Lidt om hvad der sker ved start og landing samt brug af FLAPS

Q: Hejsa jeg har længe undret mig over om hvordan flaps på vingerne bruges, i forhold til vind og vejr samt takeoff og landing.

Hvordan bruges de og hvordan ved piloten hvad flaps der skal anvendes? Har hørt at der er flere indstillinger f.eks. 5,10,15,20,25?

A: Tak for dit spørgsmål – jeg vil forsøge at komme med et svar der ikke bliver alt for langhåret og teknisk men helt uden om aerodynamik og performance kommer vi dog ikke såfremt jeg skal give dig et ordentligt svar. Det bliver en anelse langt (men selvfølgelig uhyre interessant) – så sæt dig godt til rette eller vent til et senere tidspunkt hvor du har bedre tid til at læse dette.

For at et fly kan flyve (holde sig i luften og bevæge sig fremad) skal det opfylde nogle helt basale krav.

Liften skal ophæve vægten og fremdriften (thrust) skal ophæve modstanden (drag). Lift opstår som følge af at luften strømmer over vingen og skaber et undertryk på oversiden af vingen og et overtryk på undersiden. Flyet bliver “trukket” fremad ved hjælp af motorerne. Uden motorer kan flyet benytte sig af at “konvertere” tab af højde eller hastighed for at undgå at “falde ud af himlen”. Et moderne passagerfly vil således kunne svæve ca. 150 km såfremt det befandt sig i en rejsehøjde på ca. 10 km.

Jeg vil undlade at komme nærmere ind på lift, da dette er forklaret i detaljer i et tidligere indlæg – så studser du lidt over det med under- og over-tryk kan du læse mere her:

https://spoerg-piloten.dk/om-vejret-og-flyvning/hvordan-skabes-lift-til-at-fa-flyet-til-at-lette/

Det ”smarte” ved flaps er at de bidrager til øget lift – dvs. såfremt vi holder hastigheden konstant vil vingen yde mere og mere lift i takt med at vi anvender flaps. Brugen af flaps er ikke blot ”up” eller ”down” som f.eks. det er med hjulene – ofte har vi en del indstillinger vi kan benytte. Det er lidt forskelligt hvordan flyproducenterne benævner disse indstillinger – på en B737 er det f.eks. 1, 5, 10, 15, 25, 30 og 40. Jo højere tal desto mere flap. På større fly kan vi ikke se flapsene, så vi har i stedet en “flap indicator” og til at sætte de forskellige grader af flaps har vi et “flap handle”.

Du kan jo prøve om du kan spotte “flap handle” og “flap indicator” på dette billede af et B737 flight deck.

Avancerede flaps øger måske sågar vingens areal og skaber såkaldt “slats” på forsiden af vingen som yderligere giver aerodynamiske fordele. Flaps har dog også ulemper – de har f.eks. begrænsninger i forhold til hvad hastighed at de kan anvendes og derfor bruger man normalt kun flaps i forbindelse med start og landing.

Her er en oversigt over nogen af de forskellige flap typer:

Det er typisk således at der anvendes en lav flap setting ved start og en noget højere setting ved landing. Valg af flap ved start er typisk en opvejning af en række faktorer f.eks. banens længde, temperatur, tryk og vind, vægt af flyet. Flap er ikke løsningen på ”alt” og der er ulemper ved høje flap settings. F.eks reducerer høje flap settings flyets evne til at stige efter start og dernæst er brug af flaps forbundet med hastighedsrestriktioner og øget modstand hvilket kan være uhensigtsmæssig i forhold til udflyvningen.

Et moderne jet fly er mest økonomisk (og hurtigst) på rejsehøjden (typisk 35.000- 39.000 ft) – så derfor ønsker vi at komme ”op og afsted”. Nu åbner jeg lidt op for performance godteposen og slynger er par hastigheder ud som personer udenfor branchen formodentlig ikke er bekendte med – V1, Vr, V2, Vclean, Vy og Vx. Volapyk? Fortvivl ikke:

Beslutningshastighed (V1) – den hastighed hvor efter piloterne er “go minded” dvs. at piloterne ved en opstået “fejl” (hvor flyet stadig kan flyve naturligvis) vil vælge at gå i luften fremfor at afbryde starten.

