I L M A I L U L A I T O S CIVIL AVIATION ADMINISTR ATION LENTOTURVALLISUUSHALLINTO F LI GH T SA T A U T O I T FI F E Y N L AN H R Y D ILMAILUTIEDOTUS ADVISORY CIRCULAR PL 50, 01531 VANTAA, FINLAND, Tel. 358 (0)9 82 771, Fax 358 (0)9 82 772499 OPS T1-11 muutos 1 15.12.1982 www.fltsafety.fcaa.fi Normi poistettu ilmailumääräysjärjestelmästä 1.1.2003 ILMA-ALUKSEN SIIVENKÄRKIPYÖRRE JA SEN AIHEUTTAMA VAARA MUILLE ILMA-ALUKSILLE 1 YLEISTÄ Tässä tiedotuksessa on esitelty ilma-aluksen siivenkärkipyörteen syntymekanismia ja liikkeitä sekä menetelmiä kärkipyörteen aiheuttaman vaaran vähentämiseksi. Katso myös AIC 82/79, jossa asiaa on tarkasteltu porrastusminimien kannalta. Tämä ilmailutiedotus korvaa tiedotuksen OPS T1-11, 26.7.1979. 2 SIIVENKÄRKIPYÖRTEEN SYNTYMEKANISMI Siiven kehittäessä nostovoimaa muodostuu sen yläja alapinnan välille paine-ero. Tämä paine-ero, pyrkiessään tasoittumaan siivenkärkien kautta, aiheuttaa siiven alapinnalle kärkeen päin suunnatun virtauksen ja siiven yläpinnalle tyveen päin suunnatun virtauksen (kuva 1). Näinollen on siiven ylä- ja alapinnan virtauksilla suuntaero. Tästä johtuen muodostuu siiven taakse pyörrematto, joka kasaantuu pyörrepariksi. Pyörteet pyörivät siten, että virtaus pyörteiden välissä on alaspäin. Pyörteiden halkaisija on, lentokoneen koosta ja sääolosuhteista riippuen, noin 7-14 metriä. Pyörteiden keskinäinen etäisyys on noin 3/4 kärkivälistä (kuva 2). Kuva 1 ILL 3301 10/01 Kuva 2
2/7 OPS T1-11, 15.12.1982 3 PYÖRTEIDEN LIIKKUMINEN Kahden vastakkaisiin suuntiin pyörivän pyörteen muodostama systeemi liikkuu pyörteiden välissä vallitsevan ilmavirtauksen suuntaan. Myös lentokoneen siivenkärkipyörteet liikkuvat ja suuren liikennekoneen pyörrepari vajoaa noin 2 m/s (400 ft/min). Jos pyörrepari saavuttaa maanpinnan, se leviää ulospäin suurin piirtein sen aiheuttaneen siiven kärkivälin puolikkaan korkeudella. Tyynellä liikkuu kumpikin pyörre n. 5 solmun nopeudella ulospäin. Näinollen pitää 5 solmun sivutuuli tuulenpuoleisen pyörteen paikallaan toisen liikkuessa 10 solmun nopeudella (kuva 3). 5 kts 5 kts TYYNI 5 kts 5+5 = 10 kts SIVUTUULI 5-5=0 kts 4 PYÖRTEEN HÄVIÄMINEN Kuva 3 Tyynellä pyörteet kestävät useita minuutteja. Niiden pyörimisnopeus pienenee kitkan vaikutuksesta, kunnes ne lopulta häviävät kokonaan. Voimakas tuuli, turbulenttinen ilma tai esim. konvektiovirtaus voivat hajottaa pyörreparin aikaisin. Normaali säilymisikä on 1-3 minuuttia. 5 TEKIJÄT, JOTKA VAIKUTTAVAT PYÖRTEEN VOIMAKKUUTEEN 5.1 Ilma-aluksen-massa 5.2 Siiven kärkiväli 5.3 Ilmanopeus 5.4 Lentoonlähtö Mitä suurempi on ilma-aluksen massa, sitä enemmän nostovoimaa tarvitaan ja sitä voimakkaampi on pyörre. Mitä pienempi on lentokoneen siiven kärkiväli, sitä voimakkaampi on pyörre. Siivenkärkipyörteiden voimakkuus on suoraan verrannollinen indusoituun vastukseen, joten muuten samanlaisista lentokoneista lyhyempisiipisellä on voimakkaampi