АНАЛИЗ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ СВЯЗАННЫХ С ОБЛЕДЕНЕНИЕМ И РЕКОМЕНДАЦИИ К ДЕЙСТВИЯМ ЭКИПАЖАМ ПРИ ПОЛЕТАХ В УСЛОВИЯХ ОБЛЕДЕНЕНИЯ

Метеоусловия являются одним из ключевых факторов в обеспечении безопасности полетов. Сложные метеоусловия не раз становились причиной авиакатастроф и унесли множество людских жизней. В связи с этим потребовалось изучение атмосферных явлений с точки зрения их влияния на авиацию. Так появилась авиационная метеорология. Классическое определение авиационной метеорологии как науки дано А.М. Барановым и С.В. Солониным в учебнике для студентов-метеорологов: «авиационная метеорология – прикладная отрасль метеорологии, изучающая влияние метеорологических величин и атмосферных явлений на авиационную технику и деятельность авиации и разрабатывающая теоретические основы метеорологического обеспечения полетов» [6, с. 4]. Данная дисциплина является одной из ключевых в образовательной программе в учебных заведениях, осуществляющих подготовку летного состава. Однако, существуют такие метеоявления, появление которых порой сложно спрогнозировать, а их влияние на полет бывает непредсказуемым. Одним из таких явлений является обледенение – отложение льда на обтекаемых частях воздушного судна и силовой установке. Может происходить в любое время года и суток в случае соблюдения хотя бы одного из следующих условий: замерзание переохлажденных капель воды и десублимация водяного пара на поверхности самолета. Причем десублимация не представляет большой опасности, так как проявляется в виде инея и лишь незначительно снижает летные характеристики воздушного судна. Наибольшую опасность представляет намерзание капель воды. Происходит это ври полете через переохлажденные облака, туман, в условиях осадков (морось, дождь, ледяной дождь). Необходимым условием обледенения является отрицательная температура поверхности воздушного судна.

Выделяют несколько типов обледенения в зависимости от формы (рисунок 1):

1. Клинообразная
2. Желобообразная
3. Изморозь
4. «Барьерный лед»(при работе ПОС на передней кромке)
5. Топливный лед

Рисунок 1.Формы образования льда на крыле

Как видно из рисунка 1, обледенение может принимать различные формы в зависимости от условий образования и факторов, влияющих на этот процесс.

Рисунок 2. Изменение аэродинамических характеристик профиля крыла в результате обледенения: А- аэродинамического качества, Б- зависимости подъемной силы от угла атаки

При обледенении происходит значительное ухудшение аэродинамических характеристик:

1. Уменьшается критический угол атаки и подъемная сила;
2. За счет снижения несущих свойств крыла увеличивается угол атаки, необходимый для горизонтального полета, следовательно, снижается диапазон допустимых углов атаки;
3. Растет лобовое сопротивление, что влечет за собой увеличение потребной тяги.

Все это создает условия, в которых малейшая ошибка в пилотировании может привести к катастрофе.

Рассмотрим авиакатастрофы, основной причиной которых стало обледенение. В учебных заведениях на занятиях по аэродинамике и динамике полета разбирают катастрофу ATR-72 (бортовой номер VP-BYZ) под Тюменью 2 апреля 2012 года. Самолет совершал рейс Тюмень-Сургут, но через 43 секунды после взлета потерпел крушение. В результате погибло 33 человека из 43 на борту. Причиной стало наземное обледенение, с последствиями которого экипажу справиться не удалось. Что же произошло в тот роковой день?

Перед вылетом самолет находился около семи часов в условиях мокрого снега с дожем при околонулевой температуре. Предполетный осмотр был осуществлен бегло, крыло, ввиду своей труднодоступности, осмотрено не было вовсе. Противообледенительная обработка не проводилась. На выруливании была включена противообледенительная система, произошел отрыв льда с передней кромки крыла. При всем при этом командиром воздушного судна было принято решение на взлет. Взлет выполнялся с выпущенными на 15 ˚ закрылками. Отрыв произошел на скорости  127 узлов. На высоте 640 футов и скорости 135 узлов была осуществлена уборка закрылков. За этим последовало возникновение правого крена и появление тряски штурвала. Крен достиг значения примерно 40 ˚ за время около трех секунд, после чего был убран путем отклонения элеронов и руля направления. В результате возник левый крен, который не удалось парировать полным отклонением элеронов вправо. Это повлекло за собой сваливание с дальнейшим столкновением с землей.