Rotations hastigheden (Vr) – den hastighed hvor piloterne vil begynde at sørge for at næsehjulet begynder at løfte sig fra banen – flyet går typisk først i luften når næsen er løftet ca 10 grader op.

Den hastighed som flyet stiger med i begyndelsen kaldes “V2” – denne hastighed holdes indtil piloterne accelererer til “up speed”. I den tid at V2 hastigheden holdes vil piloterne normalt ikke røre ved flap.

Minimums hastighed uden brug af flaps (Vclean)– efter at piloterne har konfigureret flyet til flyvning uden flaps vil de påbegynde accelerationen til “climb speed”.

Der er flere typer af “climb speed” alt efter hvad der er piloternes ønske- det kunne eksempelvis være at stige hurtigst muligt (best rate Vy) eller stige så stejlt så muligt (best angle Vx) – ofte vil passager fly benytte sig af et kompromis mellem de to – typisk “det mest økonomiske”.

Når flyet kommer i luften vil piloterne holde V2 + 0- 25 km/t indtil ca 1000 ft. Det tager normalt under et minut at nå til 1000 ft og her vil piloterne typisk reducere motorerne til at yde “climb power” og dernæst begynde at accelerere til Vclean. Undervejs til Vclean vil flaps blive taget ind i forhold til den “flap retraction schedule” som er gældende for flytypen.

Hastighederne udregnes efter de aktuelle vejrforhold, banens beskaffenhed – dvs. primært længden men der tages også hensyn til om banen er våd, hvor meget den hælder etc, samt flyets vægt og ikke mindst flap setting.

Det kommer måske som en overraskelse, men piloterne anvender sjældent “fuld gas” ved starten. Vi udnytter ofter banens længde, selvfølgelig med meget strenge sikkerheds marginer, til at kunne reducere vores motorer. Udregningerne foregår ofte ved brug af avancerede computersystemer, men i “gamle dage” gik piloterne ind i en række grafer – jeg mener stadig at den slags er del af pensum ved uddannelsen til pilot. Ved at operere motorerne ved f.eks. 92% i forhold til 100% opnår flyselskaberne store besparelser i form af reducerede vedligeholdelse omkostninger samt lavere brændstof forbrug.

For at det hele bliver lidt mere håndgribeligt kan vi prøve at sætte nogen tal på. Indenfor flyvning benyttes normalt knob (1kts = 1,852 km/t) men som en service til vore læsere og for at det bliver lidt nemmere at relatere til, har jeg omregnet alle tal til km/t.

Forudsat en B737 er “normalt” lastet, banen er ca 3000 m lang og der eksisterer “normale” vejrforhold samt ingen specielle krav til ud flyvningen – så vil hastighederne typisk ligge på:

V1 240 km/t, Vr 260 km/t , V2 270 km/t. Vclean 390 km/t.

Stigehastigheden under 10.000 ft vil typisk være 465 km/t og over 10.000 ft (indtil vi overgår til at flyve på Mach no) 535 km/t

På en B737 er hastighedsrestriktionerne for “flap 1”,  425 km/t og “flap 5”, 415 km/t .

Det var tallene, lad os lige kigge på starten igen.

Flyet stiger i starten med 270 km/t og i ca 1000 ft højde sættes “climb power” (ofte gør flyet det automatisk) og vi accelerer til Vclean. Ved at accelerere til Vclean giver vi os en pæn buffer i forhold til ikke at overskride hastigheden for vore flaps. Det afhænger af en række faktorer, men typisk kan vi gå fra flap 5 til flap 1 så snart vi har en indikation på at hastigheden stiger (fra V2) og flap 1 til clean foregår typisk omkring 340- 390 kmt.  Når flaps er helt inde accelererer vi yderligere. Når vi trækker vore flaps ind mister vi en anelse opdrift – dette kan give et lille “sug” i maven  – man vil ofte også tydeligt kunne høre når vi skifter til climb power. Prøv at ligge mærke til dette næste gang du er ude at flyve – blot til info – så foregår det hele dog hurtigt efter start – det tager os typisk kun ca. 3 minutter fra at vi går i luften til at vi stiger med 465 km/t.

