODA
Figure C22: JAR-OPS Departure Sector (Track change > 15º)
Lưu ý rằng các khuyến nghị của ICAO cho khu vực khởi hành (Phụ lục 6) giống
với các định nghĩa của JAR-OPS. FAR 121.189 Subpart I “FAR 121.189
(d)(2) Không ai điều khiển máy bay hạng vận tải có động cơ tuabin được phép cất cánh
máy bay đó với trọng lượ
ớn hơn trọng lượng đượ ng l
c liệt kê trong Sổ tay bay của máy
bay [...] mà cho phép lộ trình cất cánh thuần vượt qua tất cả ng ng các chướ
ại vật [...] ít
nhất là 200 feet theo chiều ngang trong phạ ấ
m vi sân bay và ít nh t là 300 feet theo chiều
ngang sau khi ra khỏi ranh giới sân bay. 73 Cất cánh
Getting to Grips with Aircraft Airport Start of the Start of the takeoff departure flight path sector 1/2E = 200 ft cwy TOD TORA TODA
Figure C23: FAR Departure Sector 74