Визначення довжини льотних смуг

Вступ

1. Технічні показники та технічні вимоги ІКАО та ДБН до аеродромів. Роль аеропорту у вирішенні потреб району обслуговування у перевезеннях повітряним транспортом.

На даний час повітряний транспорт - галузь народного господарства нашої країни, яка досить швидко розвивається. Щорічно збільшується обсяг перевезень пасажирів і вантажів, літаковий парк поповнюється сучасними комфортабельними реактивними лайнерами, підвищуються безпека і регулярність польотів.

Розвиток цивільної авіації вимагає будівництва нових і реконструкції раніше побудованих аеродромів.

Необхідність забезпечення надійного функціонування аеродромних споруд ставить великі задачі перед дослідниками і проектувальниками аеродромів. Будівництву нових і реконструкції діючих аеродромів передують проведення вишукувань і розробка проектно-кошторисної документації. Від якості вишукувань і повноти зібраних зведень залежить обґрунтованість прийнятих проектних рішень, а отже, і довговічність побудованих споруд. Дана робота спрямована на рішення практичних задач, зв’язаних з вишукуваннями і проектуванням аеродромів і вертодромів на сучасному рівні з урахуванням перспектив розвитку авіаційної техніки і конструкцій основних споруд аеродромів. В даний час важливою задачею є забезпечення довговічності при проектуванні аеродромів зниження матеріалоємності, трудомісткості, вартості будівництва, скорочення його тривалості за рахунок високої технологічності проектних конструктивних рішень. У зв’язку з цим враховуються вимоги нових нормативних документів, норм технологічного проектування, державних і галузевих стандартів, будівельних норм і правил - СНиП 2.05.08-85 “Аеродроми", СНиП 1.02.01-85 “Інструкція про склад, порядок розробки, узгодження і затвердження проектно-кошторисної документації на будівництво підприємств, будинків і споруд, а також нові результати виконаних науково-дослідних робіт.

Класифікація аеропортів і аеродромів.

Польоти виконуються по повітряних трасах, які представляють собою повітряний простір над поверхнею землі у вигляді коридору, забезпеченого аеродромами і наземними радіотехнічними засобами. Межі висоти цього повітряного простору визначаються типом експлуатованих ПО і встановленими обмеженнями. По своєму призначенню аеропорти поділяються на:

· Міжнародні. До них відносять аеропорти для прийому, випуску й обслуговування ПС, що виконують польоти на міжнародних авіалініях, і мають пункти прикордонного, митного і карантинного контролю. Для даної групи аеропортів обов’язковий облік додаткових вимог і рекомендацій Міжнародної організації цивільної авіації (ІКАО).

· Державного значення. До них, як правило, відносять аеропорти, у яких основний обсяг перевезень здійснюється по внутрішньодержавних повітряних лініях, що зв’язує між собою обласні, адміністративно- господарські і культурні центри.

· Місцеві - це, як правило, аеропорти, у яких основний обсяг перевезень здійснюється по місцевих повітряних лініях (МВС) між населеними пунктами, розташованими в межах території керування цивільної авіації.

Пасажирські аеропорти призначені головним чином для перевезення пасажирів, а вантажні - для перевезення вантажів і пошти. У більшості випадків у сучасних аеропортах виконується робота з забезпечення пасажирських і вантажних перевезень. Частка того чи іншого виду перевезень залежить від цілого ряду факторів, серед яких можна виділити можливість забезпечення доставки пасажирів і вантажів іншими видами транспорту:

ü залізничним

ü автомобільним

ü водним

В окремих випадках повітряний транспорт є одним видом транспорту, що забезпечує зв’язок з віддаленими і важкодоступними районами.

Групи повітряних суден

Група ПС	Вмістимість, пас	Маса ПС, т	Група ПС	Вмістимість, пас	Маса ПС, т
І	Більше 160	Більше 100	III	30-70	10-45
II	70-200	45-100	IV	До ЗО	До 10

Базові аеропорти необхідні для базування ПС, що обслуговують повітряну лінію, систему повітряних ліній, територіальний чи спеціальний підрозділ цивільної авіації. До запасного відносять аеропорти для епізодичного обслуговування ПС того чи іншого типу, що курсують по повітряних лініях. Кінцеві - це аеропорти, розташовані на одному з кінців повітряної лінії, а проміжні у точці - на проміжній ділянці повітряної лінії. При цьому слід зазначити те, що той самий аеропорт може бути кінцевим для одних повітряних і початком для інших.