Når vi ikke længere benytter flaps kan vi accelerere yderligere – vi har dog ikke “frit valg”. Climb speed er ofte begrænset til 460 km/t under 10.000 ft – over 10.000 ft vil piloterne accelerere flyet yderligere til typisk omkring 535 km/t. Når flyet kommer længere op i højden, overgår man fra at flyve Indicated Air Speed (IAS) til “Mach NO” – dvs. en procentvis andel af lydens hastighed- typisk for en B737  Mach 0,77 – dvs. 77% af lydens hastighed. På rejsehøjden flyver en B737 typisk mach 0,77- 0,80 – og ofte vil vi nyde godt af meget stærke vinde (jetstreams). Det er ikke unormalt at vi har en hastighed over jorden (ground speed) på 8- 900 km/t.

Når vi er oppe på rejsehøjden opereres motorerne omkring 85% af deres maksimum og på en B737 i 37.000 ft er brændstof forbruget ca 20 liter i minuttet per motor. Det lyder måske af meget, men når man tager hastigheden i betragtning og antallet af mennesker vi har om bord er det ikke unormalt at vi opnår 50 km/ per liter/ per passager. Brug af flaps i højden vil være utænkeligt – og flaps bliver først brugt igen når vi påbegynder sidste del af indflyvningen – dvs. fra omkring 5000 ft og til at vi lander og opnår taxi speed.

Vi forsøger ofte at spare brændstof ved at lave en optimal anflyvning hvor vi nærmest “svæver” flyet ned. Det kræver ofte en del analyse, af både vejr og trafik og indgående kendskab til flyets operation, at kunne komme tæt på den optimale profil – og det vil ofte være her at den helt store forskel vil komme til udtryk på en relativ ny pilot på typen og så en erfaren pilot på typen.

Ved landing er vi ofte fokuseret på at reducere den efterfølgende taxi tid på jorden (igen er der fokus på økonomi) og alt efter lufthavnens layout kan man hurtigt spare 2- 3 minutter såfremt at vi kan nå at få flyet bragt ned til ”taxi speed” og nå at dreje af en af de mange ”high speed taxiways” der giver os kortere taxi distance. Lad os kigge på Kastrup som eksempel.

Som du sikkert er bekendt med så opkaldes baner efter deres retning – i Kastrup er der således banerne 22/04 L/R (left/ right) og 30/12. Hvis vi kigger på bane 22L – så vil man kunne spare en del taxi tid såfremt at man kunne nå exit ”B5” eller B4” – hvor i mod ruller man helt ned til B1, B2 eller B3 har man givet sig selv en ret lang ”tur”. Omvendt forholder det sig hvis man lander den anden retning (altså 04L/R) her giver det ikke ret mening at bremse flyet ned alt for tidligt – her vil det give langt mere mening for piloter at gå efter en af de sidste exits.

Stadig med? Godt.

Flaps er som sagt med til at give mere opdrift (for samme hastighed i forhold til en ren vinge – eller en mindre flap setting). Ved at anvende en meget høj flap setting f.eks. F40 på en B737 og kombineret med en stærk modvind og høj anvendelse af bremserne – så vil det være realistisk at opnå en af de tidlige exits ved landing på 22L. Touch down speed for F30 på en B737 er typisk omkring 260 km/t og for F40 240 km/t – og de 20 km/t kan gøre en forskel. Som med mange andre ting indenfor flyvning er det dog ikke altid helt ”straight forward” og man skal lige tænke sig lidt om. Ved at benytte F40 i forhold til F30 vil hastigheden på sidste del af anflyvningen være lavere (dvs. en anelse længere anflyvnings tid). Der ud over er der mere ”modstand” på flyet – hvilket medfører at motorerne opereres ved højere setting= højere brændstof forbrug. Dernæst er max hastigheden for F40 (igen på B737) 315 km/t i modsætning til F30 345 km/t. Den forskel er ikke hel uvæsentlig og i tilfælde af kraftig vind ændringer kan det være lidt tricky at kontrollere hastigheden, når vi skal bremse flyet ned under anflyvningen. Under stærke vind forhold vil man derfor normalt helt undlade at benytte F40 af hensyn til risiko for at ”overspeede” F40. Skulle en overspeed ske så skal flyet måske (alt efter graden af overskridelsen) igennem et mekaniker check før at det må flyve med passagerer igen – og alt efter destinationen kan det måske være en udfordring at få en mekaniker kaldt ud uden at det påvirker operationen og medfører forsinkelser i forhold til trafik programmet.

