ZDERZENIA STATKÓW POWIETRZNYCH Z PTAKAMI

Transkrypt

1 POLITECHNIKA RZESZOWSKA im. Ignacego Łukasiewicza Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Katedra Awioniki i Sterowania ZDERZENIA STATKÓW POWIETRZNYCH Z PTAKAMI Paweł NALEPA Seminarium Dyplomowe 2001/2002 LOTNICTWO PILOTAŻ Streszczenie Problem zderzeń statków powietrznych z ptakami towarzyszy lotnictwu od samego początku. W wyniku wzrostu prędkości samolotów i liczby operacji lotniczych ptaki stały się poważnym problemem dla lotnictwa. Oprócz ofiar wśród ludzi przynoszą one spore straty finansowe; największe w lotnictwie wojskowym ze względu na duże prędkości z jakimi poruszają się samoloty. Aby zminimalizować problem, firmy lotnicze powołały do życia liczne organizacje wyspecjalizowane w badaniu problemu. Jedną z nich jest Komitet ds. Zderzeń Statków Powietrznych z Ptakami działający pod auspicjami Międzynarodowej Organizacji Lotnictwa Cywilnego. Tego typu organizacje prowadzą badania mające na celu poznanie zachowań ptaków, które pozwolą na opracowanie metod odstraszania ptaków i odpowiednie planowanie lotów. 1. Wstęp Kolizje z ptakami towarzyszą lotnictwu od początków jego istnienia. Pierwsza oficjalna wzmianka o tego rodzaju zdarzeniu pochodzi z roku 1912 z Long Beach w Kaliforni; samolot Calbraighta Rogers a zderzył się z mewą, w wyniku czego samolot uderzył o powierzchnię wody, a pilot utonął. W początkowym okresie, gdy intensywność lotów była niewielka, a samoloty osiągały niewielkie prędkości, kolizje z ptakami nie stwarzały istotnego zagrożenia. Dlatego ignorowano je i nie prowadzono ich rejestracji. Wraz z rozwojem lotnictwa rosła ilość lotów i prędkość samolotów, co wiązało się z rosnącą liczbą wypadków lotniczych, w których swój udział miały ptaki. Szczególnie wprowadzenie samolotów o napędzie odrzutowym wpłynęło na pogorszenie wskaźników bezpieczeństwa, gdyż ptaki są szczególnie groźne dla tego rodzaju silników. Dodatkowym czynnikiem zwiększającym Photo 1. Calbraith Rogers the first victim of bird strikes. Photo courtesy National Air and Space Museum, Smithsonian Institution. możliwość zderzenia samolotu z ptakami jest coraz mniejsza hałaśliwość silników lotniczych; ptaki mają mniejszą możliwość zauważenia zagrożenia i uniknięcia kolizji. Od roku 1960, wskutek zderzenia z ptakami, około 400 samolotów uległo katastrofom, w których zginęło 370 osób. Najbardziej wrażliwe na uszkodzenia wywołane przez ptaki są samoloty wojskowe jednosilnikowe poruszające się z dużymi prędkościami zarówno w fazie startu, jak i podczas lądowania, czyli na wysokościach, gdzie prawdopodobieństwo zderzenia z ptakiem jest największe. Również w czasie lotu na większych wysokościach, gdzie samoloty tego typu osiągają prędkości rzędu kilkuset km/h lub większe, nawet najmniejsze ptaki stanowią dla nich istotne zagrożenie, gdyż oprócz uszkodzenia silnika czy płatowca, są w stanie przebić się przez pancerną osłonę kabiny i ciężko ranić pilota. Dla samolotów wielosilnikowych ptaki stanowią również duże zagrożenie, ale w przypadku, gdy w wyniku zderzenia przestaje pracować jeden z silników, samolot może bezpiecznie kontynuować lot na pozostałych i bezpiecznie wylądować. Oprócz bezpośredniego zagrożenia życia ludzi, ptaki powodują spore straty finansowe dla użytkowników statków powietrznych. Na przykład w Siłach Powietrznych USA w latach wyniosły one 457 mln. dolarów. Duże firmy przewozowe, aby P. Nalepa Zderzenia statków powietrznych z ptakami PN -1