Аеродроми підрозділяються на шість класів (А, Б, В, Г, Д, Е) у залежності від довжини головної ЗПС зі штучним покриттям у стандартних умовах.

За характером використання аеродроми підрозділяються на: постійні - обладнані для регулярної експлуатації, зареєстровані у власному порядку і тимчасові, підготовлені для польотів на обмежений термін; цілодобової дії, обладнані засобами, що забезпечують безпечну і регулярну експлуатацію ПС у будь-який час доби; денні, підготовлені для польотів у денний час.

У залежності від призначення аеродроми можуть бути: трасовими для експлуатації транспортних ПС, що перевозять пасажирів, вантажі і пошту; заводськими для іспитових польотів ПС, що випускаються заводами чи ремонтними підприємствами; навчальні, які належать льотному навчальному закладу цивільної авіації і призначені для навчання курсантів і слухачів (Навчальні аеродроми по характеру їхнього використання підрозділяються на центральні, базові і польові); аеродроми, які використовують в народному господарстві для авіаційно-хімічних робіт, аеропосіву, патрулювання, аерофотознімання, охорони лісів, надання швидкої медичної допомоги. Вони можуть бути постійними і тимчасовими.

В залежності від розташування на трасах аеродроми поділяються на основні і запасні. Основні аеродроми передбачені для постійного базування одного чи декількох підрозділів цивільної авіації. Запасні аеродроми призначені для непередбаченої посадки ПС.

Визначення довжини льотних смуг.

Розрахунковим випадком при визначенні потрібної довжини ЗПС і ЛП прийняте відмовлення критичного двигуна ПС при здійсненні зльоту. Льотно-технічні характеристики експлуатованих і перспективних типів ПС вимагають достатньої довжини ЛП, щоб з моменту зльоту забезпечити дві умови при відказі двигуна:

-безпечно продовжити і завершити зліт;

-зробити повну зупинку ПС у межах існуючих (фактичних) параметрів ЛП.

В першій умові необхідно мати достатню злітну дистанцію, тобто відстань по горизонталі, яку проходить ПС із моменту старту до точки відриву з одночасним досягненням безпечної швидкості злету.

В другій умові необхідна дистанція перерваного зльоту - відстань по горизонталі, яку проходить ПС із моменту старту на лінії старту до моменту повної зупинки на ЛП у випадку відмовлення одного критичного двигуна. Для вищевказаних випадків ПС що злітає повинен набрати швидкість, яку називають швидкістю прийняття рішення (\/ріш), при цьому у випадку відмовлення двигуна при швидкості, меншій Vріш, приймають рішення про припинення зльоту. У цей момент у зв'язку зі зменшеною швидкістю і тягою ПС для успішного завершення зльоту треба було б значно збільшити довжину розбігу і злітну дистанцію, тому рішення про припинення зльоту дозволить безпечно здійснювати зупинку ПС у межах відповідних розмірів ЛП. У випадку відмовлення двигуна на швидкості, більшої Vріш, швидкість ПС і його тяга двигунів забезпечать безпечне продовження і завершення зльоту на наявній ділянці злітної дистанції. Критична швидкість не встановлюється, а вибирає пілот у залежності від розташовуваних дистанцій перерваного зльоту і злітної дистанції, злітної маси ПС, характеристик ШЗПС і атмосферних умов на даному аеродромі. Для різних поєднань вищевказаних умов можуть бути отримані певні дистанції, прийнятні для кожного конкретного типу ПС.

Найчастіше вибирають таку критичну швидкість, при якій потрібна злітна дистанція дорівнює потрібній дистанції перерваного зльоту. Встановивши основний розрахунковий випадок (відмовлення критичного двигуна), варто розглянути різні дистанції, що можуть бути на аеродромі. Довжина розбігу - відстань по горизонталі, яку проходить ПС із моменту старту на лінії старту до моменту відриву від ЗПС. Посадочна дистанція - відстань по горизонталі, яку проходить ПС із моменту прольоту на висоті 15м (над рівнем ШЗПС) у точці очікуваного торкання літака при посадці до моменту повної його зупинки після пробігу по ШЗПС.

