Letí, letí letadlo...
...jen aby nám nespadlo!
Tuhle říkanku jsme si občas říkali ještě jako děti. Tato obava ale má reálný základ: letadla jsou těžší než vzduch a proto občas padají.
O haváriích
Letecké havárie jsou i přes pokroky vědy a techniky skoro na denním pořádku. Některé zaviní technické poruchy, jiné chybným pilotováním lidé. Většinou ale havárii nezpůsobí jen jediná příčina. Bývá to celý řetězec chyb, z nichž teprv ta „poslední kapka“ způsobí neštěstí. Obvykle havárii předcházelo selhání techniky (často šlo o malichernou poruchu některého přístroje), ale piloti v dobré snaze napravit krizovou situaci dělali jednu chybu za druhou, až nakonec letadlo havarovalo. Stačí se každý pátek večer dívat na ČT2 na kanadský dokumentární cyklus Letecké katastrofy.
Kritizuje se to sice snadno, ale v kůži pilotů, kdy vteřiny rychle ubíhají a metry nad zemí ubývají, by asi nikdo z nás být nechtěl.
Co vlastně těžké letadlo drží ve vzduchu?
Na obrázku vidíte křídlo v průřezu, jeho obtékání a následek přetažení.
Obtékáním křídla vzduchem při letu vzniká na dolní straně tlak, který letoun nadzvedává a na horní straně podtlak, který také zvedá letoun vzhůru. Zobrazil jsem poměry ve dvou režimech: Vlevo (A) při malém úhlu náběhu (úhel alfa) při běžném letu, vpravo (B) při pomalém letu s velkým úhlem náběhu. V případě A je vztlak velký (rovný váze letadla) a odpor malý, zatímco v případě B při úhlu náběhu vyšším, než je jeho kritická hodnota (cca 18°, ale záleží na dalších vlivech), se nad křídlem změnilo laminární proudění v proudění turbulentní, které letadlo nenese. Navíc silně stoupá odpor vzduchu, takže rychlost letadla klesá. Vztlak pod křídlem (asi jedna třetina celkového vztlaku oproti případu A) už letadlo neudrží ve vzduchu a to přes veškerou snahu pilota ho udržet ve vzduchu padá šikmo k zemi. Mluvíme o tzv. přetažení.
Jak se pozná přetažení
Přetažení pilot často pozná podle toho, že vzduchové víry zasahující výškovku ji rozkmitají a kmity se přenesou na řídící páku, případně se třese celé letadlo. Moderní letadla však mají různá zařízení, která blížící se přetažení automaticky rozpoznají a piloty na to důrazně upozorní. Např. se ozve zvonek nebo pískání, začne svítit či blikat varovné světlo s nápisem STALL a malý motorek rozvibruje řídící páku. Řešení této situace je teoreticky jednoduché: potlačit (od sebe) řídící páku, čímž se nakloní nos letadla trochu dolů a sníží se tak úhel náběhu pod kritickou hodnotu. To se musí naučit i začátečníci. Pokud však pilot otálí a nezasáhne, tak se letadlo začne propadat, případně se nakloní na stranu, sklouzne po křídle a letí vývrtkou k zemi. Pokud zbývá dost výšky, tak ještě není vše ztraceno; často ale už je země moc blízko, pilot instinktivně páku přitahuje, letoun se stane neovladatelným a následuje havárie. Některá letadla jsou ovšem tak blbovzdorná, že při přetažení nebo zpomalení pod tzv. pádovou rychlost jen sama sklopí nos trochu dolů, naberou potřebnou rychlost a letí dál, pokud jim to ovšem stresovaný pilot zase nepřekazí...
Na každém rychloměru (viz obrázek) je barevně vyznačen rozsah povolené rychlosti. Spoléhat se na to ovšem nedá, protože k přetažení nemusí dojít jen při nedostatečné rychlosti při přímém letu, ale může nastat třeba v prudké zatáčce nebo při vybírání střemhlavého letu ve velké rychlosti.
Systémy pro předcházení pádům – dobří sluhové, ale (často) zlí pánové
Chytré hlavy vymyslely a zhotovily automatické systémy, které hrozící přetažení na základě vyhodnocení údajů z příslušných čidel nejen rozpoznaly, ale ty modernější i samy upravily nastavení potřebných řídících prvků letadla a tím obnovily požadované parametry letu (tj. výšku, rychlost a náklon atd). Svěřit takovou zodpovědnost automatice (zvlášť u velkých dopravních letadel) je však poněkud riskantní. Stačí porucha některého čidla a palubní počítač občas neví, co si o té nesmyslné kombinaci vstupních dat myslet. Méně chytrý program vypne autopilota, oznámí posádce, že se v tom nevyzná a vyzve ji, ať převezme řízení do svých rukou. To je jistě rozumné, ale pokud se v té situaci nevyznají ani piloti, tak dělají jednu chybu za druhou a letadlo stejně nakonec spadne.