Как мы видим, экипажем был допущен ряд ошибок:

• Предполетный осмотр проведен не в полной мере;
• Отказ от обработки противообледенительной жидкостью;
• Экипаж наблюдал отрыв льда с передней кромки крыла при включении ПОС (противообледенительной системы) на рулении, но никаких мер не предпринял - было принято решение на взлет на обледеневшем самолете;
• Отрыв происходил на скорости, равной скорости отрыва в обычных условиях, тогда как снижение подъемной силы (рисунок 2 Б) требует увеличения данной скорости;
• Были убраны закрылки, что уменьшило подъемную силу и создало предпосылки к сваливанию;
• Экипаж не смог распознать начавшегося сваливания, признаками которого являлись тряска штурвала и крен, и отреагировал неправильно - крен был парирован движением элеронов и руля направления, возникший обратный крен - тем же способом.

Кроме ошибок экипажа, на исход повлияла конструктивная особенность самолета ATR-72. Он оборудован пневматической противообледенительной системой (рисунок 3). Данная тип ПОС способна механическим воздействием сломать лед на передней кромке крыла.

Рисунок 3. ATR – 72 (бортовой номер VP-BYZ). Черные области на передней кромке крыла – противообледенительная ситема.

Но в данной ситуации имело место наземное обледенение, в результате которого льдом покрывается вся поверхность крыла, и такая тип ПОС не способна удалить большую его часть, остается «барьерный лед» (рисунок 1).

Итак, была ли возможность избежать данной трагедии? Несомненно, это так. Существуют следующие рекомендации:

• обработка противообледенительной жидкостью перед вылетом в условиях наземного обледенения (что и проводилось с другими самолетами на данном аэродроме в то время);
• необходимо прекратить руление на взлет после отрыва льда с передней кромки крыла при наземном обледенении и вернуться для проведения противообледенительной обработки;
• отрыв при взлете в условиях обледенения должен совершаться на больших скоростях, чем в нормальных условиях, для создания необходимого запаса скорости по сваливанию (рисунок 2);
• тряска штурвала и крен, возникшие в наборе высоты после уборки закрылков, являлись типичными признаками, предшествующие сваливанию. Необходимо было прекратить набор высоты, выпустить закрылки и совершить посадку на аэродроме вылета для противообледенительной обработки.

Рассмотренная авиакатастрофа является примером влияния обледенения на летные характеристики воздушного судна. Но отложения льда могут привести к совершенно иной проблеме. Это закупоривание льдом приемника воздушного давления.

Рисунок 4. Приемник воздушного давления: А- внешний вид на самолете Dassault Rafale, Б- принципиальная схема

Данное устройство, путем сравнения скоростного напора воздушного потока (Pп) и атмосферного давления в текущих условиях, позволяет определить приборную скорость полета. Замерзание приемных трубок может привести к искажению показаний приборной скорости, что может ввести в заблуждение как пилотов, так автопилот. Это стало причиной ряда авиакатастроф. Наиболее известной является катастрофа А-330 в Атлантике – одна из крупнейших авиакатастроф в истории.

Airbus A-330-203 (бортовой номер F-GZCP) авиакомпании Air France 1 июня 2009 года совершал рейс Рио – Де – Жанейро – Париж, но при полете над океаном рухнул в воду и полностью разрушился. Погибли все 228 человек, находившиеся на борту. Согласно заявлению Бюро по расследованию и анализу безопасности гражданской авиации (BEA) причиной катастрофы стали «обмерзание трубок Пито, последующее отключение автопилота и несогласованные действия экипажа, приведшие к сваливанию самолёта».

Самолет вылетел из Рио – Де – Жанейро в 22:02 31 мая, а в 2:10 произошло отключение автопилота и автомата тяги, связанное с расхождениями показаний скорости. Самолет перешел на ручное управление. В это время место второго пилота занимал стажер, функции командира выполнял второй пилот, а командир отдыхал и управление не осуществлял. Появился правый крен, второй пилот отдал ручку от себя и влево, после чего зазвучали сообщения о сваливании. Пилот – стажер отреагировал на это тем, что потянул ручку управления на себя и держал ее в этом положении. Самолет набрал высоту 11 600 м (FL380), что выше допустимой. При этом угол атаки достигал 16 ˚, а режим работы двигателей был переведен на взлетный (максимальная тяга). Затем, в 2:11:40 в кабину вернулся командир. При этом угол атаки увеличился уже до 40 ˚, а высота уменьшилась до 10 675 (FL350) при 100 % - ной тяге двигателей. Из-за большого угла атаки сообщения о сваливании прекратились ввиду невозможности оценки автоматикой данного параметра на больших углах атаки. Второй пилот вмешался в управление, уменьшив тангаж, из-за чего вновь появились сообщения о сваливании. Режим работы двигателей был уменьшен до 55 %. За несколько секунд до падения стажер сообщил о том, что все это время тянул ручку управления на себя. Командир немедленно приказал прекратить попытки набора высоты, и на высоте примерно в 600 м самолет начал набрать скорость, но вовремя выйти из сваливания не удалось. В 2:13:48 самолет врезался в воду.

