Accelerate Stop Distance

Accelerate - Stop distance: é definida pelo FAR 25.109 (amdt 92) como sendo a maior entre as duas distâncias a seguir:

1) Accelerate - stop distance with one engine inoperative:

Soma das distâncias:

• Necessária para acelerar a aeronave de um ponto em repouso até a VEF numa pista seca;
• Que permita a aeronave continuar acelerando após a VEF por 1 segundo, até a V1 seja atingida;
• Equivalente a dois segundos em velocidade constante na V1, para decolagem em pista seca.
• Parar a aeronave em uma pista seca a partir da velocidade atingida no item anterior.

2) Accelerate - stop distance with all engine operating:

Soma das distâncias:

• Necessária para acelerar a aeronave de um ponto em repouso até a V1;
• Equivalente a dois segundos na V1 para decolagem em pista seca;
• Com todos os motores operando, parar a aeronave em uma pista seca a partir da velocidade atingida no item anterior.

A figura abaixo ilustra a diferença entre o que é demonstrado em voos de certificação e a accelerate-stop distance calculada de acordo com o conceito acima. Na figura superior, logo após a VEF (event), o piloto inicia as ações para parar a aeronave. Já na figura inferior, após a VEF, a aeronave continua acelerando 1s, permanece 2s em velocidade constante (V1) e, só então, começa a desacelerar. É possível perceber que a distância calculada, ou seja, a que consta no AFM - Airplane Flight Manual - das aeronaves é maior que as demonstradas em voos de ensaio, o que garante uma maior margem de segurança para a operação em caso de decolagem abortada em velocidades próximas à V1.

Meios de Parada

De acordo com o FAR 25.109 (e), (f) e (g), outros meios de desaceleração, além dos freios das rodas, apenas podem ser computados na distância de aceleração e parada se:

• Forem considerados seguros e confiáveis;
• Resultados consistentes de seu uso puderem ser esperados durante operação normal;
• Não requererem habilidades especiais para controlar a aeronave.

Se os requisitos anteriores forem cumpridos, o efeito dos reversores disponíveis podem ser computados apenas para pistas molhadas ou contaminadas, ou seja, não podem ser computados para pistas secas.

O trem de pouso deve permanecer estendido durante toda a distância de aceleração e parada.

Tipicamente, os requisitos acima são traduzidos da seguinte forma:

Em pistas secas, são considerados os efeitos dos freios e spoilers (ou lift dumpers) e, em pistas molhadas, a tração reversa dos motores restantes (considerando o motor crítico inoperante) é acrescida aos itens anteriores.

Todos os recursos que melhoram o desempenho dos sistemas de freios e spoilers, tais como: anti-skid, spoilers auto extension, etc. podem ser computados. Caso algum desses sistemas esteja inoperante (i.e. spoilers operando manualmente apenas), a performance de decolagem deve ser penalizada adequadamente, de acordo com o previsto no AFM e MEL - Minimum Equipment List - da aeronave. Isso será visto mais detalhadamente nos posts que tratarem de MEL.

Para cálculos de performance, a accelerate stop distance deve ser menor ou igual à accelerate stop distance available, definida neste post anterior.

ASD <= ASDA

Distâncias de Decolagem

Com as velocidades definidas anteriormente, é possível passar às definições de distâncias de decolagem. Exitem três distâncias que precisam ser compreendidas quando se está estudando performance de decolagem:

• Accelerate - Stop distance
• Accelerate - Go distance - one engine inoperative
• Accelerate - Go distance - all engines operating

Velocidades de Decolagem

Com as definições de velocidades que já foram apresentadas, é possível sintetizar os conceitos na figura abaixo. Ela mostra a sequência de velocidades que ocorrem desde o brake release até a aeronave atingir 35 pés sobre a pista na decolagem com falha de motor.

VMAX TIRE - Maximum Tire Speed

A VMAX TIRE ou velocidade máxima de pneu é determinada pelo fabricante dos pneus e indica, em termos de velocidade de solo (ground speed) a máxima velocidade que a estrutura do pneu suporta e foi certificada para operação. Acima dessa velocidade, os limites de resistência do pneu pode ser excedido pela força centrífuga à que este é submetido em função das altas velocidades nas decolagens e pousos.

A VMAX TIRE é um fator limitante da VLOF e, consequentemente, da VR.

V2 - Takeoff Safety Speed

Seguindo a sequência de eventos na decolagem, após a VEF, V1, VR e VLOF, a próxima velocidade a ser definida é a V2, conhecida como Takeoff Safety Speed. A V2 é a velocidade que deve ser mantida nos seguimentos iniciais de decolagem e que garante que os gradientes mínimos de subida serão cumpridos até que a aeronave atinja a altitude de aceleração (segmentos e altitude de aceleração serão definidos em outros posts).