To se podařilo posádce letadla Airbus A330 (let 447 společnosti Air France) letící z Brazílie do Paříže dne 1. 6. 2009. Příčinou zřejmě byla zamrzlá Pitotova trubice jednoho z rychloměrů. Rychloměry ukazovaly nesprávné a hlavně různé hodnoty rychlosti, což už počítač nezvládnul. Bohužel to nastalo v situaci, když se rozhodli stoupat do výšky 11 500 km, aby přeletěli bouřkové mraky. Pilotům se zdálo, že letí příliš rychle a tak zvedli příď ještě víc vzhůru (byla noc a nic v mracích neviděli). Ve skutečnosti však letěli příliš pomalu, letoun opakovaně ztrácel vztlak, což systém správně signalizoval opticky i akusticky i vibracemi řídících pák. Jenže piloti začali zmatkovat (mysleli si, že se letadlo třese kvůli nepřípustně vysoké rychlosti), jeden pilot svou páku přitahoval, zatímco druhý ji potlačoval, přístroje chvílemi ukazovaly nesmysly, letadlo létalo nahoru a dolů a nakonec zvedli nos tak vysoko, že zblbli i automatickou indikaci přetažení a ta při tak ohromném úhlu náběhu (+40°) zkolabovala a alarm vypnula. Po mírném snížení úhlu náběhu (stále silně nadkritického) se alarm opět zapnul, což piloty zmátlo definitivně. Letadlo rychle ztrácelo výšku (jako letadlo na mém obrázku v případě B) a než se posádka vzpamatovala, tak před pár minutami klidně a spokojeně letící stroj spadl do moře. Zemřelo všech 228 vyděšených cestujících a členů posádky.
Ještě chytřejší systém (MCAS) použila firma Boeing na svých nejnovějších letadlech 737 MAX 8. V situaci, kdy hrozí přetažení a následný pád, tento systém sám zasáhne do řízení a sklopí nos letadla dolů. To je úplně správně. Bohužel to dvakrát udělal zcela nevhodně, navíc při startu a v malé výšce. Příčinou byly vadné senzory úhlu náběhu, které zblbnuly počítač dezinformací, že letoun letí moc nahoru a že hrozí přetažení. MCAS proto tvrdošíjně směroval letadlo dolů, zatímco vyděšení piloti se snažili vší silou udržet letadlo v horizontálním letu. Nakonec automat MCAS stejně nepřeprali a v obou případech letadla havarovala.Tento systém byl u tohoto typu nový a piloti prý o něm nevěděli. Bilance? 157 mrtvých v Etiopii a 189 mrtvých v Indonézii. Přitom stačilo, aby piloti jednoduše vypnuli automatiku MCAS a převzali řízení do svých rukou – stejně, jak to u několika jiných letadel tohoto nového typu před nimi ve stejné situaci udělalo pár zkušenějších a chladnokrevnějších pilotů.
Měření rychlosti letadel
K měření rychlosti proudění kapalin a plynů se používá Pitotova trubice (resp. její modifikace podle Prandtla – na obrázku vlevo). Základem je trubice otevřená otvorem A proti směru proudění (tj. proti směru letu) a s otvory B rovnoběžnými s proudem vzduchu umístěná na přídi letadla. Trubic bývá u velkých letadel pro jistotu několik. Otvor A snímá celkový tlak, otvory B statický tlak. Rozdíl obou tlaků je tlak dynamický (někdo ho nazývá kinetický ), který rychloměr převede na rychlost proudění okolního vzduchu, tj. v našem případě na rychlost letadla.
