4

Lód samolotu wróg. Zawsze kosztowny, czasem śmiertelny

Był 11 lutego 2018 roku, około południa. Opady śniegu i pięć stopni mrozu. Z moskiewskiego lotniska Domodiedowo wystartowała regionalna maszyna, Antonow 148, z 71 osobami na pokładzie. Jednak lot tego statku powietrznego zakończył się tragicznie, i to zaledwie sześć minut po starcie. Po osiągnięciu wysokości nieprzekraczającej dwóch kilometrów i prędkości ok. 600 km/h samolot runął ku ziemi. Już po starcie płatowiec nie zachowywał się stabilnie, bowiem jego prędkość i wysokość zmieniała się gwałtownie. Nikt z pasażerów ani członków załogi nie przeżył zderzenia z ziemią i pożaru, który strawił maszynę. Przyczyna? Lód.

Ten lot nie musiał zakończyć się dramatycznie, grzebiąc ponad siedemdziesiąt ofiar. Wyniki wstępnego dochodzenia rosyjskiej komisji badania wypadków lotniczych wskazywały jednoznacznie na błędy załogi, która zlekceważyła zagrożenia wynikające z ryzyka oblodzenia statku powietrznego. Dostępny dla załóg komunikat pogodowy METAR informował o opadach śniegu oraz mrozie. Mimo tego kapitan Antonowa 148 odmówił odladzania maszyny przed odlotem. Okazało się też, że załoga nie uruchomiła odladzania czujników prędkośc,i tzw. rurek Pitota. I to mimo jasnych komunikatów ostrzegawczych “Pitot: No heating” (brak ogrzewania), zarówno w czasie kołowania, jak i w czasie wznoszenia. W efekcie od wysokości 1.300 metrów skute lodem czujniki dostarczały błędnych wartości. Załoga nie wiedziała, z jaką prędkością porusza się Antonow, co ostatecznie spowodowało przeciągnięcie (ang. stall) i przypieczętowało los płatowca.

Lekceważenie lodu to w lotnictwie niedopuszczalny hazard.

De-icing i na ziemi, i w powietrzu

Narodowa Rada Bezpieczeństwa Transportu (National Transportation Safety Board, NTSB) to niezależna amerykańska agencja rządowa, której zadaniem jest badanie wypadków lotniczych oraz drogowych, wodnych i kolejowych. NTSB przeanalizowała incydenty lotnicze na przestrzeni blisko dwudziestu lat i okazało się, że ok. sześćset z nich związanych było z “czynnikiem lodu”. Z kolei NASA utrzymuje, że nawet 10% śmiertelnych wypadków lotniczych może wynikać z zabójczego działania lodu pokrywającego samolot.

Dlaczego właściwie lód to wróg pilota? Oczywiście, kierowcom samochodów osobowych czy ciężarowych woda zamieniona w stały stan skupienia też nie ułatwia życia, ale nie stanowi śmiertelnego zagrożenia. Ot, w naszym klimacie to najczęściej zamarznięte szyby lub zamki w drzwiach. Samolot, w odróżnieniu od samochodu, porusza się w trzech wymiarach, do czego potrzebuje siły nośnej. Tę wytwarzają skrzydła, opływane przez powietrze zgodnie z prawidłami aerodynamiki, w sposób przewidziany przez konstruktorów. Jeżeli samolot pokryje się warstwą lodu lub śniegu, przebieg powietrza jest zaburzony. Przestaje być laminarny, jakby to określili inżynierowie. Dopuszczalne odchylenia są tutaj bardzo niewielkie i nawet cienka warstwa lodu powoduje utratę siły nośnej, zwłaszcza w krytycznej fazie startu.

Zaburzenia opływu powietrza przez warstwę lodu to wszakże nie wszystko, bowiem lód zwiększa ciężar samolotu i jego opór czołowy. A to powoduje wydłużenie rozbiegu, niekiedy tak znaczne, że samolotowi nie starcza pasa na wzbicie się w powietrze, co kończy się katastrofą za progiem drogi startowej. Nadto osadzony na samolocie lód i śnieg mogą zablokować elementy mechanizacji płata (klapy, lotki, spojlery), czego skutkiem może być utrata sterowności maszyny. Z nieoczyszczonego lub źle oczyszczonego poszycia płatowca mogą odrywać się kawałki lodu i zostać zassane do silnika, uszkadzając np. łopatki wentylatora. Z możliwą konsekwencją w postaci zapalenia się i wybuchu jednostki napędowej.

