Czym jest badanie tarcia nawierzchni drogi startowej?

Badanie tarcia nawierzchni drogi startowej to pomiar tarcia powierzchni drogi startowej ciągłym urządzeniem pomiarowym z samoczynnym zwilżaniem (CFME). FAA zapisuje tę nazwę jako „continuous friction measuring equipment”. Urządzenie jedzie wzdłuż drogi startowej i rejestruje współczynnik tarcia, zapisywany Mu (μ), na całej jej długości. Może być samodzielne albo holowane przez pojazd.

Co mierzy badanie

Urządzenie zwilża nawierzchnię przed oponą pomiarową. Dysze dają jednolitą głębokość wody 1 mm (0,04 in). FAA mówi, że mokra nawierzchnia zawsze daje najniższe wartości tarcia, więc badanie pokazuje przypadek najgorszy. EASA opisuje tę wartość jako wskaźnik tekstury, zanieczyszczenia i stanu odwodnienia powierzchni pod oponą. Wartość jest dynamicznym współczynnikiem tarcia, ponieważ urządzenie wymusza pewien ruch względny opony i nawierzchni. Wielkość tego ruchu zależy od urządzenia.

Urządzenia

Mu Meter mierzy tarcie boczne. Ma dwa swobodnie obracające się koła pomiarowe, ustawione pod kątem do kierunku jazdy. Pojazd ciągnie go po nawierzchni ze stałą prędkością i pod stałym obciążeniem. Metodą badania jest ASTM E670. Inne urządzenia hamują koło badawcze przy stałym poślizgu. Norsemeter RUNAR na przykład pracuje przy stałym poślizgu 16%.

EASA wymienia dziewięć urządzeń w tabeli poziomów tarcia, poniżej. Operator może użyć urządzenia, którego nie ma w tabeli. Musi ono korelować z co najmniej jednym urządzeniem z tabeli. FAA zakwalifikowała swoje urządzenia w badaniach korelacyjnych w Wallops Flight Facility w NASA.

Specyfikacja działania urządzenia według FAA wymaga następujących cech:

• Ciągły zapis tarcia na całej długości drogi startowej, bez odcinków rozpędzania i hamowania.
• Średnie dla każdego odcinka 150 m (500 ft) oraz dla każdej trzeciej części drogi startowej.
• Prędkości badania 65 i 95 km/h, z dokładnością 5 km/h.
• Układ samoczynnego zwilżania z głębokością wody 1 mm i natężeniem przepływu z dokładnością 10%.
• Powtarzalność wyników dla każdego odcinka 150 m w granicach dwóch odchyleń standardowych ±0,06 Mu.
• Gładka opona badawcza bez bieżnika, aby zużycie bieżnika nie wpływało na wynik.

Tekstura i co obniża tarcie

Dwie skale tekstury decydują o tarciu mokrej drogi startowej. Załącznik 14 opisuje obie.

• Mikrotekstura to tekstura pojedynczych kamieni. Oko prawie jej nie widzi. Przy małej prędkości jest główną częścią szorstkości.
• Makrotekstura to tekstura między kamieniami. Oko może ją w przybliżeniu ocenić. Ma główny wpływ na odwodnienie przy dużej prędkości.

Osady gumy w strefie dotyku maskują mikroteksturę, ale nie muszą zmniejszać makrotekstury. Polerowanie kruszywa usuwa mikroteksturę. EASA wymienia trzy przyczyny utraty tarcia: osady gumy, polerowanie nawierzchni i słabe odwodnienie. Nawierzchnia, która w dotyku jest gładka, nie ma mikrotekstury. Załącznik 14 zaleca średnią głębokość tekstury co najmniej 1,0 mm dla nowej nawierzchni.

Wymagania

ICAO Załącznik 14 wymaga, aby państwo ustaliło minimalny poziom tarcia. Lotnisko musi utrzymywać utwardzoną drogę startową na tym poziomie lub powyżej. Musi okresowo mierzyć tarcie ciągłym urządzeniem z samoczynnym zwilżaniem i dokumentować wyniki. Częstotliwość musi pokazywać trend powierzchni. Osoby mierzące tarcie muszą być przeszkolone. Jeśli droga startowa spadnie poniżej minimalnego poziomu tarcia, lotnisko musi podjąć działanie naprawcze i powiadomić użytkowników.

EASA Part-ADR.OPS nakłada te same obowiązki. Jej AMC podaje wartości dla każdego urządzenia i prędkości badania:

Wartości zależą od urządzenia, więc wartości z jednego urządzenia nie można porównywać z wartościami z innego. Tabela 3-2 FAA dodaje trzeci poziom, poziom projektowy dla nowych nawierzchni. Dla Mu Meter wynosi on 0,72 przy 65 km/h i 0,66 przy 95 km/h.

