Groundschool: Hmotnost a vyvážení

07.06.2021 6 příspěvků Tento článek je součástí seriálu Groundschool

„Hoď tam plný bandasky, vem papíry a letíme…“ Kdo by neznal tuto větu... Zjišťovali jste ale někdy, kolik vážíte vy a váš instruktor dohromady, a zda vedle sebe tedy můžete vůbec v konkrétním letadle sedět?

Nemáme na mysli let Boeingu B737-800, i když i u něj je potřeba hmotnost a vyvážení pohlídat. Dnes bude řeč o této problematice ve sféře našeho „malého“ létání. Nerad bych, aby úvod článku vyzníval nelichotivě vůči aeroklubům či jakékoliv výcvikové organizaci, sám mám v mnoha aeroklubech po celé zemi mnoho kamarádů a troufám si říci, že se jedná o skvělé aerokluby a skvělé instruktory, kteří poskytují báječnou průpravu budoucím letcům.

Ale ruku na srdce – kdo z nás se nesetkal i s výše popsaným přístupem, že na hmotnosti a vyvážení ve všeobecném létání tak moc nezáleží, protože „ta kisna přece snese všechno…“. Ano, taková Cessnička, stejně jako mnohé jiné letouny, snese opravdu dost, i hodně nešťastně naložený náklad, ale existují limity, přes které prostě jít nelze. Fyzika je neúprosná a to, co výrobci letadel píší do příruček, má své opodstatnění.

Zeptejte se sami sebe: otevřeli jste někdy příručku letadla, na němž občas poletujete, v kapitolce hmotnosti a vyvážení? 🙂 Víte z hlavy, jaké je maximální zatížení předních sedadel? Zejména začínající piloti v tomto ohledu zaostávají a dávají vždy hlavně na své instruktory, kteří – pravda – chování letadla znají, a tudíž vědí, co si k němu mohou dovolit a co už ne.

Jedním z nejrozšířenějších typů letadel používaných k výcvikům pilotů patří již zmíněná Cessna 172. Pojďme se na ni tedy s ohledem na hmotnost a vyvážení podívat trochu zblízka… Zejména u letounů americké provenience je dobré mít se na pozoru s používanými jednotkami, abychom nemuseli opakovat historii z roku 1983, kdy B767 společnosti Air Canada kvůli chybnému výpočtu množství paliva způsobenému použitím nesprávných jednotek klouzal z výšky několika kilometrů na vojenskou základnu Gimli, kamžto díky umu svých pilotů a velikému štěstí doklouzal celkem bez ztráty kytičky nebo lidského života. Tehdy piloti na svůj let získali do nádrží namísto 22 300 kilogramů nežádoucích 22 300 liber, jenže 1 kg je cca 2,2 libry, takže dostali přibližně polovinu toho, co chtěli a potřebovali.

Zpět tedy k C172: Základní prázdná hmotnost C172 (BEM, Basic Empty Mass) je – v závislosti na konkrétním typu – dle příručky 1 400 liber, což znamená cca 636 kg. Oproti tomu maximální vzletová hmotnost (MTOM, Maximum Take-Off Mass) čítá 2 300 liber, tedy cca 1 045 kg. Z hlediska hmotnosti tedy můžeme na palivo, pilota, cestující a případný náklad počítat pouhých 409 kg! Samozřejmě za předpokladu, že nemusíme MTOM snížit z výkonnostních důvodů.

A nyní trochu selské matematiky: uvažujeme-li spotřebu letadla 30 litrů na hodinu a chceme-li letět za VFR 2 hodiny (+ 45 minut povinné rezervy), musíme si na let natankovat 82,5 litru paliva (2,75 h x 30 l/h). Při standardní hustotě 0,7 kg/l bude toto palivo vážit necelých 58 kg. Průměrný pilot váží kolem 90 kg, takže na 3 cestující (a případný náklad) nám zbyde pouhých 261 kg. Bez nákladu by tedy mohl každý z cestujících vážit maximálně 87 kg. To možná nezní úplně nereálně.