При визначенні розрахункових розмірів льотних смуг згідно умов ІКАО за еталон приймаються такі стандартні умови:

ü повітря - ідеально сухий газ;

ü густина повітря над рівнем моря g = 1,23кг/м³;

ü температура над рівнем моря t = 15⁰С;

ü стан повітря - повний штиль;

ü закон падіння температури по висоті Ін=15⁰С-0,0065*Н;

ü тиск повітря над рівнем моря Ро=760мм.рт.ст.

а) Зліт літака в стандартних умовах

За рекомендаціями ІКАО при визначенні довжини ШЗПС для безпечного злету, в якості розрахункового, прийнятий випадок відмови в роботі одного з двигунів літака в процесі його розбігу.

Довжина ШЗПС повинна забезпечувати безпечні умови для продовженого або перерваного злету в залежності від швидкості, при якій відбувається відказ двигуна:

V_відк > V_кр - літак продовжує зліт.

V_відк < V_кр - зліт літака переривається.

А1) Випадок продовженого зльоту

При продовженому зльоті довжина ШЗПС повинна забезпечувати розбіг літака і підйом його на висоту 10м з одночасним розгоном літака до безпечної швидкості зльоту при відказі двигуна.

Довжина ШЗПС визначається за формулою:

L⁰_ШЗПС = L⁰_ст + L⁰_{розб(n-1)} + L⁰_розб(n) + L⁰_зап

Визначаємо необхідні швидкості:

де: -мінімальна швидкість, при якій літак може піднятися в повітря;

G - злітна маса літака(кг);

β – коефіцієнт швидкості призимного повітря(0,94);

S - площа крил(м²);

G/S - питоме навантаження на крило(195 кг/м²);

Су - коефіцієнт підйомної сили (0,55-1,03);

ρ - масова густина повітря (0,123 кг/м³);

= =68,79 м/с

Швидкість відриву:

V_відр=1,1* =1,1*68,79=75,67 (м/с)

Швидкість відмови:

V_відм=0,75*V_відр=0,75*75,67=56,75 (м/с)

L_ст=50-100м - відстань від початку ШЗПС до місця початку розбігу.

Приймаємо L⁰_ст=60м.

Визначаємо довжину розбігу:

де: - коеф., що враховує зміну тяги двигунів в залежності від швидкості (0,93);

- відносна тяга двигунів на 1кг злітної маси (тягоозброєність літака, 0,31);

- приведений коефіцієнт.

=0,5*(f+ )=0,5*(0,01 +0,11 )=0,075

g - прискорення вільного падіння;

=(0,93*0,31-0,075)*9,81=2,77 м/с

L⁰_розб(n)=56,75²/(2*2,77)=581,32 м

Визначаємо довжину розбігу при відказі в роботі одного двигуна:

=9,81*(0,88*0,31-0,11)=1,56 м/с²

де: - відносний середній лобовий повітряний опір при розгоні літака (0,11)

L⁰_{розб(n-1)}=(75,67²–56,75²)/2*1,56=803,01 м

Визначаємо довжину запасу ЗПС:

L⁰_зап=1/3 * L_Н=10

де: - загальний відносний опір руху літака при зльоті.

L_Н=10 = 75,67²*(1,25²–1,15²)/2*9,81*(0,87*0,31–0,017)=297,37 м

L⁰_зап=1/3 * 232,65=77,55 м

Отже, довжина ШЗПС у випадку продовженого зльоту літака в стандартних умовах буде дорівнювати:

L⁰_ШЗПС = 60+518,32+803,01+77,55=1458,88 (м)

2А) Випадок перерваного зльоту

Загальна довжина ШЗПС дорівнює:

L⁰_ШЗПС = L⁰_ст + L⁰_розб + L⁰_гальм + L⁰_зап – L⁰_ксб

Визначаємо необхідні швидкості:

Швидкість відриву:

V_відр=75,67м/с

Швидкість відмови:

V_відк=56,75 м/с

L_cт^o = 50-100 м – відстань від початку ШЗПС до місця початку розбігу.

