Curso Piloto Comercial on HVI 2012 Performance- Clase 3

Aeropuertos Aeropuertos

Extracto de algunos temas importantes. Para ver el libro completo ingresar a la web en http://nacc.upc.es/aeropuertos/index.html

Dagoberto Salazar Se concede a perpetuidad permiso para usar, copiar, modificar y distribuir el contenido de este documento para cualquier propósito y sin necesidad de pago, con tal y se copie el copyright anterior y este párrafo aparezca en todas las copias. Las imágenes son autoría de Dagoberto Salazar, Antoni Fabrés y Natalia Jiménez. El material se presenta "tal como está" y no se da ninguna garantía sobre su exactitud o veracidad, ni sobre su utilidad o idoneidad para algún propósito específico. Colaboradores En la elaboración del material relativo a "Aeropuertos" han colaborado las siguientes personas: Antoni Fabrés: Proporcionó las figuras "Radiomarcadores: Distancias al umbral de pista", "Senda de Planeo", "Sistema de iluminación sencillo", "Sistema de iluminación CAT I", "Sistema AT-VASIS", "Sistema PAPI", "Colores de las luces de pista", "2do. Caso", "3er. Caso". Natalia Jiménez: Proporcionó las figuras "Lado Aire y Lado Tierra", "Radiomarcadores: Características", "Localizador", "Sistema de luces de pista", "Velocidades de despegue", "1er. Caso", "Zona de parada (STOPWAY)".

1) Diferencia entre aeródromo y aeropuerto: El aeropuerto es un conjunto de instalaciones diseñadas para permitir realizar, con la máxima seguridad posible, las actividades de despegues y aterrizajes de las aeronaves y el ingreso y salida de los pasajeros y la carga. En este sentido, cabe agregar que un aeródromo se considera como un área en la cual se encuentra una superficie adecuadamente preparada para permitir el despegue y aterrizaje de aeronaves, mientras que el aeropuerto engloba muchas más funciones. Debido a su peculiar naturaleza, las operaciones aeroportuarias se suelen dividir en dos tipos: Lado Aire y Lado Tierra. Lado Aire: De este lado las actividades están orientadas, en esencia, a la adecuada atención de la aeronave. Se incluyen el servicio de catering (comidas y bebidas) y las operaciones de estacionamiento, rodaje, despegue y aterrizaje. Lado Tierra: Aquí se realizan actividades enfocadas a la atención de los pasajeros y la carga. En este lado se encontrarán servicios de facturación, transferencia de carga y equipaje, aduanas, policía, comida, teléfonos, información, alquiler de vehículos, servicio de información al público (SIP), etc.

Figura 1-1. Lado Aire y Lado Tierra Nótese que la frontera entre ambos tipos se encuentra en la puertas del edificio terminal que dan hacia la zona

de las plataformas donde se encuentran los aviones.

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Aeropuertos 2) Empuje disponible para el despegue Antes de continuar con la explicación de los parámetros de despegue, es conveniente hablar brevemente del empuje disponible para realizar esta operación. Habitualmente se piensa que, si una aeronave bimotor pierde un motor durante la carrera de despegue, el empuje disponible se reduce en un 50%. Esto no es cierto. Hay que tener muy en cuenta que el empuje disponible para el despegue es el resultado de la resta

entre el empuje que proporcionan los motores y todas las fuerzas que se oponen al movimiento de la aeronave (resistencia aerodinámica, resistencia de rodadura, potencia drenada de los motores para energizar los sistemas, etc.). Esto se representa en la siguiente figura: Figura 1-13. Empuje disponible para el despegue

De esta manera, cuando en un bimotor pierde uno de sus motores en realidad típicamente le queda disponible alrededor de sólo un 20% del empuje del otro motor para acelerar y despegar. 3) Distintas definiciones importantes para el despegue a) Distancia de aceleración-parada. Ds Tanto las normas FAR como las JAR definen la distancia aceleración-parada como la MAYOR de estas dos distancias:

• La suma de las distancias necesarias para acelerar el avión desde que se sueltan los frenos hasta que falla el motor crítico (VEF), continuar acelerando desde VEF hasta V1, y continuar la aceleración durante dos segundos más allá de V1 y finalmente detener por completo el avión suponiendo que el piloto no utiliza más que los frenos, y los empieza a aplicar dos segundos después de alcanzada V1.