Problémem však je, že tento jednoduchý výpočet ne vždy vychází tak hezky, ne vždy váží dospělí mužští zástupci našeho národa pouze 87 kg (kupř. autor tohoto článku váží v momentě psaní tohoto článku o 10 kg více) a ne vždy piloti uvedený výpočet dělají. A dalším problémem je, že i kdyby na zadních sedadlech v C172 seděly dvě malé děti, na předních sedadlech vedle sebe nesmí sedět osoby, jejichž společná hmotnost převyšuje 400 liber, resp. 180 kg! Na zadních sedadlech je mimochodem ta limitace úplně stejná…

Tak co, kolikrát jste jako žáci s instruktorem tuto limitaci nejspíš překročili? 🙂 Přesto stále žijete…! Letouny mají naštěstí určité výkonnostní zálohy, takže řečeno slovy jednoho mého bývalého studenta, „to kilíčko se někde ztratí…“. Ano, kilíčko možná. Ale sto kilíček u letounu této velikosti už ne. A v případě průšvihu a vyšetřování letecké nehody, kterou zázrakem přežijete a kde jedna z prvních věcí, na niž se vyšetřovatelé zaměří, bude právě hmotnost a vyvážení letadla, i to jedno kilíčko nad MTOM bude důvodem, proč pojišťovna řekne „sorry jako…“ a vy se s licencí budete moci rozloučit.

Graf pro výpočet momentu v závislosti na hmotnosti

Podívejte se na následující video, není však pro citlivější povahy:

Z videa je patrné, že neznalost hmotnostních limitů letadla hrála zcela zásadní roli ve ztrátě tří lidských životů. Jediným přeživším byl pilot s popáleninami na 95 % těla.

Není od věci si připomenout, co vše je ovlivněno přetížením letadla: S rostoucí hmotností rostou všechny rychlosti, včetně té pádové. Protože nám bude déle trvat, než rychlost pro vzlet potřebnou dosáhneme, prodlouží se nám i celá délka rozjezdu a vzletu (případně i přistání). Čím je letoun těžší, tím má také horší stoupavost, což může být při přestoupávání překážek po vzletu problém (vzpomeňme na nespočet tragédií poblíž jinak krásného alpského letiště Zell am See). V případě ifrového letu můžete navíc svou pomalostí při křižování hladin ve stoupání trochu štvát řídící letového provozu, pročež vám nemusí povolit let ve vyšších hladinách. Do těch mimochodem ani nemusíte s těžším letadlem dostoupat, takže budete nuceni letět níže, což zvýší spotřebu, a ve výsledku sníží dolet. Těžší letadlo je pak také náchylnější na konstrukční poškození, a to zejména v podmínkách zvýšených turbulencí.

Z hlediska vyvážení letounu se zpravidla bavíme o limitech přední a zadní centráže, tedy o situaci, kdy je výsledná poloha těžiště nebezpečně blízko přednímu, resp. zadnímu limitu. Přední centráž má účinky velmi podobné situaci, kdy je letadlo přetížené. Výškové kormidlo letounu navíc může mít při přistání (zejména ve fázi podrovnání) nedostatečnou účinnost, což znamená, že onen malý pohyb přitažení nemusí být dostačující a my budeme mít co do činění s tvrdým přistáním. V lepším případě. Na B737-800 se mi stalo, že mi španělský handling jaksi zapomněl říci, že do předního zavazadlového prostoru naložil cca 20 kufrů, což se projevilo tak, že poté, co mi kolega při vzletu řekl „V1, rotate…“ a já přitáhl obvyklou silou, nedělo se nic. Letadlo nereagovalo. Bylo potřeba o poznání znatelnějšího přitažení.

