Czym jest nachylenie podłużne?

Nachylenie podłużne nawierzchni to jej nachylenie wzdłuż kierunku ruchu, w procentach. Nachylenie 1% oznacza, że powierzchnia wznosi się lub opada o 1 m na 100 m. FAA AC 150/5300-13B definiuje gradient powierzchni jako „tempo wznoszenia lub opadania powierzchni lotniskowej”. EASA i ICAO nazywają tę samą wielkość „slope”, a FAA pisze także „grade” i „gradient”.

Na drodze startowej kierunek ruchu biegnie wzdłuż osi drogi startowej. ICAO oblicza średnie nachylenie drogi startowej jako różnicę między najwyższą a najniższą wysokością osi, podzieloną przez długość drogi startowej. Słowo podłużne określa kierunek. Samo nachylenie to zmiana wysokości na odległość poziomą.

Nachylenie podłużne a poprzeczne

Nachylenie poprzeczne, zwane także nachyleniem w poprzek, biegnie w poprzek nawierzchni. Odprowadza wodę z powierzchni ku krawędziom. EASA mówi, że powierzchnia drogi startowej powinna mieć profil daszkowy, co oznacza, że opada od osi ku obu krawędziom. Pojedynczy spadek jednostronny jest wyjątkiem. Cała powierzchnia opada wtedy z jednej strony na drugą, w kierunku wiatru, który najczęściej towarzyszy opadom.

Nawierzchnia	Nachylenie podłużne	Nachylenie poprzeczne
Droga startowa	1,25% (numer kodu 4), 1,5% (numer kodu 3) lub 2% (numer kodu 1 lub 2), na dowolnym odcinku	1% do 1,5% (litery kodowe od C do F) lub 1% do 2% (litera kodowa A lub B)
Droga kołowania	1,5% (litery kodowe od C do F) lub 3% (litery kodowe A i B)	Do 1,5% (litery kodowe od C do F) lub do 2% (litery kodowe A i B)
Stanowisko postojowe	Do 1% w dowolnym kierunku	Do 1% w dowolnym kierunku

Są to wartości EASA z CS-ADR-DSN.B.060, B.080, D.265, D.280 i E.360. Limity podłużne drogi startowej zależą od numeru kodu, a limity poprzeczne od litery kodowej. Poprzeczne nachylenie drogi startowej wynosi co najmniej 1%. Na skrzyżowaniach pasów i dróg kołowania mogą być potrzebne łagodniejsze nachylenia. FAA także ogranicza poprzeczne nachylenie drogi startowej. AC 150/5300-13B, tabela 3-6, podaje 1,0% do 2,0% dla kategorii podejścia A i B oraz 1,0% do 1,5% dla kategorii C, D i E.

Woda spływa wzdłuż połączonego nachylenia podłużnego i poprzecznego. ICAO Załącznik 14, Dodatek A (Attachment A), oraz EASA GM1 ADR-DSN.B.191 mówią, że to połączone nachylenie wyznacza drogę spływu wody. Rowki poprzeczne ją skracają. EASA GM1 ADR-DSN.B.080 mówi, że odpowiednie połączenie nachyleń podłużnego i poprzecznego odprowadza wodę z powierzchni.

Dlaczego to ważne

FAA stwierdza, że droga startowa z wzniesieniem utrudnia przyspieszanie i wydłuża bieg startowy. Droga startowa z opadaniem wpływa na hamowanie i wydłuża dobieg po lądowaniu. Normy nachyleń chronią także:

• eksploatację w granicach wytrzymałości konstrukcyjnej statków powietrznych
• odprowadzanie wody z powierzchni, aby ograniczyć ryzyko aquaplaningu
• linię widoczności pilota
• gładkość jazdy

Limity dróg startowych w EASA i ICAO

CS-ADR-DSN.B.060 oraz ICAO Załącznik 14, Tom I, ustępy 3.1.13 do 3.1.16, używają słowa „should”. W Załączniku 14 są to zalecane metody postępowania, a nie normy. Określają trzy rodzaje limitów.

• Średnie nachylenie. Podziel różnicę między najwyższą a najniższą wysokością osi drogi startowej przez jej długość. Wynik nie powinien przekraczać 1% dla numeru kodu 3 lub 4 ani 2% dla numeru kodu 1 lub 2.
• Nachylenie na dowolnym odcinku. Nachylenie nie powinno przekraczać 1,25% dla numeru kodu 4 i 1,5% dla numeru kodu 3. Dla numeru kodu 1 lub 2 nie powinno przekraczać 2%. W pierwszej i ostatniej ćwiartce drogi startowej o numerze kodu 4 nie powinno przekraczać 0,8%. Ta sama wartość 0,8% dotyczy pierwszej i ostatniej ćwiartki drogi startowej z precyzyjnym podejściem kategorii II lub III o numerze kodu 3.
• Zmiany nachylenia. Zmiana między dwoma kolejnymi nachyleniami nie powinna przekraczać 1,5% dla numeru kodu 3 lub 4. Dla numeru kodu 1 lub 2 nie powinna przekraczać 2%. Przejście powinno być powierzchnią krzywoliniową. Tempo zmiany nie powinno przekraczać tych wartości:
  • numer kodu 4: 0,1% na 30 m (promień 30 000 m)
  • numer kodu 3: 0,2% na 30 m (promień 15 000 m)
  • numer kodu 1 lub 2: 0,4% na 30 m (promień 7 500 m)

Przykład obliczeniowy pokazuje, co oznacza to tempo. Zmiana nachylenia o 1,5% na drodze startowej o numerze kodu 3 to 7,5 kroków po 0,2%. Każdy krok zajmuje 30 m, więc łuk ma co najmniej 225 m długości. Jest to równoważne promieniowi 15 000 m pomnożonemu przez zmianę 0,015.