De acordo com o FAR 25.107(c), a V2 deve ser selecionada pelo fabricante da aeronave de forma que os gradientes mínimos requeridos por FAR 25.121(b) sejam cumpridos. A V2 não pode ser inferior a:

• V2MIN;
• VR mais o incremento de velocidade obtido até a aeronave atingir 35 pés de altura.

V2 Mínima - V2MIN

Segundo o FAR 25.107(b), a V2MIN deve atender os seguintes requisitos:

• 1.2 VS (ou 1.13 Vs1g para certificações que utilizam 1g stall speeds);
• 1.1 VMCA;
• Prover os requisitos de manobrabilidade especificados no FAR 25.143(g).

A capacidade de manobrabilidade requerida por 25.143(g) especifica que, na decolagem, com CG no limite dianteiro, mantendo-se a V2 com potência assimétrica nos motores, isto é, tração de decolagem nos motores operando e motor crítico inoperante, a aeronave deve ser capaz de realizar uma curva de 30˚ de inclinação sem que ocorra alarme de estol ou outra característica que interfira na manobrabilidade normal. Na condição de todos os motores operando, a curva deve ser de 40˚.

Combinando-se os requisitos a V2 deve ser maior ou igual a:

• 1.2 VS (ou 1.13 Vs1g para certificações que utilizam 1g stall speeds);
• 1.1 VMCA;
• VR mais o ganho de velocidade até a aeronave atingir 35 pés;
• Velocidade mínima para garantir uma curva de 30˚ com um motor inoperante ou 40˚ com todos os motores operando.
  

É necessário lembrar que todas as velocidades de decolagem devem ser determinadas para cada combinação de peso, temperatura e configuração de decolagem. Sendo assim, normalmente os fabricantes emitem tabelas que devem ser usadas para determinar as velocidades em cada decolagem.

VLOF - Lift Off Speed

Logo após a VR, a próxima velocidade na sequência de decolagem é a VLOF - Lift Off Spped - que é definida como a velocidade em que a aeronave deixa de ter qualquer contato com o solo. De acordo com o FAR 25.105, a VLOF não pode ser inferior a 1,1 VMU para a condição de todos os motores operando ou a 1,05 VMU para a condição de falha de um motor. Para aeronaves que têm a VMU limitada por geometria, a VLOF não deve ser inferior a 1,08 VMU para a condição de todos os motores operando ou a 1,04 VMU para a condição de falha de um motor. Por outro lado, a VLOF não pode ser maior que a velocidade máxima dos pneus VMAX TIRE.

VR

A VR é a velocidade na qual o piloto inicia a ação de levantar o trem do nariz da aeronave do solo para decolagem. De acordo com a FAR 25.107(e), a VR não pode ser inferior a:

• V1;
• 1,05 VMC;
• velocidade que permita atingir a V2 antes de atingir 35 pés de altura (calculada de acordo com FAR 25.111(c)(2));
• uma velocidade que permita atender o critéria de rapid rotation.

O critério de rapid rotation estabelece que a VR deve garatir que, se o piloto rodar a aeronave na maior razão de rotação possível, a VLOF não resultará em um valor inferior a 1,1 VMU para a condição de todos os motores operando e 1,05 VMU para a condição de falha de um motor.

Para a condição de falha de um motor, a VR deve garantir que se a rotação for iniciada em uma velocidade de VR - 5kt, a distância de decolagem (calculada de acordo com FAR 25.113(a)(1)) não vai exceder o valor determinado para uma rotação iniciada na VR.

De acordo com as condições dadas (i.e. peso, temperatura e configuração), um único valor de VR deve ser capaz de cumprir com os requisitos para as condições de todos os motores operando e de falha de um motor.

A VR deve garantir ainda que variações razoáveis do procedimento de decolagem estabelecido (i.e. out of trim ou rapid rotation) não vão gerar condições inseguras de voo ou grandes variações na distância de decolagem.

Aeronaves de fuselagem longa, como o 737-900, 757-300, Airbus A321, etc., são tipicamente limitadas por VMU e margens adicionais de tail clearance são adicionadas pelo fabricante para diminuir o risco de tail strike nas decolagens. Nesses casos, a VR é aumentada acima dos valores mínimos encontrados de acordo com os critérios aqui apresentados.

As velocidades de decolagem têm um papel importante na determinação das distâncias de decolagem. Quanto maior a VR, maior a distância de decolagem ou menor o peso máximo de decolagem, caso existam restrições de comprimento de pista.

Condições da Pista

Olá,

Este post deveria estar próximo àqueles que tratam de comprimento de pista para decolagem mas acabei escrevendo sobre condições da pista apenas agora.