Ve výškách kolem 10 km, ve kterých létají proudová dopravní letadla, panuje mráz cca -50 °C a otvory v Pitotových trubicích se námrazou často ucpávají. Pokud piloti včas nezapnou jejich rozmrazování, tak rychloměry ukazují nesprávné hodnoty. Když rychloměr udává 0 km/h, tak jde jasně o zamrznutí. Bohužel někdy zamrznou jen některé otvory a kanálky. Rychloměr pak funguje jako výškoměr, jenže ukazuje nesmysly: když letadlo stoupá (tlak vzduchu se výškou snižuje), tak udává stále se zvyšující rychlost (i když ve skutečnosti letadlo zpomaluje!). Pilot chce zpomalit a proto přitáhne, zvedne nos letadla – čímž způsobí přetažení stroje a hrozí pád. A naopak: když letoun klesá, tak se rychlost udávaná rychloměrem snižuje (i když letí stále rychleji). Pilot proto potlačí, aby zvýšil rychlost a zabránil údajnému přetažení, sklopí nos stroje ještě víc dolů – a namíří si to velkou rychlostí přímo k zemi. „Pitotka“ totiž neměří dynamický tlak (čili rychlost), ale rychloměr ho odvozuje z rozdílu celkového a statického tlaku a převádí ho na rychlost. Na ciferníku rychloměru (viz obrázek) je v bílém pásmu povolené rozmezí rychlostí při vzletu a přistávání, zeleně je vyznačena oblast normálních rychlostí, žluté pole značí ještě povolenou rychlost, ale s určitým omezením pilotáže a za červenou značku se letadlo nesmí dostat nikdy.
Jak najít keš
1. Vypočtěte rychlost proudícího vzduchu z tlaků naměřených Pitotovou (Prandtlovou) trubicí, když dynamický tlak (rozdíl celkového a statického tlaku) činil 1,47 kPa. Příslušný vzorec si najděte. Za hustotu vzduchu dosaďte hodnotu 1,15 kg/m3, která odpovídá zhruba výšce letu 300 metrů nad letištěm, které se nachází v nadmořské výšce 200 m. Vypočtenou hodnotu zaokrouhlete na celé km/h a dosaďte za A.
2. Za letu přitáhnete řídící páku k sobě. Zadní část letadla (tj. konec trupu) se vychýlí:
1 - nahoru
3 - dolů
Číslo správné odpovědi dosaďte za B.
3. Za letu vychýlíte řídící páku doleva.
4 - směrové kormidlo se vychýlí doleva
8 - směrové kormidlo se vychýlí doprava
12 - křidélko na levém křídle se vychýlí nahoru
16 - křidélko na levém křídle se vychýlí dolů
Číslo správné odpovědi dosaďte za C.
4. Úspěšně jste odstartovali a nabíráte výšku. Zasunuli jste vztlakové klapky i podvozek, máte stále „plný plyn“, symbol letadla je na umělém horizontu vysoko v modrém poli. Vaše rychlost ale klesá, variometr ukazuje, že už nestoupáte a zvukový alarm začal signalizovat hrozící přetažení. Musíte okamžitě:
22 - ubrat plyn až na volnoběh
44 - ještě víc přitáhnout řídící páku (k sobě), abyste zase stoupali
66 - potlačit řídící páku (od sebe)
88 - udělat zatáčku
Číslo správné odpovědi dosaďte za D.
Pokud jste zůstali naživu, tak vypočtené hodnoty dosaďte do vzorce
Ještě kontrola...
... a můžete přistát a vyzvednout si keš.
Poznámky
-
Listing vychází z pramenů dostupných ke konci března 2019. Podrobnější informace najdete na internetu zadáním třeba „Air France 447“, „Boeing 737 MAX 8 havárie“ atd.
-
Obrázek rychloměru: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Airspeed_indicator.svg?uselang=cs, autor Mysid, Creative Commons Uveďte autora-Zachovejte licenci 3.0 Unported. Obrázky i popisy ostatních palubních přístrojů jsou na webu. Airbus (poslední foto) – autor P.loos, volné dílo.
-
Moje neumělé obrázky jsou jen schématické. Je to kvůli autorským právům. Lepší najdete na internetu, stačí zadat „vztlak na křídle“, „ztráta vztlaku“, „přetažení letadla“, „Pitotova trubice“ atd. Tam také naleznete podrobnosti k teorii a praxi pilotáže.
-
Pokud někdo létáte nebo jste létal, tak budu vděčný za upozornění na nepřesnosti nebo chyby v textu. Já jsem nikdy letadlo neřídil, k zabití mi bohatě stačí kolo... Je mi např. divné, že někteří autoři (mám dojem, že fyzikové) popírají mechanizmus vzniku vztlaku na horní části křídla urychlením proudu vzduchu podle Bernoulliovy rovnice (že prý papíroví draci taky létají, nemajíce vzadu žádné vyklenutí), zatímco jiní (zřejmě piloti) na Bernoulliho málem přísahají.
-
Kalkulačky v některých mobilech zaokrouhlují i osmou číslici. Zkuste vypočítat 30 / 7; osmá číslice musí být 2.
Konec
GC85D4Y – verze 1.3 z 11. 4. 2019
(CC BY-SA 3.0 CZ) ladislavappl, 2019