2 zmniejszyć straty spowodowane uszkodzeniami sprzętu, a przede wszystkim w trosce o zdrowie pasażerów, doprowadziły do powołania organizacji międzynarodowych zajmujących się tym problemem. Między innymi powstał Komitet ds. Kolizji z Ptakami ( Bird Strike Committee Europe ) działający pod patronatem Międzynarodowej Organizacji Lotnictwa Cywilnego ( ICAO). [ 1-5 ] 2. Statystyka zderzeń statków powietrznych z ptakami. Dane statystyczne są podstawową metodą określania stopnia zagrożenia, jakim są ptaki dla użytkowników przestrzeni powietrznej, oraz obszernym materiałem pozwalającym na jego minimalizowanie. Dzięki tym informacjom można opracowywać odpowiednie trasy przelotów samolotów, aby nie kolidowały z trasami przelotów grup migrujących w danym czasie ptaków, planować odpowiednio budowę lotnisk, by nie były usytuowane w pobliżu miejsc zgromadzeń ptaków, czy też umożliwiają ocenę dotychczas użytych rozwiązań. Wykres 1 pokazuje, jak szybko rośnie liczba kolizji samolotów cywilnych z ptakami. W ciągu ośmiu lat podwoiła się ona. Spowodowane było to gwałtownym rozwojem lotnictwa cywilnego w latach dziewięćdziesiątych, przede wszystkim transportowego, i związanym z Figure 1. Reported wildlife strikes to civil aircraft by year, USA, tym wzrostem ilości operacji lotniczych. Innym znaczącym zestawieniem jest zobrazowanie ilości kolizji w poszczególnych miesiącach, gdyż daje ono informację o aktywności ptaków w określonych porach roku. Wykres 2 wskazuje na fakt, iż najwięcej tego typu zdarzeń ma miejsce pod koniec lata i początkiem jesieni. Wiąże się to z intensywnymi migracjami ptaków w tym okresie. Wykres 3 z kolei pokazuje rozkład procentowy ogólnej liczby zderzeń na poszczególne pory doby. Jak widać, Figure 2. Percent of bird strikes to civil aircraft by month, USA, największe prawdopodobieństwo kolizji występuje w ciągu dnia, co wiąże się z największa aktywnością ptaków w tym okresie. Obecnie są prowadzone programy mające na celu zebranie jak największej ilości informacji o ptakach, które pozwoliłyby zminimalizować istniejące z ich strony zagrożenie dla lotnictwa. Programy te dzielą się na dwa rodzaje; zajmujące się ptactwem znajdującym się bezpośrednio na terenie lotniska, a także takie, które kompletują dane o miejscach pobytu i migracjach ptaków, oraz potencjalnych rejonach, gdzie mogłyby poszukiwać pokarmu, a także opracowują metody ich odstraszania. Ponadto określane są kryteria, według których powinny być projektowane samoloty, aby doznawały jak najmniejszych uszkodzeń powstałych w wyniku kolizji z ptakami. P. Nalepa Zderzenia statków powietrznych z ptakami PN -2

3 Figure 3. Reported time of occurrence of bird strikes to civil aircraft, USA, Jak dotąd niewiele wiadomo o czynnikach, jakimi kierują się ptaki wybierając drogę i czas podróży. Jakkolwiek, nowe technologie pozwalają na coraz dokładniejsze śledzenie przemieszczających się ptaków, zarówno w odniesieniu do dróg lotniczych jak i lotnisk. Trzy z tych nowych technologii, to telemetria satelitarna, czujniki podczerwieni i systemy informacji geograficznej. Konwencjonalna biotelemetria wykorzystuje do śledzenia zwierząt nadajniki, które są mocowane do ciała, a następnie sygnał z nich jest śledzony z samochodu lub samolotu. W telemetrii satelitarnej są stosowane czujniki, których sygnały monitorowane są przez satelity. Pozwala to między innymi na śledzenie migracji ptaków na skalę kontynentalną i transkontynentalną. Obecnie są przeprowadzane próby laboratoryjne nadajnika wykorzystującego do określania pozycji system GPS ( Global Positioning System) ważącego zaledwie 200 gramów. System ten, oprócz tras przelotów ptaków, daje też informację o wysokości, na jakiej się one odbywają. Dane zgromadzone dzięki telemetrii satelitarnej pozwolą na bardzo dokładne przewidywanie czasu i miejsc migracji ptaków. Pasywne czujniki podczerwieni są badane pod kątem ich przydatności do wykrywania ptaków w pobliżu lotnisk. System taki może okazać się tanim i bardzo dokładnym narzędziem pozwalającym na identyfikację ptaków stanowiących zagrożenie dla ruchu lotniczego. Informacje pochodzące z takiego systemu mogłyby być wykorzystywane przez pilotów, kontrolerów ruchu lotniczego i zarządzających portami lotniczymi. Systemy Informacji Geograficznej (Geographic Information Systems) są wykorzystywane do identyfikacji regionów, w których ptaki mogą stanowić istotne zagrożenie dla ruchu lotniczego. Systemy te wykorzystywane są głównie przez Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych, które zbierają informacje o konkretnych