Co je proud výfukových plynů (jet blast)?

Proud výfukových plynů (jet blast) je vysokorychlostní a vysokoteplotní výfukový proud proudového motoru, který může poškodit vozovku, zařízení a letadla a zranit osoby.

Jet blast, jet efflux a splavování vrtulí

Jet blast je výfuk proudového motoru. EASA také používá označení jet efflux v pokynech pro zkoušky motorů. Vrtule vytváří splavování vrtulí (propeller wash), které se nazývá také proud za vrtulí (propeller slipstream). FAA uvádí, že splavování vrtulí nedosahuje stupně nebezpečí, jaký má jet blast. Může přesto zvyšovat přízemní vítr a víry. Vítr od velkých turbovrtulových letadel (turboprop) může převrátit lehčí letadla, vozidla a pozemní obslužné vybavení.

Proč je jet blast nebezpečný

FAA popisuje výfuk proudového motoru jako vzdušný proud o vysoké rychlosti a zvýšené teplotě. Může poškodit letištní infrastrukturu, pozemní vybavení a jiná letadla a může vážně zranit osoby. Vzdušný proud je také turbulentní. Vytváří vibrace a síly, které mohou poškodit fasády budov. Vysoká teplota a vysoká rychlost spolu mohou poškodit i vozovku blízko místa výfuku.

Na odbavovacích plochách mohou větrné síly od jet blastu odhodit předměty, posunout vybavení, způsobit ztrátu řízení vozidla a poškodit infrastrukturu. Ohrožují obsluhu, cestující, letadla a stavby.

FAA uvádí prahy rychlosti vzduchu pro plánování. Nad 12 mph může vzduch posunout nezajištěný odpad. Nad 30 mph (48 km/h) se mohou volné předměty, jako písek a kameny, dostat do vzduchu. Prahy v tabulce C-1 vycházejí z Beaufortovy stupnice. Jsou to citlivostní prahy, nad nimiž riziko roste. Nejsou to omezení ani konstrukční zatížení.

Pro hrubou představu o síle dává FAA tlak rovnoměrného proudu vzduchu na plochu, která je k proudu čelem. Vzorec je P = 0.00256 V², kde P je v lb/ft² a V v mph. Při 50 mph je to asi 6,4 lb/ft² (asi 300 Pa). Tlak vynásobte plochou předmětu a dostanete sílu. Vzorec nezohledňuje turbulenci, která skutečnou sílu mění. FAA uvádí, že v složitých prostorech na straně vzdušné strany může být nutná analýza v aerodynamickém tunelu nebo počítačové modelování.

Jak je silný

Síla jet blastu závisí na letadle, na úrovni tahu a na atmosféře. FAA uvádí tři úrovně tahu:

• Volnoběh (idle thrust), běžný na parkovacích stáních a na čekacích místech pojezdových drah.
• Rozjezdový tah (breakaway thrust), který překonává setrvačnost a tření pneumatik a uvede letadlo do pohybu. Vyskytuje se na odbavovacích plochách, na pojezdových drahách a na koncích dráhy. Hmotnost letadla, sklon vozovky, počet motorů, které dávají výkon, a protivítr ji mění.
• Vzletový tah (takeoff thrust), který se vyskytuje hlavně na konci dráhy a podél dráhy až do rotace, a také na plochách pro zkoušky motorů (run-up). Většina odletů používá snížený tah, aby se omezilo opotřebení motorů.

Rychlost a teplota se šíří daleko za letadlo, než klesnou na bezpečnou úroveň. Teplota klesne na bezpečnou úroveň na kratší vzdálenosti než rychlost. Boční vítr může posunout obálku výfukového proudu doleva nebo doprava.

Jak daleko sahá

Za běžícím motorem neexistuje jediná bezpečná vzdálenost. Vzdálenost závisí na letadle, na úrovni tahu a na atmosféře. FAA žádné jediné číslo neuvádí. Plánovačům doporučuje najít obrysy výfuku pro každý typ letadla.

• Většina výrobců komerčních letadel zveřejňuje obrysy rychlosti a teploty výfuku pro tři úrovně tahu ve svých plánovacích příručkách letišť.
• U menších letadel je zdrojem příručka pilota.
• Obrysy bývají půdorysné a průřezové pohledy s poznámkami o předpokladech, například o standardní atmosféře a úrovni tahu.
• Software pro modelování drah letadel také obsahuje údaje o rychlosti a teplotě výfuku.