Jak przebiega badanie

• Pełne badanie używa dwóch prędkości: 65 km/h i 95 km/h.
• Rejestrowanie zaczyna się 150 m od progu przy 65 km/h i 300 m przy 95 km/h. Daje to pojazdowi miejsce na przyspieszenie. Kończy się w podobnej odległości od przeciwnego końca, aby pojazd mógł się zatrzymać.
• Dla dróg startowych z samym ruchem wąskokadłubowym przejazd jest w odległości od 3 m do 5 m od osi drogi startowej. Dla ruchu mieszanego przejazdy są w odległości 3 m i 6 m.
• Nawierzchnia jest sucha, a układ samoczynnego zwilżania dodaje wodę.
• Operator porównuje każdy wynik z wcześniejszymi badaniami tej samej drogi startowej i tego samego urządzenia.

Podczas badania droga startowa nie jest dostępna dla statków powietrznych. FAA zaleca operatorowi wybór czasu, który najmniej zakłóca ruch lotniczy.

Jak czytać wynik

Pojedyncza wartość nie wskazuje przyczyny. EASA mówi, że nie można wyodrębnić jednej cechy. Operator może wywnioskować określone cechy, gdy to samo urządzenie działa na tej samej nawierzchni. EASA wiąże obie prędkości z przyczynami:

• Niskie wartości przy 65 km/h wskazują na mniej odsłoniętą mikroteksturę, z powodu przykrycia gumą lub wypolerowanego kruszywa.
• Niskie wartości przy 95 km/h wskazują na nagromadzenie gumy wraz ze słabym odwodnieniem. Przy dużej prędkości film wody może być tak gruby, że mikrotekstura nie dociera do opony.
• Niskie wartości przy dużej prędkości wskazują również na mniejszą makroteksturę. Makrotekstura tworzy kanały odpływu dla dużej ilości wody.

EASA stwierdza, że badanie na suchej drodze startowej nie wykryje zastojów wody ani kolein. Film wody tworzony przez urządzenie ich nie pokazuje. Zastoiska wody płytkie na około 3 mm mogą powodować aquaplaning, gdy lądujące samoloty napotkają je przy dużej prędkości. FAA mówi, że urządzenie z samoczynnym zwilżaniem nie może pokazać potencjału aquaplaningu. Zaleca operatorowi sprawdzenie nawierzchni podczas deszczu oraz zapisanie położenia i głębokości zastoisk wody. FAA mówi też, że średnia głębokość wody większa niż 3 mm na odcinku 152 m wymaga korekty. Operator doprowadza obniżony obszar z powrotem do standardowego poprzecznego spadku.

Jak często badać

ICAO i EASA nie podają stałego interwału. EASA mówi, aby operator wziął pod uwagę liczbę operacji odrzutowców na jeden koniec drogi startowej, masę statku powietrznego, rodzaj i wiek nawierzchni oraz klimat. Wytyczne FAA podają minimalną częstotliwość dla każdego końca drogi startowej:

FAA zaleca oceniać każdy koniec drogi startowej osobno. Jeśli 20% lub więcej składu statków to statki szerokokadłubowe, operator powinien stosować następny wyższy poziom. Każda droga startowa dla samolotów odrzutowych powinna być oceniana co najmniej raz w roku.

Po niskim wyniku

EASA mówi, że pomiar na poziomie planowania utrzymania lub poniżej uruchamia pełne badanie. Badanie obejmuje teksturę, zanieczyszczenie i stan odwodnienia dotkniętej tercji drogi startowej. Sprawdza, czy odsłonięta tekstura może wgniatać gumę opony i czy woda odpływa z nawierzchni. Inspektor zwraca uwagę na te punkty:

• Odsłonięta mikrotekstura, sprawdzana dotykiem, jeśli polerowanie lub guma pokrywają 100 m strefy, z której korzystają samoloty.
• Makrotekstura.
• Otwarte rowki, w granicach ich projektu.
• Porowata warstwa cierna, która odprowadza wodę zgodnie z projektem.
• Spadki powyżej minimalnych wartości projektowych.

Załącznik 14 wymaga korekty utrzymaniowej, aby tarcie nie spadło poniżej minimum. Odcinek drogi startowej o długości około 100 m może być istotny dla utrzymania lub raportowania. FAA podaje następujące wytyczne, oparte na odcinkach 500 ft (152 m):

• Poniżej poziomu planowania, ale powyżej minimum, na odcinku 500 ft, gdy sąsiednie odcinki są na poziomie planowania lub powyżej: bez działania korygującego. Monitorować periodycznymi badaniami.
• Poniżej poziomu planowania przez 1000 ft (305 m) lub więcej: zbadać przyczynę i zakres oraz podjąć działanie korygujące.
• Poniżej minimum na odcinku 500 ft, gdy sąsiednie odcinki są poniżej poziomu planowania: podjąć działanie korygujące niezwłocznie po poznaniu przyczyny.