Det er klart at når der flyves med passagerer, så tager vi også hensyn til passager komforten. Som passager vil jeg mene at man ikke mærker forskel på en landing med F30 i forhold til F40 – men man vil i den grad kunne mærke når vi bremser ”MAX” i forhold til blødt. Bremsning af større fly sker ofte automatisk ved at man benytter en ”autobrake setting”. På B737 har man OFF, 1, 2, 3, MAX samt RTO. RTO benyttes kun i forbindelse med start og bag RTO gemmer sig ”Rejected TakeOff”. Skulle piloterne vælge at afbryde starten (altså Rejected TakeOff) sker dette typisk ved at kaptajnen resolut tager ”thrustlevers” (gassen) helt tilbage – det vil få flyets automatik til at give maximum styrke til bremserne og en række andre systemer vil hjælpe piloterne med at bremse flyet ned. Normalt under landing bruges autobrake setting  “2” eller “3” og det er kun i tilfælde af virkelig lange baner at “1” kommer i brug. OFF bruges ofte kun såfremt vores quick reference handbook (QRH) som vi benytter i tilfælde af uregelmæssigheder/ fejl på systemer  – anbefaler dette. MAX anvendes på korte baner og benyttes mig bekendt ikke med mindre der virkelig er god grund – det er ikke særlig behageligt – heller ikke for os ude foran. Ud over autobrakes har vi selvfølgelig ”manual brakes” (hvor piloten selv styrer bremserne). Da vi ofte taler om enorme kræfter og energi som ledes ud i bremserne, så har vi desuden grafer der viser os hvor lang tid vi har brug for at være på jorden for at bremserne er kølet ned igen.

Det kan være lidt en kunst at anvende autobrakes og manual brakes “passager venligt”. Autobrakes sørger for at flyet opnår en vis ”opbremsningsgrad” (decelerations factor) og på et tidspunkt mellem landingshastigheden på 260- 240 km/t og normal taxi speed på ca 20- 50 km/t så vil piloterne slå autobrakes fra og sørge for at manual braking resten af vejen. Måden vi slår manual braking til, er ved at ligge tryk på vores ”bremsepedaler” (rudder pedals) – det kræver dog et blidt men bestemt tryk. Ligger man for meget tryk, i forhold til hvad flyets autobrake system anvender, vil det måske føles som at man pludselig ”hænger i selen” og der kan også forekomme et lille “ryk”.

Når vi lander forsøger vi at lande ca 300 m (1000 ft) inde på banen, men der kan være en række faktorer der gør at vi ikke opnår touch down dette sted. Beslutningen om hvilken autobrake setting samt flap setting vi vil anvende er dog ud fra den betragtning, at vi opnår touch down det ”normale” sted. Landingen er i de fleste tilfælde en manuel manøvre og da alting sker meget hurtigt, så er det ikke altid at det liiiige går med kirurgisk præcision. At det ikke går som planlagt er dog langtfra det samme som at det ikke er sikkert. Såfremt det ikke er sikkert at gennemføre landingen (hvilket der er helt faste procedurer for), så vil vi foretage en afbrudt landing (go around) – og prøve igen. At lave en go around er en fuld kontrolleret manøvre – men da vi har ret mange ting vi skal sørge for at ændre – i forhold til at konfigurere flyet fra ”landings tilstand” til ”stige tilstand” og dernæst ”forhandle” med flyveledelsen (vi vil jo gerne undgå at skulle flyve det halve af Sjælland rundt før vi lander igen) – så er det typisk en manøvre, der ikke giver os megen tid til at lige sige et ”par ord” til vores passagerer de første par minutter. Der kan sågar være så megen trafik eller “ting at se til” – at vi slet ikke har mulighed for at sige noget før efter landing. Selvom en go around ikke er hverdags kost (med mindre man flyver indenrigs om vinteren i Norge) så er der nok stor forskel på hvordan piloterne oplever manøvren og så hvordan passagerne oplever dette.

