Čo je prúdový výfuk?

Prúdový výfuk je vysokorýchlostný a vysokoteplotný prúd výfukových plynov prúdového motora, ktorý môže poškodiť vozovku, zariadenia a lietadlá a zraniť ľudí.

Prúdový výfuk, jet efflux a prúd za vrtuľou

Prúdový výfuk je výfuk prúdového motora. EASA v usmerneniach k skúškam motorov používa aj výraz „jet efflux“. Vrtuľa vytvára prúd za vrtuľou, ktorý sa nazýva aj prúd vrtule (propeller slipstream). FAA uvádza, že prúd za vrtuľou nevytvára taký stupeň nebezpečenstva ako prúdový výfuk. Môže však stále zdvíhať pozemné vetry a víry. Vietor z veľkých turbovrtuľových lietadiel dokáže zdvihnúť a prevrátiť ľahšie lietadlá, vozidlá a pozemné podporné zariadenia.

Prečo je prúdový výfuk nebezpečný

FAA opisuje výfuk prúdového motora ako vzdušný prúd vysokej rýchlosti pri zvýšenej teplote. Môže poškodiť infraštruktúru letiska, pozemné zariadenia a iné lietadlá a môže vážne zraniť ľudí. Vzduch je navyše turbulentný. Vytvára vibrácie a sily, ktoré môžu poškodiť fasády budov. Vysoká teplota a vysoká rýchlosť spolu môžu poškodiť aj vozovku blízko miesta výfuku.

Na odbavovacích plochách môžu veterné sily prúdového výfuku vymrštiť predmety, premiestniť zariadenia, spôsobiť, že vozidlo stratí kontrolu, a poškodiť infraštruktúru. Ohrozujú pozemný personál, cestujúcich, lietadlá a stavby.

FAA uvádza prahové hodnoty rýchlosti vzduchu pre plánovanie. Nad 12 mph môže vzduch premiestniť nezabezpečený odpad. Nad 30 mph (48 km/h) sa môžu zdvihnúť voľné predmety, napríklad piesok a kamienky. Prahové hodnoty v tabuľke C-1 pochádzajú z Beaufortovej stupnice. Sú to citlivostné prahy, pri ktorých riziko rastie. Nie sú to obmedzenia ani konštrukčné návrhové zaťaženia.

Pre hrubý odhad sily FAA uvádza tlak rovnomerného vzdušného prúdu na plochu, ktorá čelí prúdu. Vzorec je P = 0,00256 V², pričom P je v lb/ft² a V v mph. Pri 50 mph je to asi 6,4 lb/ft² (asi 300 Pa). Na získanie sily vynásobte tlak plochou predmetu. Vzorec nepočíta s turbulenciou, ktorá spôsobuje, že skutočná sila kolíše. FAA uvádza, že v zložitých priestoroch na letiskovej strane môže byť potrebná analýza v aerodynamickom tuneli alebo počítačové modelovanie.

Aká je sila prúdového výfuku

Sila prúdového výfuku závisí od lietadla, úrovne ťahu a atmosféry. FAA uvádza tri úrovne ťahu:

• Voľnobežný ťah, bežný na parkovacích miestach na odbavovacej ploche a na vyčkávacích miestach na rolovacej dráhe.
• Rozbehový ťah, ktorý prekonáva zotrvačnosť a trenie pneumatík, aby sa lietadlo začalo pohybovať. Vyskytuje sa na odbavovacích plochách, na rolovacích dráhach a na koncoch dráh. Hmotnosť lietadla, sklon vozovky, počet motorov, ktoré dodávajú výkon, a čelný vietor ho menia.
• Vzletový ťah, ktorý sa vyskytuje najmä od konca dráhy pozdĺž dráhy až do rotácie, a tiež v oblastiach na skúšku motorov. Väčšina odletov používa znížený ťah, aby sa obmedzilo opotrebovanie motorov.

