Wie erhöht eine frühe Rotation die Wahrscheinlichkeit eines Heckschlags beim Start?

Bei der Vorbereitung auf einen Flug berechnen Piloten viele Dinge, einschließlich ihrer Rotationsgeschwindigkeit. Dies ist die Geschwindigkeit in ihrem Startlauf, bei der sie beginnen, sich aufzurichten, und hoffentlich hebt das Flugzeug vom Boden ab . Die Rotationsgeschwindigkeit ist von vielen Faktoren wie Temperatur, Höhe und Flugzeuggewicht abhängig.

Meine Antwort hier behandelt die Auftriebsberechnungen in Bezug auf die Rotation. Diese Frage befasste sich mit der Bedeutung der Geschwindigkeit im Zusammenhang mit dem Gewicht. Es wird mehr Geschwindigkeit benötigt, um den Auftrieb zu erzeugen, um mit einem höheren Gewicht abzuheben.

Wenn sich das Flugzeug dreht, erhöht es den Anstellwinkel des Flügels, was den Auftriebskoeffizienten erhöht (wenn der Flügel nicht abgewürgt wird). Die Piloten neigen sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit und hören nicht auf, bis sie eine Steigfluglage erreichen, die höher ist als möglich, wenn das Hauptfahrwerk noch am Boden ist ( obwohl dies von der Unternehmenspolitik abhängen kann ). Sie verlassen sich darauf, dass das Flugzeug während der Drehung genügend Auftrieb erhält, um den Boden zu verlassen, damit sie in der Luft diese maximale Neigung passieren.

Wenn Piloten ihr Gewicht unterschätzen, berechnen sie eine niedrigere Geschwindigkeit, als für den Auftrieb zum Start erforderlich ist. Das bedeutet, dass das Flugzeug beim Rotieren noch nicht genug Fluggeschwindigkeit hat, um genügend Auftrieb zum Abheben zu erzeugen. Anstatt den Boden zu verlassen, bevor er vollständig aufgerichtet ist, trifft das Heck auf die Landebahn.

Es mag wie ein einfacher Fehler erscheinen, aber Tausende von Piloten machen es jeden Tag ohne Probleme.

Wenn Sie zu früh rotieren (d. h. mit zu geringer Fluggeschwindigkeit), muss das Flugzeug eine höhere Fluglage als erwartet erreichen, bevor es von der Landebahn abhebt.

Dies bedeutet, dass das Flugzeug näher an der Landebahn sein wird als erwartet, ausgehend von der Position, in der es normalerweise abgehoben hätte.

Wenn es also eine Lage erreicht, in der das Heck niedriger als das Hauptfahrwerk ist (was normalerweise während des Steigflugs passieren sollte), ist es möglicherweise noch nicht weit genug über der Landebahn, dass genug Platz für das Heck unter einer horizontalen Ebene vorhanden ist durch die Unterseite der Räder.

Die Aerodynamik (die Gesetze der Physik) schreibt vor, dass ein Flügel, wenn er „Auftrieb“ erzeugt, zwangsläufig auch „Widerstand“ erzeugt. Es ist nicht schwer, sich vorzustellen, dass eine Kraft erzeugt wird, wenn sich ein Flügel durch die Luft bewegt. Geht man noch einen Schritt weiter, ist die vertikal nach oben gerichtete Komponente der Auftrieb und die horizontal nach hinten gerichtete Komponente der Luftwiderstand.

Obwohl diese Kräfte in dem Moment aktiv sind, in dem eine Vorwärtsbewegung durch die Luft stattfindet, werden die Flugsteuerungen großer Düsenflugzeuge bei etwa 60 kts aerodynamisch wirksam, die minimal akzeptable Wirksamkeit der Steuerungen während des Fluges wird als erreicht angesehen bei einer Mindestgeschwindigkeit von etwa 110 bis 120 kts und darüber. (darunter sind noch Lenkung und Bremsen enthalten!)

If the pilots erroneously use speeds based on a lower weight than the actual weight, the ability of the airplane to get the nose up using normally expected control forces is compromised as the airflow over the wings is not producing the required lift (yet), and elevator control effectiveness is also lower, nevertheless whatever lift is being produced does cause the nose to rise. Now the scenario is that, from a frontal viewpoint, far more wing area is being presented to the air because the airplane continues to roll on it's wheels rather than starting to get airborne. This results in a larger portion of the already low (due to low speed) aerodynamic force remaining in the direction of the drag component which naturally impedes acceleration thereby keeping it below the correct rotation speed for even longer.

The early rotation can be visualized as a wing mushing through the air and churning it up rather than flying through it in a streamlined manner with a relatively smooth airflow all around.

Now the angle of attack of the wing (~ pitch) has has to be increased still further to produce enough lift to counter the twin effects of insufficient lift due to lower speed, as well as higher drag component. The airplane runs the risk of getting airborne in a high angle of attack high drag configuration seeking even higher pitch - so all around there's a tendency for high pitch and the possibility of a tail strike.

In the earliest days of jetliners, many went off the end of the runway, getting caught out by the compounding of these 2 effects and engine thrust limitations. Those accidents signaled the need for clearcut requirements by the regulations, of take-off calculations based on performance requirements.

Die Leistungsberechnungen haben einige eingebaute Spielräume, sodass die Wahrscheinlichkeit eines Heckschlags geringer ist, wenn sie die Geschwindigkeiten für beispielsweise 202 Tonnen statt 220 Tonnen berechnet haben, als wenn sie Geschwindigkeiten für 230 Tonnen anstelle von 320 Tonnen verwendet haben.

Seien Sie sich darüber im Klaren, dass es beim Startverfahren und der Technik kein subjektives Element gibt. Um die gesetzlich vorgeschriebene Startleistung zu erreichen, werden die Schubeinstellung und die Geschwindigkeiten aus genehmigten veröffentlichten Daten berechnet und dies gilt nur, wenn das Flugzeug wie im Buch beschrieben betrieben wird.

Grobe Fehler wie falsche Gewichte können nur durch Kontrollen und Gegenkontrollen in jeder Phase verhindert werden.