• La suma de las distancias necesarias para acelerar el avión desde que se sueltan los frenos hasta V1, y continuar la aceleración durante dos segundos más allá de este punto, con todos los motores operativos (no se considera fallo del motor) y luego detener por completo el avión suponiendo que el piloto no utiliza más que los frenos, y los empieza a aplicar dos segundos después de alcanzada V1.

Nótese que el uso de los reversores de empuje no se considera en el cálculo de esta distancia. Sin embargo, sí se incluye en el procedimiento el uso de los frenos, el apagado de los motores y el despliegue de los spoilers. b) Distancia de despegue con todos los motores operativos. Dto(n) Se define como el 115% de la distancia desde que se sueltan los frenos hasta que la aeronave alcanza los 35 ft de altura, suponiendo que ningún motor ha fallado. Nótese que parte de esta distancia la recorre el avión en el aire, pero sin embargo se considera como longitud necesaria de la pista. c) Distancia de despegue con un motor inoperativo. Dto(n-1) Es la distancia necesaria para acelerar hasta V1 con todos los motores operativos, reconocer en ese momento el fallo de un motor crítico, y continuar acelerando con los demás motores hasta que se halla alcanzado V2 a 35 ft de altura.

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Aeropuertos d) Criterio de pista compensada Para explicar este criterio, lo mejor es presentar tres casos hipotéticos y relacionarlos luego entre sí:

• Caso 1: Supongamos que una aeronave empieza su despegue y tiene un fallo de motor a baja velocidad (digamos, por ejemplo, 75 kt). Si el piloto decidiera frenar en ese momento, dado que la velocidad es relativamente pequeña lo más probable es que lo logre en una corta distancia, digamos 1200 m. Si por el contrario, el piloto decidiera despegar en esas condiciones, es posible que necesitara una longitud de pista mucho mayor. Tome en cuenta que, al ocurrir la falla a baja velocidad, a los motores restantes les costará mucho esfuerzo acelerar el avión hasta las velocidades de despegue adecuadas, y esto requerirá de una gran longitud de pista. En este sentido, fíjese que para un avión bimotor, al perderse un motor NO se pierde el 50% del empuje, sino el 80% y más (dependiendo del modelo). Esto se debe a que el motor restante queda en solitario para energizar todos los sistemas de la aeronave y además enfrentarse a las resistencias aerodinámicas y de rodadura. El margen de potencia que queda para acelerar es muy poco. Entonces, supongamos en definitiva que si el piloto decide continuar el despegue en estas condiciones, entonces necesitará unos 3400 m. Resumiendo, en este caso: Dto(n-1) >> Ds

• Caso 2: Ahora supongamos que el fallo de motor ocurrió a alta velocidad (105 kt), ya muy avanzada la carrera del despegue. Si el piloto decidiera frenar en ese momento, entonces recorrería mucha pista porque la aeronave va a alta velocidad. A esto hay que agregarle que ya había recorrido un gran trayecto antes que fallara el motor. Sumando ambas distancias, supongamos que necesitaría 3250 m para frenar. Por otro lado, si el piloto decide irse al aire aún con un motor inoperativo, seguramente lo lograría sin mayores contratiempos dado que ya está muy cerca de la velocidad de despegue. Digamos que en este caso requiere de 1800 m de pista. En resumen, en este caso: Dto(n-1) << Ds

• Caso 3: Observando los dos casos anteriores concluimos que, dependiendo de la velocidad de fallo del motor (VEF), en algunas ocasiones es mejor frenar ( Ds < Dto(n-1) ) y en otras es mejor continuar el despegue ( Dto(n-1) < Ds ). Por tanto, es obvio que existe una velocidad particular de fallo del motor, en la cual SE CONSUME LA MISMA DISTANCIA tanto despegando como frenando, es decir, existe una VEF tal que Dto(n-1) = Ds. Es decir, desde el punto de vista del consumo de pista es indiferente frenar o seguir. Esa velocidad estaría en algún punto entre la del caso 1 (75 kt) y la del caso 2 (105 kt). Digamos que es 93 kt. Si asignamos el valor de V1 igual a dicha velocidad (93 kt), entonces V1 determina un punto en la carrera de despegue antes del cual el piloto debería frenar si se produce una falla del motor, y debería continuar la carrera de despegue si la falla ocurre después. Esto es llamado el Criterio de Pista Compensada.

