PERFORMANCE X FAR/RBAC 25/121

I- INTRODUÇÃO

"When things go very wrong, the last line of defense is the Aviator"
Unknown author

A motivação para este POST vem da necessidade de melhor compreendermos os “softwares” de desempenho de decolagem e de pouso. Atualmente, com a automação e implantação de novas tecnologias, a tendência tem sido uma mecanização dos procedimentos. Estes fatos têm afastado os pilotos da realidade, pois os levam a confiar nos “softwares” de desempenho, sem realmente conhecer os critérios da legislação e nem o desempenho de sua aeronave.

Aproveitamos para abordar  sobre o assunto que é a “bola da vez” nos EUA – O “RUNWAY OVERRUN”. Para mitigar os eventos de “runway overrun” o FAA criou um grupo de trabalho denominado TALPA - "Takeoff and Landing Performance Assessment".

Nas referências listamos os documentos mais atuais, resultantes dos trabalhos da TALPA.

Embora a maioria dos assuntos sejam aplicáveis a outras categorias de aeronaves, este POST focará nos aviões bimotores a jato, da Categoria Transporte, certificados pelo FAR/RBAC 25, operando de acordo com o FAR/RBAC 121.

II- SIGLAS E DEFINIÇÕES

1 - Siglas

AC – advisory circular (FAA)

AEO - all engines operating

AFElev – above field elevation

GA – go around

MTOW – maximum takeoff weight

OEI - one engine inoperative

RTO – rejected takeoff

SAFO – Safety Alert for Operators (FAA)

SOP – Standard Operacional Procedures

TALPA -Takeoff and Landing Performance Assessment

Vfr - flap retraction speed

Vmbe - minimum brake energy speed

Vmca - minimum control speed on the air

Vmcg - minimum control speed on the ground

Vr – takeoff rotation speed

2 - Definições

a- Velocidade

As velocidades operacionais são normalmente definidas em voos de testes, atendendo aos requisitos do FAR/RBAC 25. Os testes são “gravados” e comprovados junto às autoridades certificadoras.

V1 (decision speed) - é a velocidade onde, em caso de falha de motor, existe pista suficiente para continuar e efetuar a decolagem, ou efetuar uma RTO.

V2 (takeoff safety speed) – é a velocidade selecionada pelo fabricante de acordo com o FAR/RBAC 25. Essencialmente, é a velocidade que garante o gradiente de subida requerido pelo FAR/RBAC 121 e o controle da aeronave, quando com um motor inoperante e flapes de decolagem.

Vappclb (approach climb speed) - é a velocidade a ser usada em uma arremetida no ar, OEI, flapes aproximação e trem de pouso recolhido. A Vappclb pode provocar limitação no peso de pouso devido ao requisito mínimo de gradiente de subida.

Vef (engine failure speed) – é a velocidade na qual o motor crítico é assumido ficar inoperante. Não pode ser menor que a Vmcg.

Vfs (takeoff final segment speed) - é a velocidade a ser atingida e mantida durante o segmento final em uma decolagem com falha de motor, com trem e flapes recolhidos. Normalmente, esta velocidade objetiva o melhor ângulo de subida. Ela deve ser igual ou maior que 1.2 da Vs (ou 1.13 da Vs-1g).

Vlof (lift off speed) -  é a velocidade que permite que a aeronave decole sem bater a cauda no solo. A Vlof não pode ser menor que 1.10 da Vmu (AEO) ou 1.05 da Vmu (OEI) e nem maior que Vmax.tire (velocidade máxima dos pneus).

Vmu (minimum unstick speed) - é a velocidade mínima para que o profundor tenha força aerodinâmica para fazer a aeronave sair do solo com segurança e continuar a decolagem, sem apresentar riscos.

Vref (landing reference speed) - é a velocidade mínima de aproximação na configuração de pouso. Nos critérios de performance da FAR 25 é a velocidade mínima de cruzamento da cabeceira da pista de pouso, a 50 pés.

Vs – (stall speed) – a velocidade de estol é determinada de acordo com os critérios definidos no FAR/RBAC 25 e é uma das referências para a definição da maioria das velocidades operacionais.