Při zadní centráži je naopak za letu letoun o poznání méně stabilní, dosti náchylný k přetažení, ze kterého pak může být těžké, ne-li nemožné, se dostat. Ve fázi podrovnání, resp. přechodového oblouku pak může snadno dojít k vyplavání letounu. Zadní centráž však byla a je občas využívána v dopravním letectví z důvodů ekonomických. Některé letouny jsou vybaveny přídavnou zadní palivovou nádrží, do níž se může v průběhu dlouhého zaoceánského letu přepouštět palivo, a to s jediným cílem – letoun se zadní centráží letí s o poznání menším aerodynamickým odporem, čímž se let stává ekonomičtějším.

Leteckých nehod spojených se smrtonosným vyvážením bylo v historii bohužel dost. Jako jednu za všechny můžeme vzpomenout na havárii vnitrostátního letu 5481 společnosti Air Midwest mířícího 8. ledna 2003 z Charlotte do Greenville, kdy Beechcraft 1900D krátce po vzletu spadl po křídle, narazil do země a v jeho útrobách zahynuli všichni lidé na palubě. Kromě faktu, že na letadle byla chybně provedena údržba lanek spojujících řízení s výškovým kormidlem, která by sama o sobě nehodu nejspíše nezpůsobila, byla hlavní příčinou nesprávně spočítaná hmotnost letadla a centráž 5 % SAT (střední aerodynamické tětivy) za zadní mezí. Přesněji řečeno – hmotnost letadla byla spočítána správně, co se metodiky a matematiky týče, ale nesprávně, co se vstupních hodnot týče: při manuálním počítání loadsheetu se vychází z tabulkových hodnot průměrných hmotností cestujících. Průměrný Američan dle tehdy platných tabulek měl vážit 82 kg, nicméně ony tabulky pocházely z předválečných dob. Do roku 2003 však byli Američané „obohaceni“ o fastfoody známých značek a jejich populace ztloustla na průměrných 91 kg na osobu. To tabulky nezohledňovaly, a spolu s chybně naloženým letounem a nedbalou údržbou tak přispěly k úmrtí 27 osob. Velmi povedený dokument rekonstruující danou leteckou nehodu doporučuji ke zhlédnutí v sérii Leteckých katastrof od National Geographic.

Pokud již máme na „svém“ letadle něco odlétáno, mělo by to znamenat, že už máme také pár rozličných situací „spočítaných“ a v hlavě uložených. V případě C172 by nám neměly být neznámé následující tři tabulky:

Tabulka pro určení celkové hmotnosti a momentu
Graf pro určení jednotlivých momentů
Graf pro určení výsledné polohy těžiště

Pokud kupříkladu létáte vyhlídkové lety a máte jich během jednoho dne odletět třeba DESET, nemáte přirozeně čas dělat pokaždé nový výpočet a rýsovat nový graf. Budete to nejspíš již umět posoudit ze zkušenosti a ze znalostí vlastností letounu. Ony znalosti však znamenají, že jste si v minulosti různé situace zkusili reálně v těchto tabulkách spočítat a narýsovat. Takže pokud přijde na vyhlídkový let plnoštíhlá babička s plnoštíhlým dědečkem a osmiletým vižletem vážícím 30 kilo i s postelí, s tím, že vižle by chtělo sedět vepředu, protože má narozeniny, zatímco oni budou sedět vzadu, uvědomíte si, že Cessna má coby hornoplošník tendenci klopit dozadu + si vybavíte výše uvedené grafy a zapochybujete o smysluplnosti tohoto nápadu. Nebo budete mít v plánu vyhlídkový let, na který vám přijdou tři baculatí pánové, hrdě o sobě prohlašující, že každý z nich má metrák. Nechte si raději před rozhodnutím, že let skutečně vykonáte, aspoň projít hlavou nebo kalkulačkou následující jednoduchou nerovnici:

BEM + cestující a jejich náklad (tašky) + já pilot/ka + palivo ≤ MTOM ?