Conclusión: Se dice que la operación es con Criterio de Pista Compensada, si se elige V1 de modo tal que si la falla de motor se produce en V1, entonces Dto(n-1) = Ds. El criterio de pista compensada es muy utlizado en la operación de las aeronaves modernas, y la asignación de V1 dependerá de muchos factores como el viento, peso, temperatura, etc, pero su valor es único en cada caso. Nótese, sin embargo, que según este criterio V1 se determina SIN TOMAR EN CUENTA LA LONGITUD REAL DE LA PISTA. Simplemente, se asume que dicha

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Aeropuertos longitud debe ser superior a Dto(n-1) y Ds. Por esta razón, si se considera la longitud real de la pista es posible operar con criterios de pista NO compensada. d) Zona de parada (STOPWAY) La zona de parada es un área al final de la pista que la prolonga y tiene al menos su misma anchura. Además, es capaz de soportar el peso de una aeronave sin sufrir daños.

Figura 1-17. Zona de parada (STOPWAY)

Sin embargo, lo que caracteriza a la zona de parada es que no ha sido proyectada para su utilización normal en el despegue, sino que se encuentra allí solamente para ser de ayuda en caso de un despegue abortado. De este modo, la aeronave contará con una longitud adicional de frenado, pero que no se puede tomar en cuenta si se decide ir al aire. Es como operar simultáneamente con dos pistas de longitudes diferentes: Una para frenar, y otra para volar. Existen diversas razones para la existencia de un stopway, pero una de ellas es que la existencia de algún objeto en las vecindades del aeropuerto desaconseje su uso como parte de la pista utilizada para irse al aire. e) Criterio de pista no compensada. Uso de la zona de parada. Cuando existe zona de parada, entonces el piloto tiene la oportunidad de intentar frenar más allá de la V1 asignada con criterios compensados, puesto que cuenta con una zona de frenada extra. Esto permite que la V1 no compensada sea superior. Matemáticamente esto se resume así: Ds > Dto(n-1), pero Longitud de pista >= Dto, Longitud de pista + stopway >= Ds Una operación con stopway permite mayores velocidades de despegue, lo que a su vez redunda en una senda de ascenso más inclinada. Esto puede ser deseable en aquellos aeropuertos rodeados por ciudades, en donde el ascenso rápido garantiza menores niveles de ruido. f) Carrera de despegue (Take-off run) Existe otro criterio para pista no compensada, pero para poder entenderlo mejor es necesario definir primero la carrera de despegue. Por definición, es la MAYOR de estas distancias:

• La suma de las distancias necesarias para: Soltar los frenos y llegar a V1, punto en donde falla un motor crítico. Seguir acelerando desde V1 hasta un punto equidistante entre los lugares en que se alcanzan VLOF y V2.

• El 115% de la distancia desde el punto donde se sueltan los frenos hasta un punto equidistante entre los lugares en que se alcanzan VLOF y V2.

Tome en cuenta que estas distancias en general son diferentes, y que si bien para las aeronaves bimotores la mayor puede que sea la primera opción, para las de 3 ó más motores a menudo el factor 1,15 de la segunda opción es el más influyente. Asimismo, la diferencia fundamental entre la carrera de despegue y la Dto es que la primera enfoca la sección durante la cual la aeronave rueda por la pista, mientras que la segunda se refiere a todo el proceso de despegue. g) Zona libre de obstáculos. (CLEARWAY - CWY) Es una zona más allá del umbral de la pista que está libre de obstáculos y por tanto constituye un espacio adicional para ser utilizado solamente en el ascenso. Existen unos requisitos que debe cumplir:

• Debe tener al menos 150 m de anchura y extenderse a lo largo de la prolongación del eje de la pista.