Vs-1g – O FAR/RBAC 25 padronizou que a velocidade de estol, referência para definição de outras velocidades, deve ser obtida com o fator de carga de 1 G.

A Vs-1g é uma das referências para a definição da V2, Vfs, Vref, Vappclb.

b- Pista

All engines takeoff distance – é a distância desde o início da corrida de decolagem até que seja atingida a altura de 35 pés AFElev, com AEO e potência de decolagem.

LD (landing distance) – é a distância calculada para o pouso. Inclui a distância voada pelo avião desde o momento que cruza a cabeceira da pista, a 50 pés, até o ponto em que o trem principal toca na pista (air distance) e a corrida após o toque na pista até a parada total do avião.

LDA (landing distance available) - é o comprimento declarado estar disponível e adequado para o pouso.

AGD (accelerate-go distance) - é a distância percorrida desde o início da decolagem, ter uma falha do motor crítico na Vef, e continuar a decolagem com o motor remanescente até uma atingir a V2 a 35 pés de altura.

ASD (accelerate-stop distance) - é a maior das distâncias abaixo:

- Distância requerida para acelerar até a V1 com AEO, continuar acelerando por mais 2 segundos, e desacelerar até uma parada completa, com todos os motores operando, ou

- Distância requerida para acelerar até a Vef com AEO, então acelerar até a V1 com OEI, continuar acelerando por mais segundos, e desacelerar até uma parada completa com o OEI.

Critérios:

-       Na desaceleração é considerado o uso do freio máximo manual e “speedbrakes” estendidos;

-       O uso dos reversores não deve ser considerado com pista seca, mas pode ser considerado com pista molhada (a critério do requerente).

Balanced field lenght - e quando a distância do ASD é igual à distância do AGD.

Clearway - é uma área livre, além do final da pista, que pode ser usada nos cálculos de decolagem. O requisito permite que a aeronave atinja os 35 pés sobre a “clearway”, desde que a Vlof ocorra sobre a pista.

-       Para ser considerada “clearway” a área deve ser controlada pela autoridade competente e atender aos demais requisitos da legislação.

Stopway - é uma área, no prolongamento da pista, capaz de suportar a aeronave sem lhe causar dano.
A “stopway” deve ser tão larga (ou mais) quanto a pista, estar no prolongamento e rumo da pista e ser designada pela autoridade competente para uso em caso de RTO.

TORA (takeoff runway available) - é o comprimento da pista sem incluir a “stopway” ou “clearway”.

ASDA (accelerate stop distance available) - é a TORA mais a “stopway”.

TODA (takeoff distance available) - é o TORA mais a “clearway”.

Nota – nesta definição, se o aeródromo possuir “stopway” e “clearway”, estas áreas serão consideradas “clearway”.

Unbalanced Field Lenght - quando são consideradas uma “clearway” e/ou uma “stopway”, a ASD e a AGD não ficam equilibradas e dizemos que a pista não está balanceada.

Dry runway – a pista está “dry” quando não se enquadra na definição de “wet” e nem de “contaminated”. Por exemplo, se 25% ou menos da superfície utilizável da pista estiver com geada, neve, etc, ela é considerada seca.

Wet Runway – a pista está “wet” quando não se enquadrar na definição de “dry” e nem “contaminated”, e:

- Mais que 25% da superfície utilizável da pista está coberto com humidade visível ou água.  

Contaminated runway - a pista é considerada contaminada quando mais de 25% da superfície utilizável da pista está coberta por água (profundidade maior que 3 mm), ou por: frost, dry snow, wet snow, compacted snow, slush (neve derretida), ice ou wet ice.

Nota: veja a AC 25-32 para definição destes contaminantes.

Pista fatorada – de acordo com o FAR/RBAC 121, a pista está fatorada quando:

Dry: a LD for 60% ou menos da LDA.

Wet: o resultado da LD dry + 15% for 60% ou menos da LDA.