siivenkärkipyörre. Pyörteiden voimakkuus on kääntäen verrannollinen lentokoneen nopeuteen Mitä hitaammin lentokone lentää sitä suuremmalla nostovoimakertoimella sen siipi toimii. Tämä aiheuttaa voimakkaammat siivenkärkipyörteet. Koska pyörteiden voimakkuus riippuu siiven nostovoimasta, ei nokkatelineellä varustettu lentokone aiheuta mainittavaa pyörteisyyttä lähtökiidossa ennen rotaatiokohtaa (kohta, jossa nokkateline nostetaan irti maasta). Lentokoneen irrotessa maasta ovat pyörteet suurimmillaan siiven kehittäessä maksiminostovoiman. Pyörteet pienenevät lentokoneen ilmanopeuden kasvaessa. 5.5 Lähestyminen ja lasku Lähestymisvaiheessa olevan lentokoneen ilmanopeus on yleensä pieni, Tästä aiheutuu vaarallisia siivenkärkipyörteitä, vaikka lentokone tällöin onkin kevyempi kuin lentoonlähdössä ja suuret laskusiivekekulmat osaltaan hajoittavat siivenkärkipyörteitä. Erityisen vaarallisia pyörteitä muo-
OPS T1-11, 15.12.1982 3/7 dostuu ylösvedossa olevan lentokoneen taakse. On huomattava, että laskua varten lähestyvän lentokoneen aiheuttamat siivenkärkipyörteet jäävät matalalle, ja sen takana, varsinkin alempana, seuraava lentokone on alttiina koko lähestymis ja laskuvaiheen ajan edellä kulkevan lentokoneen pyörteille. Laskussa pyörteenmuodostus lakkaa samalla hetkellä, kun nokkateline lasketaan maahan. 6 PYÖRTEESEEN LENTÄMINEN Jos lentokone lentää pyörteiden suuntaisesti niiden väliin (kuva 4), joutuu se laskevaan ilmavirtaukseen, joka voi olla esim. 8 m/s (1600 ft/min) eli selvästi enemmän kuin usean pikkukoneen max. kohoamisnopeus. Seurauksena voi olla koneen äkillinen vajoaminen, mikä voi olla vaarallista pienissä korkeuksissa. Toisaalta on myös vaara, että ohjaaja Kuva 4 sakkauttaa koneen yrittäessään kompensoida vajoamista. Jos lentokone lentää pyörteiden suuntaisesti pyörteen ytimeen (kuva 5), se joutuu pyörähdysliikkeeseen, jonka aiheuttaa toiseen siipeen vaikuttava nostava ja toiseen vaikuttava laskeva ilmavirtaus. Pyörteen kehänopeus voi olla jopa 60 m/sek ja kulmanopeus 400 /sek eli selvästi enemmän kuin useiden lentokoneiden siivekkeillä aikaansaatavissa oleva kulmanopeus. Näinollen pyöriminen on toisinaan mahdoton estää vastasiivekkeellä. Lentokone pyörähtää tavallisesti kyljelleen ja sitten pyör- Kuva 5 re heittää sen alakautta ulos pyörteestä. Tämä on vaarallinen tilanne varsinkin pienissä korkeuksissa. Jos lentokone lentää pyörrepariin poikittain (kuva 6), se joutuu ensin voimakkaaseen nousevaan ilmavirtaukseen. Heti tämän jälkeen seuraa voimakas laskeva ja taas nouseva. Tästä aiheutuu suuret kuormitukset koneen rakenteille, varsinkin, mikäli korkeusperäsimellä pyritään estämään tämä äkillinen liike, voidaan helposti ylittää siiven sallitut kuormituskertoimet. Kuva 6