Czy lotnictwo potrafi sobie skutecznie radzić z oblodzeniem? Tak, z pewnością. Wypracowana przez dziesięciolecia technologia i procedury dają rezultaty. Odladzanie (de-icing) przeprowadzane jest zarówno na ziemi, jak i w powietrzu.

Pozbywanie się lodu na lotnisku odbywa się bezpośrednio przed wylotem, na specjalnie do tego przewidzianych płytach odlodzeniowych (de-icing pad). Zasadniczo jest to proces dwuetapowy. W pierwszej fazie zalegający lód (a także śnieg lub szron) jest usuwany z samolotu, do czego wykorzystuje się gorącą mieszaninę wody i glikolu, kierowaną pod ciśnieniem na powierzchnię samolotu, zwracając szczególną uwagę na skrzydła, statecznik pionowy oraz elementy sterujące jak lotki czy klapy. Drugi etap, stosowany w przypadku zagrożenia ponownym oblodzeniem obejmuje zabezpieczenie samolotu do chwili startu. W tym celu stosowany jest chłodny glikol o galaretowatej konsystencji.

Samolot posiada własne systemy odlodzeniowe, ale są one przystosowane do użycia podczas lotu. Ich zasada działania bywa różna. Można podgrzewać krawędzie natarcia skrzydeł oraz wlotów silników gorącym powietrzem pochodzącym z wymienników ciepła zlokalizowanych w zespołach napędowych. Inny system działa w ten sposób, iż gorące powietrze wdmuchuje się do gumowych nakładek na krawędziach natarcia, które “puchną”, co powoduje kruszenie zalegającego na krawędziach skrzydeł lodu. Inna metoda to z kolei natrysk płynu odladzającego poprzez siatkowe nakładki instalowane na krawędziach natarcia. Znane jest też rozwiązanie polegające na polewaniu płynu odladzającego na łopaty śmigła, co jest stosowane w najpopularniejszych lekkich samolotach. Stosuje się także ogrzewanie elektryczne, zapewniające odladzanie łopat śmigieł, szyb i wlotów powietrza.

De-icing FAQ – Ty pytasz

Antyweb został zaproszony z początkiem stycznia na Śląsk, aby obserwować odladzanie statków powietrznych bezpośrednio na płycie lotniska w Katowicach-Pyrzowicach. Firma zajmująca się naziemną obsługą samolotów (tzw. handlingiem, o czym pisaliśmy swego czasu na łamach Antyweba), LS Airport Services, zadbała o to, aby śledzenie odladzania było możliwe wtedy, gdy jest ono najbardziej spektakularne wizualnie, czyli kiedy lotnisko jest jeszcze spowite ciemnościami nocy. De facto było to wczesny ranek, kiedy to od godziny piątej rozpoczyna się poranna fala odlotów z Katowice Airport, dzięki czemu kolejne samoloty co rusz kołowały na płytę odladzania.

Niezapomniane przeżycia dla miłośników lotnictwa. Uzupełnione wiedzą pozyskaną od przedstawicieli katowickiego i warszawskiego oddziału LS Airport Services, pogłębioną w innych źródłach. Przedstawmy ją w postaci pytań, które zadaliśmy w imieniu Czytelników Antyweba.

Dlaczego nie można odlodzić samolotu, zanim wsiądą do niego pasażerowie? Można by przecież uniknąć opóźnienia odlotu.

Krótko mówiąc, chodzi o tzw. holdover time, czyli czas zabezpieczenia. Samolot musi być gotowy do lotu w jak najkrótszym czasie i dlatego jest odladzany z pasażerami i ich bagażem w środku. Co więcej, płyta do odladzania znajduje się przed samym progiem pasa startowego. Wszystko po to, aby oczyszczony i zabezpieczony przed ponownym „zlodowaceniem” samolot był jak najkrócej narażony na niekorzystne warunki atmosferyczne. Zabezpieczenie statku powietrznego działa maksymalnie przez kilkanaście do kilkudziesięciu minut, w zależności od zastosowanego płynu i warunków zewnętrznych. Jeżeli w tym czasie samolot nie wystartuje, musi być ponownie oczyszczony i na na nowo zabezpieczony.

Czy odladzanie zaczyna się, kiedy temperatura powietrza na lotnisku spada poniżej zera?