Pokud levá strana nerovnice vychází větší než MTOM, let neprovádějte a vysvětlete politicky korektně svým cestujícím, že letoun má určité limitace, které nemůžete překročit. Fakt, že si let zaplatili, není důvodem, abyste sebe nebo je zabili. Tak holt jeden z nich zůstane na zemi a bude mít motivaci do příštího zážitku zhubnout.

I pisatel těchto řádků si kdysi prošel peklem a myslel, že fyziku nějak okecá. Řekl si průšvihové věty jako „To vyjde…“, „To poletí…“, „To to letadlo dá…“ Nohy se mu na pedálech klepaly, dech se zastavil, srdce snad pár sekund netlouklo za zvuku varování před pádem poté, co se Cessnička odpoutala pár metrů před koncem dráhy od země a hodně líně se rozlétala v horkém letním vzduchu… Nechybělo před lety moc a tento článek by dnes psal někdo jiný.

Správná rozhodnutí plynou ze zkušeností. Zkušenosti zase plynou ze špatných rozhodnutí. Zkušenosti tudíž nemusí být vždy pozitivní, hlavně když jsou silné a přežijeme je. Fyziku neokecáme. Stejně jako nelze projít zdí jinudy než dveřmi, nelze vzlétnout s letadlem, jehož hmotnost a/nebo vyvážení je mimo stanovené meze. Na to nikdy nezapomínejme.

Mohlo by vás zajímat

Jan Tůma

Autor létá jako dopravní pilot Boeingu B737NG, předtím si chvíli polétal i na Airbusu A320. Působí jako instruktor typové kvalifikace na Boeingu B737NG (TRI) a lektor anglického jazyka, CRM, teoretických předmětů ATPL a didaktiky pro instruktory a examinátory v Czech Aviation Training Centre a rovněž jako lektor teoretických předmětů PPL. Absolvoval Fakultu dopravní ČVUT, obory Profesionální pilot a Provoz a řízení letecké dopravy, a dále Masarykův ústav vyšších studií ČVUT, obor Učitelství odborných předmětů. Moc nesportuje, ale má rád pěší turistiku, občas sedne na kolo nebo skočí do bazénu, kdysi denně venčil psa; má rád sladký a je milovníkem české i zahraniční kinematografie (ať žije Quentin Tarantino!) a Malé Strany.



Zkušenosti a doplnění našich čtenářů

Nie najvhodnejsie video ku clanku (C182, crosswind)

07.06.2021 v 8:39 Milos

V prvom rade je to C182, ktora strartuje zrejme s limitnym bocnym vetrom zlava (je viac ako zrejme okolo 50 sekundy videa), bez korekcie zo strany pilota a je tam aj privela klapiek.  Nerozporujem, ze W&B mohol byt tiez faktor. Ma k tomu niekto "Final report" ? Iny nazor?

Dik

Odpovědět

RE: Nie najvhodnejsie video ku clanku (C182, crosswind)

08.06.2021 v 10:18 M!

Vypadá to tak, i když asi úplně limitný ten boční vítr nebyl, podle videa se prach zase tak rychle neodfoukává. V každém případě nijak neragoval na vybočení letadla z dráhy a i srovnání letadla přišlo dost pozdě. Pak to hodně natáhl, aby se dostal výš, ztratil rychlost... Váha tam určitě hrála taky roli.  Jak tak bývá, souhra více špatných faktorů a skončilo to špatně... :(

Odpovědět

Kritika za každú cenu?

09.06.2021 v 18:54 Jaro

Trochu mi uniká zmysel prvého príspevku k podľa mňa hodnotnému článku od zjavne kvalifikovaného autora. Z hľadiska posudzovanej situácie je asi úplne jedno, či to bola  Cessna 172 alebo 182. Samozrejme z videa sa nedá odčítať úplne všetko, ale na začiatku vidno aký náklad tam je. Okrem pasažierov napr. plynová tlaková fľaša a ktovie čo ešte. Je ale zrejmé, že lietadlo sa odpútalo na značne veľkom uhle nábehu a celý čas sa pohybovalo na hranici, alebo za hranicou druhej oblasti. No a tam sa niet čo čudovať, že prešlo do náklonu aj bez limitnej zložky bočného vetra. Podľa pohybu prachu, vegetácie a nakoniec dymu to asi taký extrém nebol.