Studie NASA z roku 1993 dává představu o rozsahu. Uvádí, že téměř každá provozní příručka komerčního proudového letadla má stránku s údaji o jet blastu. Stránka ukazuje profil poškození měřený od ocasu při nízkém výkonu motoru, obvykle 35 až 40 % N1. Profil sahá přes 200 ft (61 m) za některá větší letadla. Výfukové síly v něm dosahují téměř 100 uzlů.

Plánovači převádějí obrysy na rozvržení tak, že je porovnají s prahy v tabulce. Pro parkování ocasem k ocasu u terminálu FAA doporučuje nejvyšší větrnou rychlost 35 mph (56 km/h). Pro stání proti sobě doporučuje 50 mph (80 km/h) pro počáteční výfuk letadla, které vjíždí nebo vyjíždí z odbavovacího stání. Pro parkovací stání proti sobě a obslužné komunikace doporučuje 35 mph. Doporučené postupy také vyžadují prostor pro odtažení, samostatné parkování pro všeobecné letectví a dopravní letadla a kotvicí body pro malá letadla.

Kde způsobuje škody

Systém hlášení bezpečnosti letectví NASA (ASRS) prostudoval 51 hlášení o jet blastu na zemi. Studie uvádí, že tato hlášení tvořila jen malý podíl všech hlášení. Autoři zjistili tyto skutečnosti:

• 27 z 51 hlášení (53 %) se týkalo odbavovací plochy. 10 pocházelo z pojezdové dráhy, 10 z čekání na dráze, při přistání nebo vzletu a 4 z plochy pro zkoušky motorů.
• Na odbavovacích plochách incidenty způsobily ostré zatáčky. Zatáčky nastaly při odtažení s motory v chodu, při couvání pomocí motorů, při pojíždění k odletu nebo při pojíždění do stání. Tažné vozidlo jim nezabránilo, když byla zatáčka ostrá.
• 85 % škod připadlo na křídla, vrtule, klapky a kormidla jiných letadel. Většina z nich se týkala lehkých letadel do 5 000 lb.
• Budovy, předměty nebo vozidla nesly 11 % škod a zranění osob 4 %.
• Mnoho incidentů mimo odbavovací plochu pocházelo z nesprávně nasměrovaných zkoušek motorů.

Jde o hlášení pilotů z roku 1993. Ukazují druhy událostí, ne to, jak často se dnes vyskytují.

Jet blast na vozovce a půdě

Na asfaltu je eroze proudem výfukových plynů ztmavená plocha, kde pojivo shořelo nebo zuhelnatělo. Lokální shořelé plochy mohou být hluboké asi 1/2 palce (13 mm). V průzkumu stavu vozovky příručka PAVER tuto poruchu eviduje pod číslem 46. Nemá stupně závažnosti. Kontrolor zaznamená, že existuje, a změří její plochu ve čtverečních stopách nebo metrech čtverečních. Viz eroze proudem výfukových plynů .

Dvě další poruchy mohou vypadat podobně, ale příručka je definuje jinak:

• Odírání (raveling) je uvolnění hrubých zrn kameniva z povrchu. Eroze proudem výfukových plynů se týká shořelého pojiva.
• Únik oleje (oil spillage) je zhoršení nebo změkčení povrchu způsobené olejem, palivem nebo rozpouštědly. Samotná skvrna není porucha.

Jet blast může také erodovat nechráněnou zeminu vedle dráhy nebo pojezdové dráhy. Křídlové motory některých velkých letadel přesahují přes okraj dráhy. Eroze může uvolňovat prach a úlomky, které může motor nasát. Zpevněné krajnice tuto erozi a vznik úlomků omezují. FAA také uvádí, že nechráněná zemina vedle pojezdové dráhy je náchylná k erozi, která způsobuje problémy s nasáváním motorem. FAA navrhuje letištní vozovky tak, aby povrch neobsahoval úlomky, které splavování vrtulí nebo jet blast mohou odvát nebo zvednout.

Osvětlení a navigační zařízení

Jet blast určuje, kde stojí světla a navigační zařízení.

• FAA doporučuje, aby postranní dráhová návěstidla stála 10 ft (3 m) od okraje vozovky na drahách, které používají proudová letadla. To předchází možnému poškození jet blastem. Na drahách, které proudová letadla nepoužívají, doporučuje 2 ft (0,6 m).
• FAA říká, že zapuštěná návěstidla pojezdové dráhy mají být použita jen ve dvou případech. Jeden je tam, kde by nadzemní návěstidla mohl jet blast poškodit. Druhý je tam, kde by nadzemní návěstidla rušila provoz letadel.
• Vnitřní skříň návěstidla PAPI může stát až 75 ft (23 m) od okraje dráhy. To platí tam, kde by ji jet blast a křídlové víry mohly poškodit. Jde o odchylku od normy a FAA ji musí schválit před instalací.
• FAA doporučuje alespoň 600 ft (183 m) mezi jakýmkoli zdrojem jet blastu a jeho komunikačními, navigačními, přehledovými a meteorologickými zařízeními. To omezuje usazování výfukových zplodin na anténách.