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• Cualquier obstáculo que exista en ella no deberá sobrepasar un plano que tiene una pendiente del 1,25% a partir del final de la pista, a excepción de las luces de umbral de pista siempre y cuando éstas se encuentren a los lados y no sobrepasen los 66 cm.

• La zona libre de obstáculos debe estar bajo el control de las autoridades del aeropuerto.

• Esta zona no debe exceder el 50% de la longitud de la pista.

Note que no se indica cuál es la naturaleza de la zona libre de obstáculos, ni se obliga a que sea capaz de sostener el peso de la aeronave. Podría ser, por ejemplo, un lago. h) Criterio de pista no compensada. Uso de la zona libre de obstáculos. Cuando existe una zona libre de obstáculos, el avión puede recorrer la mitad de la distancia entre el punto de VLOF y los 35 ft fuera de la pista (recuerde la definición de la carrera de despegue). Por otro lado, la distancia de aceleración-parada sí debe ceñirse a la longitud de pista real disponible. En este caso, la zona libre de obstáculos le permite al piloto continuar el despegue aunque la falla del motor se produzca antes de la V1 asignada con criterios compensados, puesto que cuenta con un área de ascenso extra. Esto permite que la V1 no compensada sea, en este caso, inferior. Matemáticamente esto se resume así: Dto(n-1) > Ds, pero Longitud de pista >= Ds y Longitud de pista + clearway >= Dto(n-1). Una operación con clearway permite despegar desde aeropuertos con pistas más pequeñas, o despegar con mayor peso desde pistas largas. Esto es una ventaja en aquellos aeropuertos cuyas pistas no pueden crecer más, pero que en los cuales no hay obstáculos en la zona de ascenso. Un ejemplo típico son aquellos aeropuertos que se encuentran muy cerca del mar y con sus pistas orientadas en esa dirección. i) Distancias declaradas La OACI exige que todos los aeropuertos tengan debidamente publicadas sus longitudes de pista reales. Debido a las combinaciones posibles de stopways y clearways, existen varios tipos de distancias declaradas: TORA (Take-Off Run Available - Carrera de despegue disponible): Es la longitud de pista disponible y adecuada para el recorrido del avión en tierra durante el despegue. TODA (Take-Off Distance Available - Distancia de despegue disponible): Consiste en la carrera de despegue disponible (TORA) mas la zona libre de obstáculos (clearway), en caso de que exista. ASDA (Accelerate-Stop Distance Available - Distancia disponible de aceleración-parada): Es la carrera de despegue disponible (TORA) mas la zona de parada (stopway), en caso de que exista. LDA (Landing Distance Available - Distancia de aterrizaje disponible): Es la longitud de pista disponible y adecuada para el recorrido del avión en tierra durante el aterrizaje. NOTA: Habitualmente la TORA y la LDA son iguales a la longitud de pista, y por tanto iguales entre sí. Sin embargo, existen casos en que una pista tiene el umbral desplazado, es decir, hay una zona al inicio de la pista que está disponible para la carrera de despegue pero no para el aterrizaje. En estos casos, la TORA es mayor que la LDA. j) Senda de despegue La senda de despegue, o Take-off Path está definida por la distancia desde que se sueltan los frenos hasta que el avión alcanza 1500 ft sobre la pista y además tiene la configuración y velocidad adecuadas para el ascenso hasta el nivel de crucero. Esta senda se suele dividir en tramos llamados segmentos. Los segmentos los definen los fabricantes en función de determinados cambios en la configuración, velocidad o potencia. Habitualmente se dividen así:

• 1er. segmento: Se inicia en VLOF (cuando se despegan las ruedas de la pista). Se tiene potencia de despegue (con 1 motor inoperativo). El tren de aterrizaje está afuera y

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replegándose. Los flaps están en posición de despegue. En este tramo la velocidad crece de VLOF a V2.

• 2do. segmento: Empieza cuando el tren está completamente recogido. Se tiene potencia de despegue (con 1 motor inoperativo). Los flaps están en posición de despegue. La velocidad es constante e igual a V2. Acaba al alcanzar la altura máxima de vuelo nivelado (Maximum level off height), que no puede ser inferior a 400 ft. A esta altura es cuando se procede con el resto del procedimiento de despegue.