Naozaj myslím, že by bolo lepšie sa sústrediť na informačnú stránku článku a nie vypichnúť jeden, podľa mňa sporný bod a kritizovať.  Ja som za takéto články vďačný a odporúčam ich aj svojim žiakom.

 

Odpovědět

RE: Kritika za každú cenu?

10.06.2021 v 15:01 Vlado

ja by som tam kritiku nevidel, skôr pokus Miloša o doplnenie či upresnenie článku.

Ako sledujem túto stránku, tak Milos má rád detailné rozbory nehôd, tak je fajn, že sa v diskusii situácie prežujú z viacerých strán, človek si uvedomí kopec vecí, ktoré by ho možno nenapadli len po prečítaní samotného článku.

Odpovědět

RE: RE: Kritika za každú cenu?

10.06.2021 v 22:12 Milos

Ahojte, vdaka za reakcie. V prvom rade nebolo cielom mojho prispevku pisat "kritiku za kazdu cenu" ku clanku, ktory je napisany vskutku putavo a dobre. Rad citam rozbory nehod, lebo v kazdom sa da najst nieco poucneho. Uz aj pre to, ze nikto nezije tak dlho , aby mohol zopakovat chyby inych.

Ze je to C 182 je podstatne v tom, ze je to ero o inych vykonoch (o.i. useful load, iny vykon motora...). C182 som nelietal (z cesniciek len 152 a 172). Ti co ju lietaju o nej hovoria, ze aj pretazena a pri relativnej centrazi vzadu "je benigna a vela odpusta". Na tomto mieste si je treba povedat to podstane: pretazeny s CG pomerne vzadu je KAZDY ULTRALAJT  (nemyslim hadraplan)  v ktorom sedia dvaja nasinci s trochou bagaze a to uz pri poloprazdnych nadrzach. Aby som sa vratil ku  "stvorsedadlovkam" - nespochybnujem, ze temer ziadna nie je "stvormiestna" (myslene kategoriou normalne zivenych nasincov :-)))

Video je stare mozno  14 rokov. Mozno by niekto vedel najst aj spravu o tejto nehode. Faktorov ktore sa tam stretli je vela. Okrem spominaneho aj density altitude (hot, high, a mozno aj humid). Pre mna je zaujimavy pohyb a trajektoria cessny od 47 sekundy videa (v pravom sklze? vietor zlava?).  Z videa nevidno jednoznacne polohu kormidiel. Vidlo len plolohu klapiek a toto je urcite viac ako 10 resp. aj 20 stupnov. Ci tolko klapiek bolo to prave orechove pre tento "short field takeoff" by mozno vedel povedat niekto, kto takuto C182 lieta.

Konecna trajektoria letu smerom  nadol (este s prizemneho efektu?) mohla byt tiez vysledkom mnohych faktorov (mohli zavriet klapky, prekroceny kriticky uhol nabehu, ako to bolo s vykonom motora.........) Bolo by zaujimave vediet, ako to bolo uzavrete.

Prajem pekny vecer, blue sky. 

P.s.: PPL only, no CFI

m

Odpovědět

To je tak ...

09.06.2021 v 19:54 Dzordzik

To je tak, když pilot bez ohledu na počasí a naložení letadla provádí start stejně jak je naučený. Sice mám silný bočák, sice jsem naložený a možná i přeložený, ale stejně za to budu tahat jak za vrata od stodoly. A když už to urvu na pádovce, tak tahám dál a ne že naopak potlačím a pro rychlost si dojdu. Takových případů už bylo a ještě bude, bohužel.

Odpovědět

Přidat komentář