Nota: Estes são requisitos da FAR/RBAC 121 para que o voo possa ser despachado. Porém, ao chegar no destino, os critérios são outros.

c- Segmentos de Decolagem

O FAR/RBAC 25 define as fases de uma decolagem com falha de motor em 4 segmentos e estabelece um gradiente de subida mínimo para cada segmento. Os “softwares” de análise de decolagem ajustam o peso da decolagem para contemplar estes gradientes e os obstáculos localizados no setor de decolagem, como definido pelo FAR/RBAC 121.

Primeiro segmento - vai desde 35 pés AFElev até a retração completa do trem de pouso.

Critérios:

- V2, motor crítico falhado, potência de decolagem e flapes de decolagem.

Segundo segmento - vai desde a retração completa do trem de pouso até a altura onde a velocidade da aeronave é acelerada para o recolhimento dos flapes (acceleration altitude).

Critérios para a definição da “acceleration altitude”:

- Altitude mínima de 400 pés AFElev (ANAC e FAA) ou mais alta em função de obstáculo no setor de decolagem;

- Manutenção da potência e flapes de decolagem durante o segundo segmento.

Terceiro segmento - vai desde o final do segundo segmento até a aeronave atingir a configuração lisa e a Vfs.

Critérios: potência de decolagem, motor crítico falhado

Segmento final - também chamado de quarto segmento, vai desde o ponto em que a aeronave é limpa e atinge a Vfs até 1500 pés AFElev.

Nota: a potência de decolagem é reduzida para MCT (maximum contínuos thrust) durante o quarto segmento.

III- ANÁLISE DE CASOS

“A mente que se abre a uma nova ideia jamais voltará ao seu tamanho normal”

Albert Einstein.

Neste capítulo, para motivar a leitura, apresentaremos alguns casos, dúvidas e os comentários pertinentes, apoiados nas referências abaixo citadas:

- FAR/RBAC 25: emite os requisitos para um fabricante construir e certificar uma aeronave da categoria Transporte.

- FAR/RBAC 121: especifica os requisitos a serem seguidos pelos Operadores de Empresa de Transporte Aéreo (certificado ETA).

- TALPA (FAA): grupo que se propõe a os reduzir o risco de “runway overruns”.

Primeiro caso:

Cenário: 
O voo foi despachado para um destino com uma LDA de 1320 metros.

Dúvidas:

- No despacho do avião, qual o percentual da LDA deve ser considerado para os cálculos de peso máximo de pouso?

- Durante o voo, caso ocorra alguma modificação nas condições, e a “landing distance” seja maior que a despachada, o piloto é obrigado (legalmente) a seguir para um aeródromo adequado?

- E se a pista estiver “wet”?

- E se a pista estiver “contaminated”?

Comentários:

O primeiro ponto a enfatizar é que existe uma diferença fundamental entre o despacho do voo e a decisão operacional de pousar.

Quando o voo é despachado, a LD tem que ser fatorada e o resultado deve ser menor que a LDA.

Nota: fatorar, de acordo com o FAR/RBAC 121, é calcular que a LD seja de no máximo 60% da LDA.

Na prática, para saber se o avião pode ser despachado para uma pista “dry”, multiplicamos a LD calculada por 1.67. O resultado tem que ser igual ou menor que a LDA.

No entanto, na hora do pouso, as regras do despacho não se aplicam e a decisão de pousar é do comandante.

Legalmente, ele não tem que seguir os critérios utilizados para o despacho do voo.

Podem ter ocorrido alterações no peso de pouso, nas condições ambientais, na pista em uso, ou falha de algum sistema.

Cabe ao comandante, através de uma “operacional decision make”, decidir se é seguro pousar.

A pista, no destino, está WET !

Ao despachar o avião para uma pista WET, pelo FAR/RBAC 121, a LD planejada para pista seca tem que ser aumentada em 15%.

Neste caso, antes de fatorar a pista, multiplicamos a LD calculada para “dry” por 1.15.

Na prática, para saber se o avião pode ser despachado para uma pista “wet”, multiplicamos a LD calculada para pista "dry" por 1.92. O resultado tem que ser igual ou menor que a LDA.

De novo, ao chegar no destino, caso as condições tenham se alterado, cabe ao comandante decidir se vai pousar ou seguir para uma alternativa mais favorável.