gatunkach ptaków stanowiących największe niebezpieczeństwo dla samolotów wojskowych. Przykładem takiego gatunku jest sęp turecki, który był przyczyną około 200 zderzeń, które przyniosły straty około 30 milionów dolarów od roku [ 2-5 ] 3. Uszkodzenia samolotów. W wyniku kolizji z ptakami uszkodzeniu mogą ulec różne elementy konstrukcyjne i podzespoły samolotu. Stopień zniszczeń zależy głównie od prędkości lotu samolotu i masy ptaka. Według danych statystycznych, w połowie zderzeń uszkodzeniu ulegają silniki, czyli elementy bezpośrednio wpływające na bezpieczeństwo lotu, a następnie kadłub i skrzydło, kabina załogi i w minimalnym stopniu podwozie i usterzenie. Najbardziej czułe na tego rodzaju zdarzenia są silniki odrzutowe. Powodem częstego dostawania się ptaków do silników odrzutowych jest ich duży przekrój kanału wlotowego oraz panujące tam podciśnienie, które powoduje, iż ptak znajdujący się w pobliżu wlotu zostaje przez niego zassany. Silniki w chwili obecnej użytkowanych samolotów komunikacyjnych średniej wielkości są tak Photo 2. Close-up of blades from the Boeing-737 konstruowane, aby były w stanie wytrzymać engine that ingested a common eider during landing at zassanie ptaka o masie do około 0.7 kg. Następstwa an airport in Maine, Photo courtesy NTSB. wpadnięcia ptaków do silnika mogą być różne, i oprócz masy ptaka, zależą też od zakresu, w jakim pracował silnik. Ptak wpadający do kanału wlotowego silnika powoduje zakłócenie strumienia powietrza na P. Nalepa Zderzenia statków powietrznych z ptakami PN -3

4 wejściu do sprężarki i zmniejsza zapas stateczności jej pracy. Jeżeli silnik pracował w zakresie bliskim granicy stateczności sprężarki, to ptak może wywołać jej niestateczną pracę (pompaż), co może doprowadzić do wyłączenia silnika. Jeśli ptak jest dużych rozmiarów, to najczęściej dochodzi do mechanicznego uszkodzenia łopatek sprężarki, czy też łopatek wentylatora. Uszkodzeniu mogą ulec także elementy wlotu powietrza. Jeżeli chodzi o uszkodzenia innych elementów konstrukcji samolotu, to przyjmuje się, że na przykład siła uderzenia mewy przy prędkości samolotu 300 km/h wynosi 3 tony, co może doprowadzić do uszkodzenia pokrycia samolotu, co z kolei może doprowadzić do uszkodzenia układów sterowania. Ponadto ptaki mogą rozbić osłonę kabiny pilotów. W przypadku samolotów wojskowych latających z dużymi prędkościami nawet ptak niewielkich rozmiarów jest w stanie rozbić pancerną osłonę kabiny, wytrzymującą trafienie pocisku Photo 3. This Piper 28 Warrior struck an American kalibru 20 mm. [ 1-3 ] bittern on approach to an airport in New Jersey. Photo courtesy of C. Boggs, USDA. 4. Sposoby walki z ptakami. W profilaktyce przeciwko zderzeniom z ptakami można stosować wiele różnego rodzaju działań. Najlepiej jednak stosować równolegle różne metody, aby uzyskać maksymalną skuteczność. Jedną z metod jest zmiana ekologii lotniska, polegająca na zmianie warunków przyrodniczych, mikroklimatu i sposobu wykorzystania okolicznych terenów, aby wyeliminować możliwości przebywania ptaków na lotnisku. Lotniska stanowią dla ptaków bardzo atrakcyjne tereny bytowania, gdyż są ogrodzone, zatem stanowią doskonałe schronienie przed wrogami naturalnymi ptaków. Są też świetnym źródłem różnego rodzaju pożywienia i wody. Skuteczną metodą walki z Photo 4. Landfills are very attractive for birds. ptakami może zatem być melioracja i drenowanie terenów Photo by:r. A. Dolbeer. lotnisk, osuszanie małych zbiorników wodnych na ich terenie i w pobliżu. Ponadto należy niszczyć wszelkiego rodzaju rośliny będące źródłem pożywienia dla ptaków. Bardzo dobre efekty daje też krótkie koszenie trawy, której długość nie powinna przekraczać cm, a w bezpośredniej bliskości dróg kołowania i pasa startowego 10 cm. Pozbawia to ptaki możliwości szukania pokarmu i ukrycia w trawie. Istotne jest, aby w pobliżu lotnisk nie powstawały zwałowiska odpadów gospodarczych i wysypiska śmieci, gdyż stanowią one źródło pożywienia dla ptaków. Jedną ze skuteczniejszych metod walki z ptakami w