Rýchlosť a teplota sa šíria ďaleko za lietadlom, kým klesnú na bezpečnú úroveň. Teplota klesne na bezpečnú úroveň na kratšej vzdialenosti, ako klesne rýchlosť. Bočný vietor môže obálku výfukového prúdu posunúť doľava alebo doprava.

Ako ďaleko siaha

Za bežiacim motorom neexistuje jediná bezpečná vzdialenosť. Vzdialenosť závisí od lietadla, úrovne ťahu a atmosféry. FAA neuvádza jedinú hodnotu. Plánovačom odporúča zistiť obrysy výfukového prúdu pre každý typ lietadla.

• Väčšina výrobcov komerčných lietadiel zverejňuje obrysy rýchlosti a teploty výfuku pre tri úrovne ťahu vo svojich príručkách pre plánovanie letísk.
• Pre menšie lietadlá je zdrojom príručka pilota.
• Obrysy sú zvyčajne pôdorysy a bokorysy s poznámkami o predpokladoch, napríklad o štandardnej atmosfére a úrovni ťahu.
• Softvér na modelovanie dráh lietadiel obsahuje aj údaje o rýchlosti a teplote výfuku.

Štúdia NASA z roku 1993 dáva predstavu o rozsahu. Uvádza, že takmer každá prevádzková príručka komerčného prúdového lietadla obsahuje stranu s údajmi o prúdovom výfuku. Strana zobrazuje profil poškodenia meraný od chvosta pri nízkom výkone motora, zvyčajne 35 až 40 % N1. Profil siaha za niektoré väčšie lietadlá viac ako 200 ft (61 m). Sily výfuku v ňom sa blížia k 100 uzlom.

Aby sa obrysy premietli do rozloženia, plánovači ich porovnajú s prahovými hodnotami v tabuľke. Pri parkovaní chvostom k chvostu na terminále FAA odporúča najvyššiu rýchlosť vetra 35 mph (56 km/h). Pri terminále oproti sebe odporúča 50 mph (80 km/h) pre počiatočný výfuk lietadla, ktoré vchádza na miesto na nástup alebo z neho odchádza. Pri parkovaní oproti sebe a na servisných cestách odporúča 35 mph. Odporúčané postupy tiež vyžadujú priestor na odtlačenie, oddelené parkovanie pre všeobecné letectvo a regionálne lietadlá a kotviace body pre malé lietadlá.

Kde spôsobuje škody

Systém NASA na hlásenie bezpečnosti v letectve skúmal 51 hlásení o pozemnom prúdovom výfuku. Štúdia uvádza, že tieto hlásenia boli malou časťou všetkých hlásení. Autori zistili tieto skutočnosti:

• 27 z 51 hlásení (53 %) pochádzalo z rampy. 10 z rolovacej dráhy, 10 z vyčkávacieho miesta na dráhe, pri pristávaní alebo vzlete a 4 z oblasti na skúšku motorov.
• Na rampách incidenty spôsobovali ostré zákruty. Zákruty sa stali pri odtlačení s bežiacimi motormi, spätnom pohybe pod vlastným výkonom (powerback), rolovaní na odlet alebo rolovaní k miestu na nástup. Ťahač im pri ostrej zákrute nedokázal zabrániť.
• 85 % škôd sa prejavilo na krídlach, vrtuliach, klapkách a kormidlách iných lietadiel. Väčšina z nich bola na ľahkých lietadlách s hmotnosťou 5 000 lb alebo menej.
• Budovy, predmety alebo vozidlá tvorili 11 % škôd a zranenia ľudí 4 %.
• Mnohé incidenty mimo rampy vznikli nesprávne nasmerovanými skúškami motorov.

Ide o hlásenia pilotov z roku 1993. Ukazujú druhy udalostí, nie to, ako často sa vyskytujú dnes.