4/7 OPS T1-11, 15.12.1982 7 HELIKOPTERIN AIHEUTTAMAT PYÖRTEET Helikopterin liikkuessa eteenpäin irtoaa roottorin pyörimistasosta siivenkärkipyörteitä muistuttava pyörrepari (kuva 7). Tämän pyörreparin voimakkuus on riippuvainen helikopterin lentonopeudesta ja massasta kuten lentokoneilla. Kuva 8A Kuva 8B Kuva 7 Helikopterin ollessa leijunnassa, jolloin ilmanopeus lähenee nollaa, on häiriöaallon voimakkuus hyvin suuri. Leijunnan alkuvaiheessa häiriöaalto on monista pyörteistä muodostunut (kuva 8A). Leijunnan jatkuessa pyörrekenttä rauhoittuu (kuva 8B). Suurin pyörteiden voimakkuuteen vaikuttava tekijä on helikopterin massa. Tyypillinen raskaan helikopterin aiheuttama alasvirtausnopeus (roottorin kehän läpi) on noin 18 m/s. 8 OHJEITA SIIVENKÄRKIPYÖRTEEN VAARAN VÄLTTÄMISEKSI 8.1 Yleistä Pyörteen vaarallisuus ilma-alukselle on erikoisen merkittävä, kun pyörteen muodostaneen ilmaaluksen massa on suurempi kuin pyörteeseen joutuneen ilma-aluksen massa. Verrattain pienetkin massaerot ilma-alusten välillä voivat aiheuttaa vaaratilanteita erityisesti lähestymisen loppuvaiheissa ja nousun alkuvaiheissa, kun pyörteeseen joutuvan ilma-aluksen ilmanopeus on pieni ja tarvittavat korjaustoimenpiteet ohjauksessa ovat yleensä suuret. On todettu, etteivät ainoastaan-dc-10- suuruusluokan lentokoneet aiheuta vaarallisia pyörteitä, vaan myös DC-9:n ja Super Caravellen kokoiset lentokoneet aiheuttavat huomattavia pyörrevaikutuksia, jopa toisilleen. Näin ollen on kaikkien lentokoneiden ja erityisesti liikelento--: ja yksityisilmailukoneiden ohjaajien syytä varmistua riittävästä etäisyydestä edellä kulkevaan raskaampaan ilma-alukseen.
8.2 Sama kiitotie OPS T1-11, 15.12.1982 5/7 Lennä koko ajan edellä lentävän ilma-aluksen lentoradan yläpuolella. Suorita laskusi tai lentoonlähtösi edellä lentäneen ilma-aluksen laskeutumiskohdan jälkeen tai vastaavasti ennen sen rotaatiokohtaa (kuva 9). Ota huomioon pyörteiden mahdollinen ajautumin en tuulen mukana myös kiitotien suunnassa. Tuulen suunta 8.3 Rinnakkainen kiitotie Kuva 9 Lennä kuten edellä, mikäli et ole tuulen yläpuolella (sivutuuli yli 5 solmua), jolloin vaaraa ei ole (kuva 10). Rotaatiokohta Laskeutumiskohta Laskeutumiskohta alle 800 m Tuulen suunta Kuva 10 8.4 Risteävä kiitotie Mikäli risteävällä kiitotiellä toimiva ilma-alus laskeutuu ennen risteystä (kuva 11 B) tai sen rotaatiokohta on risteyksen jälkeen (kuva 11C, D), ei vaaraa ole. Muussa tapauksessa älä laskeudu, mikäli et voi suorittaa sitä ennen risteystä äläkä lähde lentoon, mikäli et ole risteyksen kohdalla jo selvästi toisen lentoradan yläpuolella. Ota huomioon, että pyörteet ovat voineet ajautua tuulen mukana.
6/7 OPS T1-11, 15.12.1982 Kuva 11A Kuva 11B Kuva 11C
OPS T1-11, 15.12.1982 7/7 Kuva 11D Varo risteäviä lentoratoja nousukaarrossa ja laskukierroksessa (kuva 11E). Kuva 11E 8.5 Jos epäilet siivenkärkipyörteitä olevan lentoradallasi, ilmoita lennonjohdolle asiasta ja toimenpiteistä, joihin aiot ryhtyä ja pyydä tarvittavat selvitykset. Älä epäröi odottaa tai suorittaa uutta lähestymistä. Toimistopäällikkö Martti Räikkönen