Nie, dużo wcześniej. Zasadniczo, w Katowice Airport gotowość do odladzania zaczyna się pierwszego września, czyli … latem. Efektywnie, pierwszy statek powietrzny został tutaj poddany de-icingowi 26 września poprzedniego roku. Wystarczy duża wilgotność, a na końcówkach skrzydeł i usterzenia tworzy się szron lub lód, nawet jeżeli temperatura wynosi kilka stopni powyżej zera. Czynnikiem sprzyjającym tworzeniu się lodu jest przechłodzone paliwo, jako że na wysokości przelotowej panuje temperatura siegąjąca minus pięćdziesięciu stopni Celsjusza. Również latem nie zapomina się o odladzaniu, bowiem jest to okres szkolenia personelu i konserwacji sprzętu.

Czy tęgi mróz to najgorsze warunki pogodowe w przypadku odladzania?

Nie zawsze. Umiarkowany mróz i suche powietrze powodują, że odladzanie wcale nie musi być konieczne. Zwłaszcza w przypadku krótkiego czasu tzw. turnover time, tzn. po przylocie i ok. półgodzinnym pobycie w porcie lotniczym samolot udaje się w kolejny rejs. Znacznie gorsza opcja to marznący deszcz lub mżawka przy tzw. przejściu przez zero, tzn. opad rozpoczyna się przy temperaturze dodatniej, po czym następuje mróz. Prowadzi to do szybkiego budowania się szklistego, grubego lodu, trudnego do usunięcie. I bardzo zdradliwego, bo nie tylko psuje on aerodynamikę płatowca, ale znacznie zwiększa jego wagę i może prowadzić do blokowania elementów mechanicznego sterowania usterzeniem.

Kto decyduje o odladzaniu i kto je wykonuje?

Decyzję podejmuje kapitan statku powietrznego, biorąc pod uwagę warunki atmosferyczne panujące w porcie lotniczym. Szczególną uwagę zwraca na standardowy komunikat pogody, tzw. METAR oraz oczywiście na zewnętrzny stan samolotu podczas obchodu poprzedzającego każdy start. Ważny jest też np. czy samolot przyleciał właśnie z ciepłego czy zimnego obszaru. Zdarza się bowiem, że kapitanowie samolotów operujących z tzw. “ciepłych krajów” rezygnują z odladzania, co miało miejsce podczas pobytu wysłannika Antyweba w przypadku rejsu tureckich linii Onur Air. Dowódca statku powietrznego decyduje w porozumieniu z pracownikiem obsługi naziemnej o sposobie odladzania. W kolejnym kroku pracownik firmy handlingowej dobiera odpowiednie proporcje płynu odlodzeniowego i wody, w zależności od temperatury zewnętrznej. W katowickim porcie lotniczym de-icing odbywa się równolegle na dwóch stanowiskach, które znajdują się na płycie odladzania. Firma LS Airport Services wykorzystuje dwa pojazdy fińskiej firmy Kiitokori, które jednocześnie odladzają samolot, dzięki czemu proces ten trwa nie więcej niż kilkanaście minut.

Jako długo utrzymuje się na samolocie płyn zabezpieczający?

Krótko, bowiem kiedy samolot rozpędza się na drodze startowej, pęd powietrza powoduje, że galaretowaty glikol i ewentualnie lód lub śnieg, której na nim osiadły, odrywają się od samolotu. Powierzchnia płatowca staje czysta i gładka, zapewniając spełnienie przewidzianych przez producenta parametrów aerodynamicznych. Dzięki temu statek powietrzny wytwarza konieczną do startu i wznoszenia siłę nośną i zachowuje jednocześnie sterowność.

Czy odladzanie jest zautomatyzowane?

Nie, jest wykonywane bezpośrednio przez pracownika, który w lotniskowej nomenklaturze nazywane jest “sprayerem”. Jego praca jest bardzo odpowiedzialna, ponieważ odladzając samolot nie może on spowodować jego uszkodzenia. W szczególności musi on dbać o właściwy kierunek pracy dyszy i zachowanie odpowiedniej odległości do elementów powierzchni samolotu, tak aby dawkowana pod ciśnieniem mieszanka nie wywołała np. wgnieceń. Podczas odladzania ważna jest oczywiście nie tylko kondycja maszyny, ale przede wszystkim bezpieczeństwo pasażerów. Dlatego płatowiec musi być do odladzania odpowiednio skonfigurowany. Zamykane są odbiory powietrza z zewnątrz, aby mieszanka odladzająca nie dostała się do środka. Gdyby się tak stało, mogłoby powstać zadymienie, a nawet pożar. W każdym razie w takim przypadku konieczne byłoby odwołanie rejsu i skierowanie statku powietrznego do przeglądu. Pracownik odladzający, wspomniany “sprayer”, operuje dyszami z zamkniętej kabiny na wysięgniku lub z otwartego kosza, zależnie od typu odladzarki.