Приймаємо L_cт^o = 60 м.

Визначаємо довжину розбігу:

L^o_розб(п) =(75,67²–56,75²)/2*1,56=803,01 м

Визначаємо довжину гальмування – шляху літака до повної зупинки:

- обернена аеродинамічна якість (0,09-0,1);

- коефіцієнт зчеплення при гальмуванні (0,12-0,16);

L_торм = 2200 м.

Необхідний запас з умови забезпечення розвороту літака L_ксб = 400 м;

Отже, довжина ШЗПС у випадку перерваного зльоту літака в стандартних умовах буде дорівнювати:

L_шзпс = 60+803,01 +2328-400 = 2790,63 м.

1.L^o_ШЗПС = 1458,88 м.

2.L^o_ШЗПС = 2790,63 м.

Приймаємо довжину ШЗПС 1.L^o_ШЗПС = 2790,63 м.

б) Зліт літака в розрахункових умовах

Загальна формула для визначення довжини ШЗПС для зльоту літака в розрахункових умовах:

L_ШЗПС = L^o_ШЗПС *k_t*k_н*k_i

k_t = 1 +0,01*(t_розр-t_н) = 1 +0,01*(24,82-12,08) =1,13

t_розр = 1,07*t₁₃ – 3 = 1,07*26-3 = 24,82^oC

t_n = 15 - 0,0065*450 = 12,08^oC

Згідно вихідних даних для Рівненської області висота розташування аеродрому H = 390 м.

k_н- висотний коефіцієнт,

k_н = 1+0,07*H/300 = 1+0,07*390/300 = 1,09

k_r – коефіцієнт ухилу, k_i = 1 + i*I = 1

I –норма збільшення довжини ШЗПС при збільшенні похилу; I – поздовжній похил.

L_шзпс = 2790,63 *1,13*1,09*1 = 3374,15 м.

в) Посадка літака в стандартних умовах

Посадочна дистанція– це сумарна довжина горизонтальної дистанції повітряної ділянки і пробігу літака при посадці. Початок посадочної дистанції співпадає з початком ШЗПС. За початок посадочної дистанції приймають точку, над якою літак знаходяться в повітрі на висоті 15 м.

Довжина ШЗПС повинна забезпечувати пробіг літака до його повної зупинки.

Загальна формула для визначення довжини ШЗПС:

L^o_шзпс = L^o_приз + L^o_проб + L^o_зал

L^o_приз – оптимальна зона приземлення літаків (залежить від типу літака)

L^o_приз = 500 м;

Визначаємо довжину пробігу літака:

= 68,79 м/с.

L^o_проб = 68,79 ²/2*9,8*0,5*(0,1+0,15) = 1931,45 м.

Визначаємо довжину запасу:

L_зап – 60 м.

Отже, довжина ШЗПС для посадки літака в стандартних умовах:

L_шзпс = 500+1931,45 +60 = 2491,45 м.

г) Посадка літака в розрахункових умовах

Загальна формула для визначення довжини ШЗПС для посадки літака в розрахункових умовах:

L_шзпс = L^о_шзпс*К *К_і

К - поправочний коефіцієнт К = 1/ = 1/1,013 = 0,987

P – розрахунковий тиск повітря

759,99

L_шзпс = 2491,45 *0,987*1 = 2459,47 м.

3. Вплив природньо-кліматичних умов на розташування ЗПС.