• 3er. segmento: Empieza cuando la aeronave se nivela. Se recogen los flaps y los slats. El empuje se cambia al máximo continuo. Termina cuando la aeronave se acelera hasta alcanzar la velocidad del segmento final.

• Segmento final: La aeronave empieza a ascender de nuevo. El empuje es el máximo continuo. La configuración es la de crucero. Finaliza, como mínimo, a 1500 ft de altura.

La razón de la definición de estos segmentos es que las aeronaves deben cumplir con ciertos requisitos de ascenso en cada uno de ellos, aún con un motor inoperativo. A modo de ejemplo, para aeronaves bimotores los requisitos son:

• 1er. Segmento: Pendiente de subida positiva.

• 2do. Segmento: Pendiente de subida mayor o igual a 2,4%.

• Segmento final: Pendiente de subida mayor o igual a 1,2%.

3) Distintas definiciones importantes para el aterrizaje Así como existen toda una serie de parámetros importantes para el procedimiento de despegue, existe otra serie que corresonde al aterrizaje. Los más importantes se presentan a continuación: a) Longitudes mínimas necesarias para el aterrizaje Los criterios para definir las longitudes necesarias para el aterrizaje son muy diferentes que los de despegue y varían según el tipo y categoría de aeronave. Para los aviones reactores comerciales son los siguientes:

• El avión debe pasar a 50 ft de altura sobre el umbral de pista.

• La velocidad sobre el umbral debe ser un 30% mayor que la correspondiente velocidad de entrada en pérdida (Vs) en configuración de aterrizaje.

• Según estos criterios, se define la Distancia de Parada (DP), como la distancia requeridad para que la aeronave se detenga, utilizando los medios de frenado normales (no se incluye el reversor de empuje).

Sin embargo, la Distancia de Parada no se considera como la distancia de aterrizaje. En el caso de que la pista esté seca, la Longitud mínima de pista requerida para el aterrizaje (DL), se define como DL = 1,67.DP. Por otro lado, si el pavimento está mojado la DL debe incrementarse en un 15%, es decir DL = 1,15 .1,67.DP. b) Subida en configuración de aproximación Se debe considerar la posibilidad de que la aeronave haya despegado del aeropuerto, le haya fallado un motor durante el despegue, se haya ido al aire y venga de regreso para aterrizar de emergencia. En este caso, el avión viene aproximándose con un motor inoperativo, los motores restantes con potencia de despegue y con el peso de despegue (o algo inferior, en caso de que se haya liberado de cierta cantidad

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Aeropuertos de combustible). Es posible que la aeronave en estas condiciones críticas se vea forzada a frustrar su aproximación debido a algún problema imprevisto y deba ganar altura, realizando el procedimiento de aproximación frustrada. Esto es parecido a las características del segundo segmento del despegue, y se deben cumplir las siguiente condiciones:

• Tren de aterrizaje recogido.

• Pendiente de subida: Bimotores: 2,1% Trimotores: 2,4% Cuatrimotores: 2,7%

• Velocidad: Correspondiente a 1,5 veces la velocidad de entrada en pérdida para esa configuración.

c) Subida en configuración de aterrizaje En este caso, se considera que la aeronave ya ha terminado la fase de aproximación y está a punto de tocar tierra, y que debido a algún imprevisto u obstáculo repentino en la pista debe abortarse el aterrizaje. Las condiciones que se tienen en cuenta son las siguientes:

• Configuración de aterrizaje: Tren, flaps y slats extendidos.

• Peso de aterrizaje.

• Todos los motores operativos con el empuje que sea posible generar a los 8 segundos después de mover el acelerador desde la posición neutra o idle a la posición de empuje de despegue.

• Velocidad de ascenso de 1,3 veces la velocidad de entrada en pérdida para esta configuración.

• Con estas condiciones, el avión deberá poder obtener una pendiente de subida al menos de 3,2%.

Para finalizar, tome nota del hecho de que en el procedimiento de aterrizaje abortado no hay garantías con un motor inoperativo.