Diversos cálculos de performance são influenciados pela condição da pista (seca, molhada, contaminada, etc.) e é importante definir tais condições.

A legislação da FAA trata apenas de pistas secas e molhadas, não mencionando pistas contaminadas (FAR 121.195(d))). Existem apenas recomendações para operação com água, lama ou neve sobre a pista - AC 91-6A e draft AC-91-6B.

No Brasil, não há requisitos de decolagem ou pouso com pista contaminada no RBAC 121 ou mesmo no RBHA 91. A única publicação que tem uma definição de pista contamianda é a IAC 121-1011, que proibe a utilização de redução de tração por temperatura assumida em pistas contaminadas. As definições apresentadas em tal publicação são:

• Pista molhada – é uma pista com água, mas não tanto a ponto de ser considerada
  contaminada.
• Pista contaminada – é uma pista na qual mais de 25% do comprimento sendo
  usado está coberto com uma lâmina de água parada ou outro contaminante (por
  ex.: gelo, “slush”, ou neve) com mais de 3 mm de espessura. Também é considerada
  contaminada a pista em que o contaminante cobrir menos do que 25 %, porém
  está cobrindo uma área relevante para a operação como por ex.: área de rotação
  e saída do solo ou o segmento da pista onde o avião está em alta velocidade
  na decolagem onde o efeito de arrasto é mais relevante.
  

A JAA possui definições claras de pistas que vão além de seca e molhada (JAR-OPS 1.480 subpart F). Tais definições são apresentadas abaixo:

Pista seca (dry runway): é aquela que não se encontra molhada nem contaminada e inclui aquelas pistas pavimentadas que foram especialmente preparadas com grooving ou pavimento poroso (PFC) e mantidas para conservar a capacidade de frenagem de pista seca quando há umidade presente.

Pista úmida (damp runway): uma pista é considerada úmida quando sua superfície não está seca mas a umidade sobre ela não possui aparência brilhante.

Nota: A FAA e a ANAC não fazem menção à pista úmida, que deve ser considerada molhada, enquanto o JAR-OPS 145 diz que uma pista úmida deve ser considerada seca em termos de performance de decolagem.

Pista molhada (wet runway): é aquela cuja superfície está coberta por água ou equivalente, com profundidade igual ou inferior a 3mm (1/8 in), ou quando há umidade suficiente na pista para que sua aparência fique reflexiva, porém sem áreas significativas de água empossada. Uma pista molhada não é considerada contaminada.

Nota: Até 1988 a FAA (e, consequentemente, o Brasil) não requeriam contabilização de desempenho para pistas molhadas, porém, isso é requerido para aeronaves certificadas após essa data, de acordo com o FAR 25 amendment 25-92. Com isso, aeronaves homologadas antes de 1988 não requerem que seja considerado o desempenho em pista molhada (ex: B737-300), porém as aeronaves mais novas devem possuir performance para pista molhada no AFM obrigatoriamente (ex: B737-700, EMB-170, EMB-190, etc.). A JAA requer contabilização de performance em pista molhada para todas as aeronaves.

Pista contaminada (contaminated runway): é aquela que tem mais de 25% de sua superfície dentro do comprimento e largura requeridos cobertos por:

• Água empossada (standing water) com profundidade superior a 3mm (0.125 in);
• Slush: água saturada com neve, encontrada em temperaturas em torno de 5˚C, com densidade aproximada de 0.85kg/litro.
  
• Neve Molhada (wet snow): se for compactada com as mãos permanecerá junta e tenderá a formar uma bola de neve. Tem densidade aproximada de 0.4kg/litro.
  
• Neve Seca (dry snow): neve que pode ser compactada com as mãos e irá separar-se novamente quando solta. Tem densidade aproximada de 0.2kg/litro.
  
• Neve Compactada (compacted snow): Neve comprimida (coeficiente de fricção típico de 0.2);
  
• Gelo (ice): Coeficiente de fricção igual ou inferior a 0.05.

Pista escorregadia (slippery runway): é considerada escorregadia a pista que tem acúmulo de neve compactada ou gelo, com decréscimo da eficiência de frenagem durante a desaceleração de uma aeronave. O arrasto gerado por precipitação durante a aceleração da aeronave é considerado despresível em pistas escorregadias.

A contabilização de performance para pistas contaminadas e escorregadias é requerido pelo JAR mas não pelo FAR. A FAA permite que os operadores façam essa contabilização a seu critério (FAA AC 91-6A e Draft AC 91-6B).

Além dos conceitos acima, é importante conhecer os conceitos de coeficiente de atrito (ou coeficiente de fricção), representado pela letra grega μ (mi), que são considerados em cálculos de performance. Estes conceitos serão apresentados em outro post.

Até breve.