а) Вплив метеофакторів на величину дистанції злету і посадки

Оцінка впливу метеофакторів і умов експлуатації на довжину злітної смуги. Розміри ШЗПС і КСБ, обчислені по викладеній вище методиці, відповідають приблизно 85% річної забезпеченості польотів літаків по температурних умовах і тиску повітря, що відповідає вимогам ІКАО. Це означає, що протягом 15% річного часу розрахована довжина літної смуги виявляється трохи менше довжини, необхідною для забезпечення безпеки ЗП операцій літаків розрахункового типу, при стані атмосфери, що змінився. У цих умовах безпека злітно-посадочних операцій літаків розрахункового типу забезпечується шляхом зменшення злітної ваги літака, а також шляхом використання зустрічного вітру при зльоті чи посадці літака. При неможливості зменшити вагу літака чи використовувати зустрічний вітер рейс із денного часу доби з високою температурою повітря переноситься на ранкову годину чи на іншу добу. Результати обробки діючих номограм для визначення довжини ШЗПС показують, що підвищення температури на один градус збільшує довжину ШЗПС на 30-60 м, а при зниженні тиску повітря на 1% довжина ШЗПС збільшується в середньому на 2-2,5%. Вплив зустрічного вітру на довжину ШЗПС може бути врахований за допомогою поправочного коефіцієнта.

б) Вплив зустрічного вітру

Вплив зустрічного вітру на довжину ЗПС враховується поправочним коефіцієнтом К_w

V_відр – необхідна швидкість при існуючому стані атмосфери;

W*cos - поздовжня складова швидкості зустрічного вітру;

- кут між напрямком вітру і напрямком злету ( =40^о)

V_min – мінімальна швидкість, при якій літак може піднятися в повітря;

- відновсна щільність повітря.

K_w = 68,8²/(68,8+10*cos40^o)² = 1

Довжина ЗПС з врахуванням зустрічного вітру:

L_шзпс = L_шзпс*K_w = 2459,47 *1 = 2459,47 м.

в) Вплив міцності грунту

Вплив міцності грунту на довжину ГЗПС враховується введенням поправочного коефіцієнту К_f. Необхідна довжина ГЗПС обумовлюється лише злетом літака та обмеженням глибини колії, яка для нормальної експлуатації не повинна перевищувати допустиму.

L_гзпс = L_шзпс*K_f = 2459,47 *1,1 = 2705,41м.

L_шзпс – необхідна розрахункова довжина ШЗПС для злету, так як посадка літака на грунтову смугу не має труднощів і не є розрахунковою;

D – зовнішній діаметр шини головної опори літака

H = 0,065*D.

4) Визначення напрямку льотних смуг в плані по вітровому завантаженню

Літні смуги орієнтуємо в залежності від ряду факторів, серед яких першорядне значення приділяється вітровому завантаженню. Вітровим завантаженням чи вітровою забезпеченістю літної смуги називається ймовірна частота використання, якого-небудь визначеного напрямку смуги, виражена у відсотках від усіх напрямків вітрів протягом року. Вітер впливає на злітно-посадочні операції літаків. Як правило, зліт і посадка здійснюються проти вітру. Зліт і посадка літаків при попутному і попутно-боковому вітрі дозволяються у виняткових випадках, коли немає можливості виконання цих операцій при зустрічному чи зустрічно-бічному вітрі. При цьому попутна складова швидкості вітру повинна бути не більше 5 м/с, а бічна складова вітру – не більше 6 м/с. Виконання зльоту і посадки при попутному вітрі веде до збільшення дистанції розбігу і пробігу літака. Так, наприклад, при попутному вітрі зі швидкістю 5 м/с довжина розбігу літака типу МИ-18 збільшується на 17%. Гранично допустимою швидкістю вітру при експлуатації літака вважається швидкість, вище якої губиться опірність літака впливу вітру. Граничні значення швидкості вітру для зльоту і посадки встановлюються аеродинамічними розрахунками і літніми випробуваннями для кожного типу літака.

В сучасних літаків граничнодопустимі швидкості зустрічного вітру на землі складають 25-30 м/с. Існуючі нормативи обмежують граничні значення нормальної складової бічного вітру в залежності від класу аеродрому від 6 до 12 м/с. В окремих випадках у практиці експлуатації при русі літаків у складних метеоумовах на мокрій і слизькій поверхні штучних покриттів граничні значення нормальної складової бічного вітру зменшується до 4-10 м/с. Це викликано необхідністю забезпечення безпеки зльоту і посадки літаків. При бічному вітрі різні літаки при русі поводяться по-різному. Одні з них мають тенденцію до розвороту проти вітру, особливо на етапі, коли носова опора піднята, інші – до розвороту по вітрі, треті – до крену. Літак накреняється за рахунок збільшення обтиснення пневматиків коліс і амортизаторів передньої опори і підвітряної головної опори шасі і за рахунок зменшення обтиснення пневматиків коліс і амортизаторів головної опори шасі. Практично цей екран може досягати 3-4^о у поперечній площині і 1,5-2^о у поздовжній площині.