Jak se letiště chrání před jet blastem

FAA uvádí tato zmírňující opatření:

• Ochrana proti erozi: krajnice dráhy, ochranné plochy (blast pads) a krajnice pojezdové dráhy.
• Uspořádání odbavovací plochy s parkovacími stáními, která nasměrují výfuk pryč od osob, vybavení a staveb.
• Ochrana proti jet blastu, která zahrnuje ochrannou stěnu (blast fence) .
• Značení nebezpečných zón jet blastu na odbavovací ploše.

Ochranná plocha (blast pad) je plocha vedle konce dráhy. Snižuje erozivní účinky jet blastu a splavování vrtulí. FAA vyžaduje zpevněnou ochrannou plochu tam, kde je rozhodující letadlo ze skupiny návrhu IV nebo větší. Zpevněnou ochrannou plochu označuje žluté šipkové značení. EASA CS ADR-DSN.B.175(d) uvádí, že alespoň 30 m pásu před začátkem dráhy by mělo být upraveno proti erozi proudem výfukových plynů. ICAO Annex 14 dává stejné doporučení v odstavci 3.4.11. ICAO také doporučuje krajnice na dráhových odbočkách, které jsou dostatečně široké, aby zabránily erozi jet blastem.

Ochranná stěna (blast fence) je bariéra, která odklání nebo rozptyluje jet blast nebo splavování vrtulí. Pomáhá také proti výfukovým zplodinám a hluku. FAA uvádí tato pravidla:

• Stěnu držte mimo bezpečnostní pásy dráhy a pojezdové dráhy a mimo prostory bez překážek.
• Stěnu držte mimo přibližovací a odletové plochy, bezpečnostní zónu bez překážek a kritické oblasti ILS.
• Konstrukci stěny navrhujte tak, aby odolala větrným silám od letadla s nejnáročnějšími obrysy jet blastu.
• Stěnu umístěte tak, aby osa výfukového proudu procházela pod jejím horním okrajem.
• Stěnu instalujte jen tehdy, když je dostatečná bezpečnostní rezerva nepraktická. Jde o doporučený postup.
• Mezi ocasem letadla a přední stranou stěny ponechte alespoň 50 ft (15,2 m). Také jde o doporučený postup.

Stěny mohou být nutné u konců dráhy, u ploch pro zkoušky motorů a u hranice letiště. Alternativou jsou náspy nebo konstrukční zdi.

Zkoušky motorů potřebují vlastní místo. FAA doporučuje plochu pro zkoušky motorů mimo parkovací stání, prostory bran a budovy. Pokyny EASA říkají, že zkoušky motorů se mají provádět na odlehlém místě, kde je to možné. Jejich pokyny nedovolují zkoušky na výkonu volnoběhu nebo vyšším ve slepých uličkách. Nedovolují je tam, kde by výfukový proud ovlivnil stání, plochy vybavení nebo pracovní prostory. Zkoušky na běžných stáních odbavovací plochy omezuje na kontrolu startů a volnoběhu. EASA také žádá opatrnost na čekacím místě. Jet blast a splavování vrtulí od čekajících letadel nesmí narušovat provoz letadel, poškodit vozidla ani zranit osoby.

Pravidla EU pro odbavovací plochy

Podle ADR.OPS.D.055 musí provozovatel letiště v EU:

• seznámit uživatele odbavovací plochy s nebezpečím jet blastu a vrtulového proudu, například školením bezpečnosti nebo propagací bezpečnosti
• vyžadovat od uživatelů odbavovací plochy zajištění vozidel a vybavení a určit parkovací plochy, kde je účinek jet blastu nejmenší
• zohlednit jet blast při návrhu nebo změně rozvržení odbavovacích ploch
• určit místa citlivá na jet blast a buď zveřejnit pilotům žádost o minimální tah, nebo přijmout jiná opatření

Žádost o minimální tah se uvádí v aeronautické informační publikaci (AIP). Informační značky mohou tato místa označovat.

Co kontrola ověřuje

Pokyny EASA pro kontrolu žádají ověřit konce dráhy, zda nemají poškození jet blastem na přibližovacích světlech, značkách kuželů a prahových světlech. U zpevněných ploch uvádějí také poškození povrchu vozovky a poškození krytů světel. V průzkumu vozovky je eroze proudem jet blastu porucha číslo 46 a kontrolor měří její plochu.