Prúdový výfuk na vozovke a pôde

Na asfalte je erózia spôsobená prúdovým výfukom stmavnutá oblasť, kde spálilo alebo zuhoľnatelo bitúmenové spojivo. Lokálne spálené oblasti môžu byť hlboké asi 1/2 palca (13 mm). Pri prieskume stavu vozovky príručka PAVER ju uvádza ako poruchu č. 46. Nemá stupne závažnosti. Kontrolór zaznamená, že existuje, a zmeria jej plochu v štvorcových stopách alebo štvorcových metroch. Pozri erózia spôsobená tryskami .

Dve ďalšie poruchy môžu vyzerať podobne, ale príručka ich definuje inak:

• Rozrušovanie (raveling) je uvoľňovanie hrubých častíc kameniva z povrchu. Erózia spôsobená prúdovým výfukom sa týka spáleného spojiva.
• Únik oleja je zhoršenie alebo zmäkčenie povrchu spôsobené olejom, palivom alebo rozpúšťadlami. Samotná škvrna nie je porucha.

Prúdový výfuk môže erodovať aj nechránenú pôdu vedľa dráhy alebo rolovacej dráhy. Motory uložené na krídle niektorých veľkých lietadiel môžu prečnievať za okraj dráhy. Erodovaný povrch môže vytvárať prach a úlomky, ktoré môže motor nasať. Spevnené krajnice tejto erózii a vzniku úlomkov odolávajú. FAA tiež uvádza, že nechránená pôda vedľa rolovacej dráhy je náchylná na eróziu, ktorá spôsobuje problémy s nasávaním do motora. FAA navrhuje letiskové vozovky tak, aby poskytovali povrch bez odpadu, ktorý môže prúd za vrtuľou alebo prúdový výfuk odfúknuť alebo zdvihnúť.

Osvetlenie a navigačné pomôcky

Prúdový výfuk určuje, kde stoja svetlá a navigačné zariadenia.

• FAA odporúča, aby postranné dráhové svetlá stáli 10 ft (3 m) od okraja vozovky na dráhach, ktoré používajú prúdové lietadlá. Tým sa zabráni možnému poškodeniu prúdovým výfukom. Na dráhach, ktoré prúdové lietadlá nepoužívajú, odporúča 2 ft (0,6 m).
• FAA uvádza, že zapustené svetlá okraja rolovacej dráhy sa majú používať len v dvoch prípadoch. Prvým je miesto, kde by prúdový výfuk mohol poškodiť nadzemné svetlá. Druhým je miesto, kde by nadzemné svetlá zasahovali do prevádzky lietadiel.
• Vnútorné puzdro svetla PAPI môže stáť až 75 ft (23 m) od okraja dráhy. Platí to tam, kde by ho mohol poškodiť prúdový výfuk a víry od krídel. Je to odchýlka od normy a pred inštaláciou ju musí schváliť FAA.
• FAA odporúča najmenej 600 ft (183 m) medzi akýmkoľvek zdrojom prúdového výfuku a jeho komunikačnými, navigačnými, dohľadovými a meteorologickými zariadeniami. Tým sa obmedzujú usádzaniny výfukových plynov na anténach.

Ako sa letiská chránia pred prúdovým výfukom

FAA uvádza tieto zmierňujúce opatrenia:

• Ochrana pred eróziou: krajnice dráhy, plochy upravené proti erózii na dráhach a krajnice rolovacích dráh.
• Usporiadanie odbavovacej plochy, s parkovacími miestami, ktoré smerujú výfuk od ľudí, zariadení a stavieb.
• Ochrana pred výfukom, ktorá zahŕňa ochranný plot proti prúdovému výfuku .
• Značenie nebezpečných zón prúdového výfuku na odbavovacej ploche.