Czy podczas odladzania silniki samolotu są włączone?

W zasadzie – tak. Wyczerpujących wyjaśnień udzielił nam Michał Sikora, Flight Coordinator na katowickim lotnisku: “W standardowej konfiguracji samolot ma uruchomione silniki podczas odladzania. Silniki muszą zostać wyłączone w przypadku odladzania pod skrzydłem. Jeżeli jest to samolot turbośmigłowy, to zasada jest taka, że śmigła muszą zostać zatrzymane. Np. w samolocie ATR nie posiadamy jednostki pomocniczej tzw. APU. Silnik nr 2 w tym samolocie jest ciągle włączony ale śmigło jest zatrzymane. Znajduje się tam mechanizm ze sprzęgłem i nazywamy taką konfigurację ‘hotel mode’. Czyli silnik pracuje a śmigło stoi nieruchomo.”

Czy samolot odladza dowolna firma handlingowa?

Nie – linie lotnicze mają podpisane z firmami handlingowymi umowy na całościową obsługę naziemną, do czego należy de-icing, gdy jest on wymagany. W Katowicach działają dwaj handlerzy, wspomniany LS Airport Services oraz Welcome Airport Services, obie będą własnością Skarbu Państwa. LS Airport Services, największy agent obsługi naziemnej w Polsce, podpisał z początkiem stycznia umowę na obsługę handlingową w Katowicach oraz Krakowie niskokosztowego przewoźnika Wizz Air.

Ile kosztuje odladzanie?

Niemało. Ale zacznijmy od tego, ile zużywa się glikolu. W uproszczeniu glikolu, bowiem nie jest to czysty glikol, a specjalny płyn na bazie propylenu glikolu (tzw. “type I” koloru pomarańczowego oraz “type II” – zagęszczony, koloru żółtego). Wychodzi tego nawet kilkaset litrów na samolot, oczywiście im większy, tym większe zużycie tego płynu. Pamiętajmy też o warunkach pogodowych – im zimniej, tym więcej glikolu a mniej wody w mieszance. W sumie z cystern odladzających ubywa średnio około 300 llitrów glikolowej mieszanki w przypadku samolotu wąskokadłubowego klasy Boeinga 737-800 lub Airbusa A320. De-icing szerokokadłubowego Boeinga 767 oznacza zużycie prawie pół tysiąca litrów. A czysty glikol to koszt ok. 5 euro za litr. W praktyce jedno odlodzenie samolotu to koszt ponad półtora tysiąca euro. Przedstawiciele LS Airport Services nie są oczywiście skłonni podać dokładnych kwot, ponieważ stanowią one tajemnicę przedsiębiorstwa. Powszechnie wiadomo wszakże, że jest to jedna z najdroższych pojedynczych usług w cenniku firmy handlingowej i przynosi jej spore profity.

Zdetronizować glikol

Niestety, stosowanie glikolu do odladzania samolotów ma wady – raz że jest drogie, dwa, że raczej na bakier z ekologią. Stąd wzięły się rozliczne pomysły na ograniczenie lub zgoła wyeliminowanie tego płynu. Zacznijmy od tych bardziej realistycznych.

Na nowojorskim lotnisku JFK funkcjonuje instalacja do odladzania oparta o podczerwień, największa tego typu na całym świecie, zdolna pomieścić największe aeroplany klasy Boeinga 777 czy nawet 747. Promienniki podczerwieni są w stanie zastąpić cały pierwszy stopień odladzania (oczyszczenie samolotu z lodu, śniegu i szronu), ale drugi stopień, zabezpieczenie do startu odbywa się już za pomocą tradycyjnego glikolu. Technologia z użyciem podczerwieni dostępna jest także na innych amerykańskich lotniskach, gdzie zużycie glikolu spadło nawet o 90%. Podobną instalacją dysponuje lotnisko w norweskim Oslo, gdzie oszczędność glikolu szacowana jest na 50-70%.