pobliżu lotnisk jest ich odstraszanie. Odbywa się ono za pomocą środków pirotechnicznych i akustycznych straszydeł, specjalnie tresowanych psów i ptaków Photo 5. One of methods of fighting against drapieżnych, bioakustycznych i fizycznych metod birds is shooting. Photo by: R. A. Dolbeer. odstraszania oraz rozpylania chemicznych preparatów odstraszających. Środki pirotechniczne i akustyczne, to : petardy, naboje wybuchowe, broń palna i automatyczne działka gazowe. Jednakże podstawową wadą tych środków jest fakt, iż ptaki dość szybko się do nich przyzwyczajają. Tresowane psy lub ptaki drapieżne dają ja na razie najlepsze efekty. Praktyka wykazała, iż użycie psów daje lepsze efekty; odstraszają one wszystkie gatunki ptaków ( niektóre ptaki nie boją się sokołów), nie zabijają P. Nalepa Zderzenia statków powietrznych z ptakami PN -4

5 ich, mogą pracować w każdych warunkach atmosferycznych, ponadto szybko się uczą. Wykorzystanie sokołów do walki z ptakami jest mniej skuteczne. Sokoły, w przeciwieństwie do psów, nie są w stanie działać w deszczu i w nocy, a poza tym same stanowią zagrożenie dla statków powietrznych. Metody bioakustyczne polegają na nagrywaniu na taśmę magnetofonową tzw. krzyku trwogi ptaków, sygnalizującego niebezpieczeństwo i odtwarzaniu go, po odpowiednim wzmocnieniu przez stacjonarny lub ruchomy system głośników. Najlepsze efekty uzyskuje się przez okresowe włączanie oddzielnych grup głośników według określonego programu. Wadą tego sposobu jest to, iż nie wszystkie gatunki ptaków reagują na ten sam krzyk strachu. Mimo to, badania przeprowadzone w Kanadzie i Holandii wykazały wysoką jej skuteczność, jednakże spełniony muszą być warunki zastosowania zapisu o wysokiej jakości i prawidłowego odtwarzania. Fizyczne sposoby odstraszania polegają na podjechaniu zespołu grupy ludzi samochodem, która może być wyposażona w środki pirotechniczne lub akustyczne, lub psy i ptaki drapieżne. Zazwyczaj samo podjechanie samochodu przynosi pożądany skutek. Środki chemiczne są dość skutecznym narzędziem. Ich użycie powoduje, że czasem ptaki nie wracają na lotnisko przez kilka miesięcy. Zasięg tych preparatów, rozpylanych z wiatrem wynosi około 500 m. Należy pamiętać jednak, iż każda z powyższych meto jest skuteczna tylko przez pewien okres, gdyż Photo 6. Fogging with a methyl anthranilate formulation may help disperse birds, such as tree swallows and killdeer, at airports. Photo by J. T. Peterla, USDA. trasach przelotów migrujących ptaków. [ 1-5 ] ptaki się do nich przyzwyczajają. Wobec tego najlepsze efekty przyniesie stosowanie ich przemiennie i z różnym nasileniem w zależności od gatunków ptaków i ich aktywności. Najskuteczniejszą metodą jednak jest takie planowanie lotów, aby nie przebiegały na wysokościach i 5. Odpowiednie planowanie i wykonywanie lotów. Odpowiednie postępowanie załóg statków powietrznych podczas planowania lotu, jak i podczas samego lotu może istotnie przyczynić się do uniknięcia zderzenia z ptakami. Należy przestrzegać następujących zasad: a. Należy przed każdym lotem sprawdzić informacje w NOTAM-ach (niektóre państwa publikują BIRDTAM-y) pod kątem sezonowej aktywności ptaków w pobliżu trasy przelotu oraz lotnisk odlotu i docelowego. b. Przelot należy planować tak wysoko, jak to możliwe. Tylko 1% zderzeń miało miejsce powyżej 2500 stóp. c. Trzeba unikać przelatywania nad rezerwatami, wysypiskami śmieci i zakładami przetwórstwa ryb. d. Powinno się unikać la- tania na małej wysokości wzdłuż brzegów morskich i rzek, ze względu na to, iż są one używane przez ptaki jako obiekty nawigacyjne. e. Należy unikać niskiego latania nad zbiornikami wodnymi, między innymi jeziorami i ujściami rzek, gdyż są to obszary, gdzie mewy wykonują regularne loty, zazwyczaj o świcie i zmierzchu. Figure 4. Number of reported bird strikes to civil aircraft by f. Aby uniknąć zderzenia z pod - altitude, USA, rywającymi się do lotu dużymi grupami ptaków nie należy nisko przelatywać nad wysepkami, cyplami i klifami, które są częstym miejscem ich gniazdowania. P. Nalepa Zderzenia statków powietrznych z ptakami PN -5