Plocha upravená proti erózii (blast pad) je plocha vedľa konca dráhy. Znižuje eróziu spôsobenú prúdovým výfukom a prúdom za vrtuľou. FAA vyžaduje spevnenú plochu upravenú proti erózii tam, kde kritické lietadlo patrí do Airplane Design Group IV alebo väčšej. Spevnenú plochu označujú žlté šípkové značky. EASA CS ADR-DSN.B.175(d) uvádza, že najmenej 30 m pásu pred začiatkom dráhy by malo byť pripravených proti erózii spôsobenej výfukom. ICAO Annex 14 uvádza rovnaké odporúčanie v odseku 3.4.11. ICAO tiež odporúča krajnice na obratiskách dráh, ktoré sú dostatočne široké, aby zabránili erózii prúdovým výfukom.

Ochranný plot proti prúdovému výfuku je bariéra, ktorá odkláňa alebo rozptyľuje prúdový výfuk alebo prúd za vrtuľou. Pomáha aj pri výparoch a hluku. FAA uvádza tieto pravidlá:

• Plot umiestnite mimo bezpečnostných plôch dráhy a rolovacej dráhy a mimo priestorov bez prekážok.
• Plot umiestnite mimo približovacích a odletových rovín, bezprekážkového priestoru a kritických oblastí ILS.
• Konštrukčné prvky plota navrhnite tak, aby odolali veterným silám lietadla s najnáročnejšími obrysmi prúdového výfuku.
• Plot umiestnite tak, aby osová čiara prúdu výfuku padla pod jeho vrch.
• Plot inštalujte len vtedy, ak je dostatočná bezpečnostná rezerva nepraktická. Ide o odporúčaný postup.
• Medzi chvostom lietadla a prednou stranou plota ponechajte najmenej 50 ft (15,2 m). Ide tiež o odporúčaný postup.

Ploty môžu byť potrebné pri koncoch dráh, plochách na skúšku motorov a pri hranici letiska. Alternatívou sú násypy alebo konštrukčné steny.

Skúšky motorov potrebujú vlastné miesto. FAA odporúča plochu na skúšky motorov mimo parkovacích miest, oblastí brán a budov. Usmernenia EASA hovoria, aby sa skúšky motorov robili na odľahlom mieste, ak je to možné. Ich usmernenia nepovoľujú skúšky na voľnobežný výkon alebo vyšší v slepých ramenách (cul-de-sac). Nepovoľujú ich ani tam, kde by prúdový výfuk zasiahol stojiská, priestory zariadení alebo pracovné priestory. Skúšky na bežných odbavovacích státiach obmedzujú na kontrolu štartov a voľnobežného výkonu. EASA tiež vyžaduje opatrnosť na čakacej ploche (holding bay). Prúdový výfuk a prúd za vrtuľou z lietadiel na čakaní nesmú rušiť prevádzku lietadiel, poškodzovať vozidlá ani zraňovať ľudí.

Pravidlá EÚ pre odbavovacie plochy

Podľa ADR.OPS.D.055 musí prevádzkovateľ letiska v EÚ:

• informovať používateľov odbavovacích plôch o nebezpečenstvách prúdového výfuku a prúdu vrtule, napríklad bezpečnostným výcvikom alebo propagáciou bezpečnosti
• požadovať od používateľov odbavovacích plôch, aby zabezpečili vozidlá a zariadenia, a určiť parkovacie priestory, kde je účinok prúdového výfuku minimálny
• zohľadniť prúdový výfuk pri návrhu alebo zmene usporiadania odbavovacích plôch
• určiť miesta citlivé na prúdový výfuk a buď zverejniť pilotom žiadosť o minimálny ťah, alebo prijať iné opatrenia

Žiadosť o minimálny ťah sa uvádza v leteckej informačnej publikácii (AIP). Tieto miesta môžu označovať informačné tabule.

Čo kontrola overuje

Usmernenia EASA pre kontrolu žiadajú overiť konce dráh, či nemajú poškodenie od výfuku na približovacích svetlách, značkovacích kužeľoch a prahových svetlách. Pre spevnené plochy uvádzajú aj poškodenie povrchu vozovky a poškodenie svetelných zariadení. Pri prieskume vozovky je záplata erózie od prúdového výfuku porucha 46 a kontrolór meria jej plochu.