Обтікання літака косим потоком приводить до перерозподілу аеродинамічних сил, що діють на бічні поверхні, внаслідок чого на стороні, яка обдувається вітром створюється підвищений, а на протилежній знижений тиск. У результаті з’являється бічна аеродинамічна сила – результуюча цих сил тиску.

З появою бічного вітру виникає також повертаючий момент, що залежить від кута ковзання. Розвертаючий момент Му прагне повернути літак у бік ковзання. Значення бічної аеродинамічної сили і моменту, що розвертає, ростуть зі збільшенням швидкості бічного вітру і швидкості руху літака.

Найбільш вигідним з погляду вітрового завантаження є напрямок літної смуги, при якому злети і посадки літаків будуть забезпечені протягом найбільшої кількості вітряних днів. Значення вітрового завантаження в залежності від класу аеродрому представлені в табл. 1. Розрахунок вітрового завантаження повинен виконувати за даними спостережень за можливо тривалий період, але не менше 5 років по 8 чи 16 румбам..

Табл. 1

Градація швидкості вітру, м/с	Кут зносу, о
0-8
9-11
12 і більше	22,5

З врахуванням таблиці 1 і даних координатної рози вітрів по швидкостях і напрямках будемо мати наступні % повторюваності вітрів.

Табл. 2

Градація швидкості вітру, м/с	Сума повторюваності вітрів, %	Кут зносу, о
0-8
9-11	31,37
12 і більше	18,63	22,5
Всього	100,00

При визначенні вітрового завантаження літної смуги метеорологічні дані обробляються за наступною методикою. Визначаємо повторюваність вітрів різних швидкостей по напрямках. Дані з завдання заносимо в табл. 3. На підставі даних табл. 3 будуємо розу повторюваності вітрів по напрямках.

Злітно-посадочні операції на літній смузі виконуються з двох взаємно протилежних напрямків. У зв’язку з цим просумуємо значення повторюваності вітрів по взаємно протилежним чи, як прийнято називати, суміщеним напрямкам.

За даними таблиці 3, складаємо таблицю 4 повторюваності вітрів по суміщених напрямках. На підставі даних таблиці 4 будуємо розу повторюваності вітрів по суміщених напрямках.

Табл. 3

Градація швидкості вітрів м/с	Повторюваність вітрів %	Сума повтор. вітрів %
Пн	ПнСх	Сх	ПдСх	Пд	ПдЗх	Зх	ПнЗх
0-8
9-11	2,5	1,8	2,8	5,0	3,4	3,4	7,5	4,7	31,37
	1,4	1,1	1,6	2,9	2,0	2,0	4,4	2,7	18,63
Всього	11,9	8,9	13,4	23,9	16,4	16,4	35,9	22,4

Табл. 4

Граничні швидкості вітрів м/с	Повторюваність вітрів %	Сума %
Пн-Пд	ПнСх-ПдЗх	Сх-Зх	ПдСх-ПнЗх
0-8
9-11	5,9	5,2	10,3	9,7	40,96
	3,4	3,1		5,6	9,04
Разом	28,3	25,3	59,8	46,3

Розраховуємо коефіцієнти вітрового завантаження льотної смуги:

Пн-Пд:

К_зв = 50 + 19 + 5,9+ 3,4= 78,3

ПнСх-ПдЗх:

К_зв = 50 + 17 + 5,2 + 3,1 = 75,3

Сх-Зх:

К_зв = 50 + 33 + 10,3 + 6 = 99,3

ПнЗх-ПдСх:

К_зв = 50 + 31 + 9,7 + 5,6 = 96,3

Отже ШЗПС орієнтуємо в напряму найбільшого коефіцієнта вітрового завантаження – ПнЗх-ПдСх, а допоміжну смугу в напрямку – Пн-Пд.

Координатна роза вітрів