6 g. Jeśli załoga jest dwuosobowa, przed startem powinno się omówić postępowanie w razie utraty łączności wewnątrz kabiny, lub w przypadku zniszczenia osłony kabiny przez ptaka. h. Pamiętać należy, iż niektóre ptaki mogą atakować samoloty i szybowce. i. Szczególnie wiosną, w czasie przeglądu przedlotowego trzeba zwrócić uwagę, czy nie ma w samolocie gniazd, przede wszystkim w gondolach silników, gdyż mogą one spowodować poważną awarię. j. W czasie kołowania, podczas odsłuchiwania komunikatu ATIS, należy zwrócić uwagę,czy nie zawiera on informacji o aktywności ptaków. k. W czasie kołowania należy obserwować płytę lotniska i zgłaszać ATC wszystkie większe grupy ptaków. l. Gdy przed startem dostrzeżona zostanie grupa ptaków na pasie startowym, trzeba poprosić ATC, aby przysłano ekipę do ich odstraszenia. Nigdy nie wolno używać do tego samolotu. m. W czasie startu i podejścia do lądowania powinno używać się świateł do lądowania, aby samolot był bardziej widoczny. n. Gdy zderzenie z ptakiem wystąpi na ziemi, i pozostaje jeszcze wystarczająca długość pasa do wyhamowania, należy przerwać start. o. Jeśli miało miejsce wessanie ptaka przez silnik, należy wykonać procedurę lotu z niesprawnym silnikiem. p. Wykonując manewr uniku przed ptakami, trzeba pamiętać, że ptaki zawsze uciekają w dół od zagrożenia, zatem pilot powinien w mirę możliwości przejść do lotu wznoszącego. q. Po zderzeniu z ptakiem należy w miarę możliwości wykonać próbę sterowności samolotu przed rozpoczęciem podejścia do lądowania. r. Jeżeli podejście do lądowania będzie wykonywane w rejonie dużych koncentracji ptaków, należy unikać zniżania z dużymi prędkościami pionowymi, związanymi ze zwiększonymi prędkościami lotu, aby skutki ewentualnego zderzenia były jak najmniejsze. s. Jeśli w czasie podejścia końcowego zostanie zauważone stado ptaków na kierunku lotu samolotu, to należy wykonać procedurę nieudanego podejścia. [ 2,4 ] 6. Zakończenie. Ponieważ ptaki zawsze będą towarzyszyły aktywności człowieka w powietrzu, niemożliwym będzie całkowite zniwelowanie zagrożenia z ich strony. Wręcz przeciwnie; gwałtowny rozwój transportu lotniczego, jaki miał miejsce w latach dziewięćdziesiątych będzie kontynuowany w latach następnych, a zatem zwiększy się liczba operacji lotniczych na świecie, co powiększy roczną liczbę kolizji z ptakami. Summary The bird strikes appeared at the beginning of aviation. Due to rising speeds and number of planes, birds became a serious problem for aviation. Aside from the victims, bird strikes cause financial losses. The financial factor of bird strikes is biggest in a military aviation. There every bird strike, apart victims, means big damages to planes due to very high speeds of flights. To solve the problem of bird strikes, aviation companies brought a special organizations into existence. One of them is Bird Strike Committee Europe connected with International Civil Aviation Organization. Such institutions make many researches that bring information about birds, for example about their habits. These informations allow us to work out methods of fighting against bird strikes. There are many methods of scaring birds in an airport vicinity. The most common are: firearms, pyrotechnics, pesticide applications, distress call tapes, propane cannons and other miscellaneous techniques. But still one of the basic methods of decreasing the number of bird strikes will be appropriate behavior on the ground, in the air and proper flight planning, using knowledge about birds residences and habits. Literatura 1. Ppłk pil. mgr Nawrocki J.: Ptaki wciąż aktualne zagrożenie bezpieczeństwa lotów. Biuletyn Wyższej Szkoły Oficerskiej Sił Powietrznych 3/ Federal Aviation Administration - Wildlife strikes to civil aircraft in the United States Edward C. Cleary, Richard A. Dolbeer - Wildlife hazard management at airports stan z dnia : stan z dnia : P. Nalepa Zderzenia statków powietrznych z ptakami PN -6