FAA dodaje zasadę dla nowo wybudowanej drogi startowej dla samolotów odrzutowych z rowkami wyciętymi piłą lub nakładką PFC. Średnia wartość każdego odcinka 500 ft nie powinna być niższa niż poziom projektowy.

Usuwanie gumy

Guma jest najbardziej uporczywym zanieczyszczeniem. Występuje w strefach dotyku i może pokryć całą teksturę powierzchni. FAA wymienia cztery metody usuwania: wodę pod wysokim ciśnieniem, chemikalia, uderzenia o dużej prędkości i szlifowanie mechaniczne. Po usunięciu operator powinien ponownie zmierzyć tarcie. Wartości powinny być w granicach 10% wartości na niezanieczyszczonym środku drogi startowej. Oględziny wzrokowe nie mogą ocenić wyniku. FAA sugeruje, aby kontrakt na usuwanie gumy był rozliczany na podstawie końcowego badania CFME. Podaje też sugerowaną częstotliwość usuwania gumy:

EASA wymienia też inne działania łagodzące. Ponowne nadanie tekstury lub nowa nawierzchnia rozwiązuje problem polerowania. Przekształtowanie profilu rozwiązuje problem słabego odwodnienia.

Rowki i porowata warstwa cierna

Rowek wycięty w poprzek drogi startowej daje wodzie deszczowej krótką drogę spod opony. Załącznik 14 stwierdza, że nacinanie rowków przyspiesza odpływ. FAA stwierdziła, że powierzchnia z rowkami utrzymuje wysoki poziom tarcia na mokro. Operator musi od czasu do czasu mierzyć głębokość i szerokość rowków. Gdy na odcinku 457 m 40% rowków ma głębokość 3 mm lub mniej, rowki nie zapobiegają już dobrze aquaplaningowi. FAA prosi operatora o przywrócenie głębokości i szerokości rowków do 6 mm.

Porowata warstwa cierna (PFC) to cienka nakładka z asfaltu o uziarnieniu otwartym, o grubości od 25 mm do 40 mm. Woda deszczowa przesiąka przez nią i odpływa na bok. FAA stwierdziła, że wysoki poziom tarcia utrzymuje się na PFC przez całą długość drogi startowej. Osady gumy mogą zatykać pustki, wtedy woda nie może przesiąkać przez warstwę. Gdy guma zatyka pustki, FAA mówi, że usunięcie gumy bez poważnego uszkodzenia nakładki jest niemożliwe. FAA dlatego zaleca nieinstalowanie PFC na drogach startowych z więcej niż 91 lądowaniami samolotów odrzutowych dziennie na jeden koniec drogi startowej. EASA nakazuje operatorowi sprawdzić, czy PFC odprowadza wodę zgodnie z projektem.

Tarcie to nie skuteczność hamowania

Wartości tarcia nie służą do podawania stanu nawierzchni. Raport o stanie drogi startowej podaje kod stanu drogi startowej z macierzy oceny. EASA dopuszcza używanie wartości tarcia tylko jako wsparcia dla podniesienia lub obniżenia tego kodu, w sposób porównawczy. Załącznik 14 zaleca, aby lotnisko nie podawało pomiarów tarcia dla zanieczyszczeń innych niż ubity śnieg i lód. Pomiary na luźnym śniegu i breji są niewiarygodne.

Droga startowa jest śliska na mokro, gdy jest mokra, a badania pokazują pogorszone tarcie na znacznej części. Badanie tarcia jest jedną z metod, które mogą to pokazać. Innymi są obserwacje personelu utrzymania, powtarzające się raporty pilotów i analiza skuteczności hamowania. Załącznik 14 wymaga, aby informacja o śliskiej mokrej drodze startowej była dostępna.

Oględziny wzrokowe

Oględziny wzrokowe nie mogą zastąpić badania tarcia. Wykrywają nagromadzenia gumy i zastoiska wody. FAA dodaje, że oględziny są niezbędne przy problemach z odwodnieniem, zużyciu rowków i usterkach konstrukcyjnych. Gdy operator nie używa urządzenia, EASA mówi, aby ocenił spadki, teksturę i odwodnienie na całej nawierzchni. Operator szuka też osadów gumy, polerowania kruszywa oraz ilości odsłoniętej tekstury w strefie, której używają koła samolotów. TarmacView nie mierzy tarcia. Przegląd dronem pęknięć i uszkodzeń nawierzchni uzupełnia badanie tarcia, a go nie zastępuje.