Kolejne łuki nie powinny leżeć blisko siebie. ICAO Załącznik 14, ustęp 3.1.18, określa minimalną odległość między ich punktami przecięcia. Zsumuj obie zmiany nachylenia w procentach. Pomnóż ją przez 30 000 m (numer kodu 4), 15 000 m (numer kodu 3) lub 5 000 m (numer kodu 1 lub 2). Odległość nie powinna być mniejsza niż ta wartość ani niż 45 m, w zależności od tego, która jest większa. EASA GM1 ADR-DSN.B.075 podaje przykład dla numeru kodu 3. Nachylenia wynoszą kolejno +1%, potem -0,5%, potem +0,5%. Suma zmian to 1,5% plus 1%, czyli 2,5%. Odległość wynosi co najmniej 15 000 m razy 0,025, czyli 375 m.

Tam, gdzie zmiany nachylenia nie da się uniknąć, pilot powinien widzieć wzdłuż drogi startowej. CS-ADR-DSN.B.070 wymaga nieprzesłoniętej linii widoczności między punktami nad drogą startową na co najmniej połowie jej długości. Wysokość wynosi 3 m dla liter kodowych od C do F, 2 m dla litery kodowej B i 1,5 m dla litery kodowej A.

ICAO podaje wskazówki dla dróg startowych z precyzyjnym podejściem. Zmiany nachylenia należy unikać lub ograniczać do minimum na prostokątnym obszarze o długości co najmniej 300 m przed progiem. Obszar ma 120 m szerokości. Samoloty wykonujące automatyczne lądowanie korzystają nad tym terenem z wysokościomierza radiowego. Tam, gdzie zmiany nachylenia nie da się uniknąć, tempo zmiany między dwoma kolejnymi nachyleniami nie powinno przekraczać 2% na 30 m. Jest to ICAO Załącznik 14, Dodatek A, sekcja 4.3. To wskazówka, a nie norma.

Limity dróg kołowania i płyt postojowych

CS-ADR-DSN.D.265 mówi, że nachylenie drogi kołowania nie powinno przekraczać 1,5% dla liter kodowych od C do F, lub 3% dla liter kodowych A i B. CS-ADR-DSN.D.270 ogranicza tempo zmiany nachylenia do 1% na 30 m (promień 3 000 m) dla liter kodowych od C do F. Dla liter kodowych A i B limit wynosi 1% na 25 m (promień 2 500 m). Ta sama specyfikacja zawiera rozwiązanie zastępcze. Jeśli tych tempa nie da się osiągnąć, łuk powinien umożliwiać bezpieczną eksploatację wszystkich statków powietrznych we wszystkich warunkach pogodowych.

Na płycie postojowej CS-ADR-DSN.E.360 mówi, że nachylenia powinny wystarczać, aby woda nie zalegała, i nie powinny być większe, niż wymaga odwodnienie. Na stanowisku postojowym statku powietrznego maksymalne nachylenie wynosi 1% w dowolnym kierunku. EASA GM1 ADR-DSN.E.360 mówi, że projekt powinien uwzględniać wpływ nachylenia na statek powietrzny, który hamuje na stanowisku i rusza do startu.

Normy FAA

AC 150/5300-13B, ustęp 3.16.1, określa normy dla osi dróg startowych według kategorii podejścia statków powietrznych.

Parametr	Kategorie A i B	Kategorie C, D i E
Maksymalne nachylenie	2,0%	1,5%
Maksymalna zmiana nachylenia	2,0%	1,5%
Minimalna długość łuku pionowego	300 ft (91 m) na 1,0% zmiany	1 000 ft (305 m) na 1,0% zmiany
Minimalna odległość między punktami przecięcia pionowego	250 ft (76 m) razy suma zmian nachylenia w procentach	1 000 ft (305 m) razy suma zmian nachylenia w procentach

Łuki pionowe są paraboliczne. Dla kategorii A i B łuk pionowy nie jest potrzebny, gdy zmiana nachylenia jest mniejsza niż 0,40%. Zmiana nachylenia o 1,5% w kategoriach C, D i E wymaga łuku o długości co najmniej 1 500 ft (około 457 m).

Dla kategorii C, D i E w mniejszej z dwóch stref obowiązują dwa limity. Strefami są pierwsza i ostatnia ćwiartka drogi startowej oraz pierwsze i ostatnie 2 500 ft (762 m). Nachylenia powyżej 0,8% są tam niedopuszczalne. Zmiany nachylenia drogi startowej są tam również niedopuszczalne.