Inny kierunek to próba zastosowania powłok hydrofobowych, czyli odpychających wodę. To podstawa projektu PHOBIC2ICE (Super-IcePhobic Surfaces to Prevent Ice Formation on Aircraft, Powierzchnie Superhydrofobiczne Zapobiegające Powstawaniu Lodu na Samolocie). Opracowano eksperymentalny roztwór tworzący powłokę z nanocząsteczkami, sprawiającą, że aluminium odpycha wodę i zapobiega tworzeniu się lodu. Jeden z naukowców zaangażowanych w projekt objaśnia ten efekt następująco: “Nanocząstki tworzą kolce, między którymi uwięzione jest powietrze. Powietrze zapobiega przedostawaniu się wody do środka, dzięki czemu woda po prostu spływa z powierzchni”. Sekret tkwi ponoć w powierzchni liści lotosu, których nanoskopowa struktura sprawia, że nie są one w stanie łatwo się zamoczyć lub zabrudzić.

W zmaganiach z oblodzeniem jest obecny także polsko brzmiący wątek. Niejaki dr Konrad Rykaczewski z Uniwersytetu Stanowego Arizony rozpoczął badania nad specjalną powłoką antyoblodzeniową. Za pierwowzór wziął żabę z rodziny drzewołazowatych, na którą natknął się w Panamie. W jej skórze znajdziemy dwa typu gruczołów, z czego jeden wydziela śluz, a drugi truciznę. To dało Rykaczewskiemu podstawę do skonstruowania powłoki hydrofobowej.

I na koniec koncept doktoranta z Uniwersytetu Cambridge i Politechniki Śląskiej, Dawida Janasa. Zamierza on pokrywać samoloty siecią nanorurek węglowych o średnicy dziesięciu mikrometrów i przepuszczać nimi prąd. Taka warstwa rozgrzewałaby się niemal natychmiast, topiąc lód, śnieg czy też szron zalegający na samolocie.

A po co odladzać? Ogrzeję się od innego samolotu

W wielu katastrofach lotniczych, w których doszło do oblodzenia statku powietrznego, zawiódł człowiek (tzw. human factor). Na wstępie wspomnieliśmy o incydencie z ubiegłego roku, w którym brak przestrzegania procedur antyoblodzeniowych przez załogę rosyjskiego Antonowa 148 doprowadził do tragedii. Ale niefrasobliwość nie ma narodowości.

Pod koniec lat osiemdziesiątych miała miejsce w Kanadzie katastrofa samolotu linii Air Ontario. Piloci nie zgodzili się na odladzanie, bo doprowadziłoby to do opóźnienia lotu, za co linie surowo karały załogi.

Na początku lat osiemdziesiątych do Potomaku runął Boeing 737 amerykańskiej linii Air Florida. Przy okazji zawadził o most, miażdżąc kilka samochodów osobowych i ciężarówkę. Do czterech śmiertelnych ofiar na ziemi dołączyło ponad siedemdziesiąt na pokładzie, jedynie pięcioro ocalało. Doprowadził do tego czynnik ludzki w postaci wysoce niekonwencjonalnych działań kapitana Wheatona w zakresie “samodzielnego” odladzania. Chcąc przyspieszyć topnienie lodu, kołował swoim samolotem zaraz za poprzedzającą maszyną, aby … “ogrzać się” w strumieniu jej gazów wylotowych. Spływająca woda zamarzała ponownie, czego skutkiem było oblodzenie czujników prędkości. Maszyna wystartowałą ze zbyt małą prędkością bez niezbędnej siły nośnej, co doprowadziło wnet do przeciągnięcia. Kapitan nie skorzystał z pokładowych systemów odladzania, bo uznał je za nieskuteczne. Żeby tego było mało, używał do poruszania się po drodze startowej odwracaczy ciągu. A to spowodowało, że płatowiec zassał duże ilości lodu i śniegu wprost do gondoli silników.

Odnajdziemy tu i ówdzie także inne świadectwa „kreatywności” w odladzaniu samolotów, niekoniecznie w pożądanym kierunku:

Ecco come hanno cercato di disgelare gli aerei a Brindisi. VERGOGNA! Andró in Procura se non basterà il Ministero dei Trasporti e Aeroporti di Puglia spiegherà meglio la sua risposta ai Magistrati

Opublikowany przez Mauro D'Attis Piątek, 4 stycznia 2019

Lot i lód? Widać, że glikolowy prysznic za kilka tysięcy euro w wykonaniu firmy handlingowej pozostanie jeszcze długo niezastąpiony. No chyba że ziści się któryś z fantazyjnych sposobów ochrony powłoki samolotu na wzór żabiej skóry.

(Zdjęcie tytułowe – Michał Woźny)
Zobacz wszystkie wpisy poświęcone lotnictwu.