Nota: Os “softwares” de pouso e decolagem, normalmente, contemplam a opção de cálculo da performance de pouso quando a pista estiver molhada.

A pista, no destino, está CONTAMINATED !

O FAR/RBAC 121 não regula critérios para o despacho do voo, caso exista previsão da pista estar contaminada ou escorregadia. Na chegada, caso a pista esteja contaminada ou escorregadia, é problema do comandante calcular e decidir se vai pousar.
Esta tem sido uma recorrente causa de "runway overrun".

Ações em curso para apoiar os pilotos nesta decisão e minimizar os "runway overrun":

- TALPA: visa reduzir os riscos de “runway overrun”, fornecendo aos aeroportos um método para se calcular, com precisão, as condições da pista quando o pavimento não estiver seco (já efetivo nos EUA nos aeroportos selecionados pelo governo).

 Esta informação capacitará operadores, pilotos e despachantes de voo a determinar a distância requerida para parar a aeronave, quando a pista estiver contaminada ou molhada.

- SAFO e AC (ver Referências no final): estes documentos, emitidos pelo FAA, recomendam que os operadores de “turbojets” desenvolvam procedimentos visando a avaliação, pelos pilotos, baseado nas condições reais na hora do pouso.

- Os fabricantes, normalmente, fornecem informações que possibilitam o cálculo da LD, em função dos diversos tipos de contaminação da pista.

Notas:

(1) - O FAA recomenda uma margem de segurança, de pelo menos 15%, a ser adicionada sobre a LD calculada com as informações do fabricante. Esta recomendação baseia-se na premissa de que um voo de teste, usado para obter as informações, não é um voo típico de uma Linha Aérea.

(2) - Alguns aeroportos têm regras definidas proibindo o pouso com pista contaminada.

Segundo caso:

Cenário: 
O piloto foi informado pelo DOV que a pista não estava balanceada.

Dúvidas:

- O que significa “unbalanced field”?

Comentários:

Se o aeródromo possuir uma “stopway”, a distância de parada em caso de uma RTO é aumentada. Este procedimento permite uma decolagem com mais peso, pois a “stopway” pode ser usada em caso de uma RTO.

Se o aeródromo possuir uma “clearway”, o ponto onde a aeronave deve atingir os 35 pés pode ser sobre a “clearway”. Este procedimento também permite uma decolagem com mais peso.

Em ambos os casos, dizemos que o comprimento da pista e a V1 estão UNBALANCED.

Como regra geral, a V1 com “clearway” será mais baixa que a V1 “balanced” e a V1  com “stopway” será mais alta que a V1 “balanced”.

Terceiro caso

Cenário: 
Decolagem com a MTOW, limitado pelo comprimento da pista.

Dúvidas:

- Existe margem de segurança, caso uma RTO seja efetuada na V1?

- O que pode ocorrer se o piloto decidir prosseguir na DEP, caso ocorra uma falha antes da V1?

- O que pode ocorrer se o piloto decidir efetuar uma RTO acima da V1?

- A V1 pode variar, para mais ou para menos?

- E se a pista estiver “wet”?

- E se a pista estiver “contaminated”?

- A posição calculada e ajustada no estabilizador, antes da DEP, para que serve?

Comentários:

Quando decolando com MTOW para a pista, existe muito pouca margem de segurança para a realização de uma RTO. Isso significa, que caso uma RTO seja efetuada na V1, provavelmente será utilizada toda a pista disponível para parar a aeronave.

Com MTOW para a pista, se a RTO for iniciada acima da V1, existe grande chance de “varar” a pista.

Por outro lado, se prosseguir na DEP com OEI ocorrido antes da V1, principalmente se for antes da Vef, pode haver dificuldade no controle da aeronave e existe a possibilidade do avião não decolar até o final da pista, ou mesmo não cumprir o perfil da decolagem com OEI (cruzar a cabeceira oposta a 35 pés AFElev e na V2).

Sobre a redução ou aumento da V1:

Os “softwares” atuais permitem a variação da V1 para melhorar as condições na DEP.