Dla dróg kołowania ustęp 4.14.1 określa maksymalne nachylenie podłużne na 1,5%. Na drogach kołowania, z których korzystają wyłącznie samoloty o masie 30 000 lb (13 605 kg) lub mniejszej, maksimum wynosi 2,0%. Maksymalna zmiana nachylenia wynosi 3,0%. Minimalna długość łuku pionowego wynosi 100 ft (30,5 m) na każdy 1,0% zmiany.

Jak mierzy się nachylenie podłużne

Zdjęcie nie pokazuje nachylenia. Nachylenie wynika z pomierzonych wysokości wzdłuż osi, porównanych z profilem projektowym. FAA podaje zasady dla jednego zastosowania takiego profilu, czyli pomiaru chropowatości drogi startowej. AC 150/5380-9 ocenia wybrzuszenia na podłużnym profilu wysokościowym drogi startowej. FAA wymaga, aby przy tej metodzie odstęp pomiarów wynosił 0,25 m. Zaleca profile wzdłuż osi oraz przy odsunięciu bocznym po każdej stronie, dopasowanym do statków powietrznych, które korzystają z lotniska.

Ta sama AC 150/5380-9 nie zaleca inercyjnych profilometrów z filtrem górnoprzepustowym do tej pracy. Filtrowanie zmienia długie fale profilu, których wymaga obliczenie Boeing Bump. Takie profilometry popełniają też błędy tam, gdzie pojazd pomiarowy przyspiesza lub hamuje w pobliżu progów.

Żadne ze źródeł sprawdzonych przy tej stronie nie podaje metody pomiaru ani dokładności dla profili dróg startowych wyznaczanych z drona, dlatego strona żadnej nie podaje.

Jak nachylenie zmienia się w eksploatacji

Osiadanie gruntu podłoża może obniżyć część nawierzchni. Podręcznik FAA PAVER nazywa takie obniżenie zapadnięciem (depression). Podaje, że zapadnięcie powoduje nierówności. Wypełnione wystarczającą ilością wody może spowodować aquaplaning statków powietrznych. Zapadnięcie zmienia lokalne nachylenie i może pozostawić na drodze startowej zalegającą wodę. Podręcznik zaleca mierzyć głębokość zapadnięcia o szerokości do 3 m (10 ft) za pomocą łaty przyłożonej na nim.

Na nawierzchni betonowej osiadanie objawia się jako uskok. Podręcznik PAVER dla lotnisk betonowych definiuje osiadanie lub uskok jako różnicę wysokości w złączu lub pęknięciu, spowodowaną wypiętrzeniem lub konsolidacją.

ICAO Załącznik 14, Dodatek A, punkt 5.5, mówi, że deformacje pasa w czasie mogą tworzyć zastoiska wody. Zastoiska o głębokości około 3 mm, w miejscu, w którym lądujące samoloty napotykają je przy dużej prędkości, mogą wywołać aquaplaning.

Nachylenie, zmiana nachylenia i nierówność nawierzchni

Nachylenie to cecha długa i gładka. Nierówność nawierzchni jest krótka. EASA GM1 ADR.OPS.C.010(b)(2) definiuje nierówność nawierzchni jako odosobnione odchylenie wysokości, które nie leży na jednolitym nachyleniu. Podaje limity według długości nierówności.

Długość nierówności	3 m	15 m	45 m
Dopuszczalna wysokość	2,9 cm	5,4 cm	8,5 cm
Tolerowana wysokość	3,9 cm	8,6 cm	13,6 cm
Nadmierna wysokość	5,8 cm	10,8 cm	17 cm

Powyżej dopuszczalnej wysokości operator powinien zaplanować konserwację. Powyżej tolerowanej wysokości działanie naprawcze jest obowiązkowe. Droga startowa może pozostać w eksploatacji, ale powinna zostać naprawiona w rozsądnym czasie. Powyżej nadmiernej wysokości ten fragment drogi startowej wymaga zamknięcia. Wartości są wskazówkami. Ta sama tabela znajduje się w ICAO Załączniku 14, Dodatku A, punkt 5.3.

Tolerancja wykonawcza

Przy nowych robotach FAA AC 150/5370-10H, pozycja P-152-2.13, określa tolerancję wykonawczą. Wyprofilowana powierzchnia pod podbudową pomocniczą lub zasadniczą musi mieścić się w granicach 0,05 ft (15 mm) od określonego nachylenia. Nachylenie mierzy się na siatce 50 ft (15 m). To tolerancja wykonawcza, a nie limit dla drogi startowej w eksploatacji.

Pozycja P-401-5.3 bada gotową nawierzchnię asfaltową łatą o długości 12 ft (3,7 m). Odchylenie musi być mniejsze niż 1/4 cala na 12 ft. Specyfikacja mówi, aby nie wykonywać odczytów równości przez zmiany nachylenia ani przejścia nachylenia poprzecznego.