Итак, мы видим, что замерзание приемника воздушного давления сначала привело к отключению автопилота, а затем сделало невозможным определение приборной скорости пилотами при ручном пилотировании, что и стало главной причиной катастрофы. Так же, важную роль сыграли ошибки экипажа:

• не была проведена установка руля высоты на угол 5 ˚ и увеличение режима работы двигателя до номинального, что определено для случаев недостоверных показаний скорости;
• отключение сигнала предупреждения о сваливании при увеличении угла атаки выше определенного в соответствии с проектными установками, а также его включение при уменьшении угла атаки привело пилотов в замешательство;
• пилот – стажер тянул ручку на себя практически на протяжении всего снижения, что еще больше усугубляло ситуацию. Командир, узнав об этом, принял правильное решение о прекращении попыток набора высоты, но было уже слишком поздно;
• был увеличен режим работы двигателей до максимального. Двигатели, расположенные ниже центра тяжести (как у самолета A-330), создают кабрирующий момент, увеличение рем их работы увеличило и создаваемый момент, что способствовало увеличению угла атаки;
• пилоты не учитывали достоверные данные о высоте и вертикальной скорости, им казалось, что все данные неправильные.

Что же мог предпринять экипаж, чтобы сохранить контроль над самолетом. В первую очередь, выполнить рекомендации по изменению режима работы двигателя и угла установки руля высоты, указанные выше. Это позволило бы перейти в установившийся полет на определенной высоте и скорости. Во вторых, используя доступные данные о высоте и вертикальной скорости, можно было распознать, что самолет перешел в сваливание и выполнить процедуры по выходу из него, а именно:

1. Отклонить ручку управления от себя для уменьшения угла атаки и для набора воздушной скорости.
2. После уменьшения угла атаки увеличить режим работы двигателей.
3. Положение руля направления и элеронов необходимо сохранять близкими к нейтральным даже при наличии крена, раннее устранение крена может привести к попаданию в «штопор».
4. После прекращения тряски и набора безопасной скорости допускается устранять крен.
5. Плавным движением ручки управления перевести самолет из снижения в горизонтальный полет. Резкое изменение положения руля высоты может создать большую перегрузку, что может привести к повторному сваливанию.

Итак, прошло уже 115 лет со дня, когда впервые человек поднялся в воздух на самолете. С тех пор произошло огромное число случаев, когда обледенение могло привести к катастрофе. Даже знаменитый перелет Валерия Павловича Чкалова через Арктику мог завершиться катастрофой, если бы не профессионализм, мужество и стойкость летчика - героя. Попав в условия обледенения, Валерий Павлович принял решение набрать высоту более 5000 м, чтобы выйти из опасной зоны. Но самолет АНТ-25, на котором выполнялся полет, не был оснащен кислородным оборудованием и системой обогрева. Александр Беляков и Георгий Байдуков, входившие в состав экипажа, теряли при этом сознание от недостатка кислорода. Но Валерий Павлович выдержал это испытание и смог преодолеть Арктику. Но, несмотря на накопленные опыт и знания об этом явлении, а также технологии борьбы с ним, созданные на сегодняшний день, все равно происходят катастрофы, вызванные обледенением. Зачастую экипажам просто не хватает опыта и знаний для преодоления подобных нештатных ситуаций, что приводит к ошибкам и, в итоге, к гибели людей. Поэтому очень важно при подготовке летного состава уделять должное внимание изучению явления обледенения, условий его возникновения, влияние на летные характеристики, пилотированию в условиях обледенения, а также методам борьбы с сопутствующими нештатными ситуациями, такими как сваливание и «штопор».

Список литературы:

1. http://www.mak-iac.org/
2. BEA final report on the accident on 1 June 2009 to the Airbus A330-203 registered F-GZCP operated by Air France flight AF 447 Rio de Janeiro – Paris.