- Decolando de uma pista curta, por exemplo, ela pode ser reduzida até a V1 mínima para permitir uma RTO mais segura. A V1 mínima permite que, em caso de RTO, a aeronave seja parada antes do final da pista. Se a decisão for de prosseguir, com falha na V1, a aeronave deve atingir a altura de 35 pés no final da pista.

- Caso a decolagem seja efetuada em uma pista longa, a V1 pode ser aumentada até a V1 máxima para possibilitar maior controle ao prosseguir na decolagem após uma falha de motor. A V1 máxima tem a vantagem de permitir que, em caso de falha de motor, a altura de 35 pés seja atingida antes do final da pista, mas em caso de RTO, a aeronave vai parar no final da pista.

Em ambos os casos o peso máximo de decolagem pode ser penalizado.

Nota: embora alguns “softwares” contemplem a variação da V1, esta função é normalmente bloqueada aos pilotos pela Empresa.

- E se a pista estiver “wet”? - E se a pista estiver “contaminated”?

Os “softwares” atuais possuem a opção pela pista “wet”, porém normalmente não contemplam a pista contaminada.

Trim: a posição calculada e ajustada no estabilizador, antes da DEP, objetiva que a aeronave esteja “trimada” para a V2 e monomotor.

Quarto caso

Cenário:

A decolagem está sendo efetuada em um aeródromo com obstáculos, em condições IMC. Ao rodar a análise de pista, o piloto observou que ele estava com o peso limitado devido “climb” no segundo segmento.

Dúvidas:

- Se ocorrer um monomotor, a trajetória de decolagem está protegida dos obstáculos?

- Qual o gradiente de subida mínimo nos segmentos da decolagem?

- Se o piloto efetuar uma curva, na V2, este gradiente vai ser penalizado?

- Na V2, qual a inclinação máxima para não prejudicar o controle do avião?

Comentários:

As análises de decolagem consideram os obstáculos localizados no setor de decolagem, como definido pelo FAR/RBAC 121.

Exceto em situações analisadas e aprovados, caso tenha um monomotor, em condições IMC e com obstáculos, o piloto deve manter o eixo da pista o mais preciso possível, para evitar sair da área protegida e para manter o gradiente de subida.

Os segmentos de decolagem foram criados para definir gradientes de subida na decolagem em caso de falha de motor.

Gradientes mínimos em caso de falha de motor na decolagem:

- Primeiro segmento: gradiente positivo;

- Segundo segmento: 2.4%;

- Terceiro segmento, aceleração, o gradiente não pode ser negativo;

- Quarto Segmento (final): 1.2%.

Notas:

- O quarto segmento termina a 1500 pés AFElev, encerrando o perfil de decolagem.

Estes gradientes consideram as asas niveladas (ou com pequenas variações). Caso o piloto execute uma curva na V2, o controle e a manobra do avião estão garantidos até 15 graus de inclinação, mas a razão de subida será penalizada.

- Terminada a fase de decolagem, caso o perfil da SID não possa ser cumprido devido a obstáculos, ou por outro motivo, devem ser desenvolvidos procedimentos de contingência que forneçam aos pilotos instruções a serem seguidas.

IV – CONCLUSÃO

Reforçando as observações da Introdução deste POST:

É fundamental que os pilotos compreendam os “softwares” de performance utilizados, bem como os requisitos neles inseridos.

Em relação à operação em pistas contaminados, existem vários estudos e procedimentos efetivados e em processo de implantação. Neste sentido, é urgente a necessidade dos operadores desenvolverem um método preciso e consistente de determinar a “landing distance”, quando a pista não estiver seca.

V - Referências

- AC 25-32 (FAA) – Ldg. Perf. Data for Time-of-Arrival Ldg. Perf. Assessment (22/12/15)

- AC 91-79A – Mitigating the Risks of a Runway Overrun Upon Landing (28/04/2016)

- SAFO 16009 (FAA) – Runway Assessment and Condition Reporting (15/08/2016)

- SAFO 06012 (FAA) – Landing Performance Assessment at Time of Arrival (31/08/2016)
- FAA TV - Landing Distance Assessment.

Happy  dry, wet and contaminated landings.