Det var lidt en afstikker… tilbage til landingen der ikke liiiige går som planlagt. Forestil dig at vi har gjort klar til landing i Kastrup og at vi skal lande på bane 22L. Før vi påbegyndte nedstigningen og anflyvningen har vi på ”cruise” lavet en såkaldt ”approach briefing” – det er her vi som kollegaer studerer anflyvningen og tager de faktorer der er specielle for dagens flyvning ind i vore overvejelser – dernæst bliver vi enige om en “plan” for hvordan anflyvningen udføres.

Lad os sige vi har valgt at lande med F30 (det er en blæsende dag) og autobrake 3 på bane 22L. Da vi kommer få meter fra landingsbanen får vi et vindstød der pludselig giver os øget opdrift. Det medfører at flyet ”ikke vil lande” men i stedet svæver det videre – ingen panik! Vi kompenserer måske (nærmest instinktivt) med at tage lidt af gassen af, men det er ikke sikkert at ændringen af flyets hastigheden sker hurtigt nok til at vi forsat lander ”som planlagt” 1000 ft inde på banen. Vi lander måske 300 ft (100 meter) længere nede på banen end planlagt. 100 m lyder måske som af meget – men det er det ikke når man kommer med 260 km/t – (7 meter i sekundet). I Kastrup er der ikke noget ”farligt” ved dette, men i forhold til at nå den exit som vil give kortere taxi tid, så er det måske lige pludselig lidt “tight”. Det bygger på en vurderings sag (ofte kaptajnens) om hvorvidt det er realistisk at vi med manual brakes stadig kan nå at bremse flyet ned og nå den optimale exit. Når vi ikke den planlagte exit er det ingen katastrofe, der er masser af bane tilbage – men i en tid hvor der tit at pres på tidsplanen og økonomi- så vil man tit gøre et forsøg på stadig at nå den planlagte exit.  Ofte vil brugen af manual brakes i dette tilfælde være “løsningen”. I forhold til “opbremsning ved touch down” (Autobrake 3) så vil manual brakes i dette tilfælde føles som værende en del mere. Denne pludselige øgning af bremsningen er ikke farligt på nogen måde, men for en passager der i forvejen ikke er glad for at flyve kan dette måske virke en anelse ubehageligt.

Teoretisk ville man kunne have skiftet fra F30 til F40 og opnået lidt hjælp til opbremsningen, men dette ville kun gøre en forskel såfremt man allerede var oppe og anvende MAX bremser (vi er tilbage ved logikken bag autobrake). Der er også en række sikkerheds grunde til at man ikke vil ændre flap setting – så normalt vil man aldrig ændre på flap settingen fra touch down til taxi speed.

Når man taxier klar af banen vil man normalt trække flaps helt ind igen… undtagelsen er såfremt man har landet på en bane med en masse sne/ slud – her kan det være at vi vælger at taxi ind med en moderat flap setting (f.eks. 15) og at vi vælger at få efterset vores flaps, efter vi har lukket motorerne ned, inden vi trækker dem helt op igen.

Dette indlæg har forhåbentlig givet lidt en indsigt i hvordan flap anvendes og lidt omkring det operationelle indenfor flyvning. Det er måske specielt ved start og landing at man kan ”mærke” flyvningen, så ved at løfte sløret omkring hvad vi foretager os og ikke mindst HVORFOR, kan det måske være med til at skabe lidt ”ro” og måske derfor en bedre oplevelse for dem der er lidt nervøse for at flyve. Der ud over er der forhåbentlig nogen med interesse indenfor flyvning, der har fået lidt de kan prøve at “ligge mærke til” næste gang de er ude og flyve.

På vegne af spørg piloten og med venlig hilsen

Søren

Kommentarer

kommentarer