211service.com
Ciche lądowanie
O 1:00 w zimny październikowy poranek 2002 roku, John-Paul Clarke '91, SM '92, ScD '97, stał na wilgotnym polu w Floyds Knobs, IN, nasłuchując dwóch odrzutowców United Parcel Service, które ryczą do Louisville Międzynarodowe lotnisko. Pierwszym był lot w tradycyjnym, schodkowym wzorcu lądowania, w którym kilkakrotnie stopniowo zmniejszał wysokość przed osiągnięciem pasa startowego. Z miejsca, w którym stał Clarke, około 650 metrów niżej, hałas był wystarczająco głośny, aby obudzić drzemiących mieszkańców Floyds Knobs. Drugi samolot podążał 20 minut później, lecąc eksperymentalnym wzorcem zaprojektowanym przez profesora nadzwyczajnego aeronautyki i astronautyki: pozostawał na większej wysokości dłużej, zanim opadł na lotnisko, procedura, która przesuwa granice zarówno pokładowych systemów zarządzania lotem, jak i kontrolerów ruchu lotniczego . Nawet bez danych rejestrowanych przez znajdujący się obok niego sprzęt nagłaśniający Clarke wiedział, że jego procedura przebiegała znacznie ciszej. Naprawdę można było usłyszeć różnicę, wspomina.
Clarke był tylko jednym z siedmiu badaczy monitorujących tamtej nocy poziom hałasu samolotów w Floyds Knobs i kilku innych. Kiedy wszystkie dane zostały przeanalizowane, potwierdziły to, co podejrzewał: eksperymentalna procedura lądowania ograniczyła hałas na ziemi od trzech do sześciu decybeli, więcej niż wystarczająco, aby był zauważalny. Co więcej, samoloty lecące według procedury Clarke'a oszczędzały paliwo. Od czasu tych pierwszych testów zespół Clarke'a - kilku absolwentów aero-astro z MIT i kilkunastu badaczy z Boeinga, NASA Ames Research Center i NASA Langley Research Center - dopracował swój projekt, aby kontrolerzy ruchu lotniczego mogli zarządzać wieloma samolotami latającymi zgodnie z procedurą. w umiarkowanie dużym natężeniu ruchu. Tymczasem Clarke tworzy podobną procedurę dla lotniska Gatwick w Londynie w ramach inicjatywy Silent Aircraft Initiative Instytutu Cambridge-MIT. Jeśli Federalna Administracja Lotnictwa i brytyjskie Krajowe Służby Ruchu Lotniczego zatwierdzą projekty Clarke'a dla Louisville i Gatwick, zapewnią one bardzo potrzebną redukcję hałasu mieszkańcom Floyds Knobs i Londynu, a także przetrzą szlaki dla innych lotnisk zainteresowanych projektowaniem podobne ciche podejścia.
Ciche wyzwanie
Jako główne centrum sortowania przesyłek UPS, Louisville ma szczególnie trudny problem z hałasem. Każdego ranka we wczesnych godzinach porannych na lotnisku ląduje ponad 90 odrzutowców UPS. Walka z hałasem generowanym przez te samoloty była kosztowna; od 1991 roku władze portu lotniczego przeniosły ponad 1600 rodzin, kosztem ponad 180 milionów dolarów. Mimo to lotnisko nie może sobie pozwolić na przeniesienie wszystkich, których kiedykolwiek obudziły nadlatujące 767-ki. W 2000 roku James DeLong, ówczesny dyrektor generalny lotniska, przeczytał jeden z artykułów Clarke'a na temat wykonalności cichszych podejść do lądowania. Byłem pilotem i kiedy czytałem [artykuł Clarke'a], zrozumiałem, co próbował osiągnąć, wspomina DeLong, który od tego czasu przeszedł na emeryturę. Nie tylko miał ogromny potencjał [redukcji] hałasu, ale miał również potencjał do oszczędzania paliwa, miał potencjał, aby zwiększyć przepustowość lotnisk, więc była to korzystna dla obu stron, tak jak rozumiałem jego koncepcję. Dwa lata później zaprosił Clarke do zaprojektowania i przetestowania takiej procedury lądowania, która mogłaby być wykorzystywana przez istniejącą flotę UPS.
„Byłem w branży lotniskowej przez ponad 30 lat i doszedłem do wniosku, że najpoważniejszym pojedynczym problemem stojącym przed systemem lotnisk – co stanowi zagrożenie dla możliwości zaspokojenia przyszłego zapotrzebowania na podróże lotnicze – jest hałas”, mówi DeLong.
Idea nowego projektu, nazwana podejściem ciągłego opadania, jest zwodniczo prosta. Standardowa procedura lądowania to podejście stopniowe, w którym samoloty naprzemiennie kilkakrotnie obniżają się i wyrównują na przestrzeni około 50 kilometrów, zanim dotrą do pasa startowego. Wymaga to nie tylko dłuższego lotu na niższych wysokościach, gdzie więcej hałasu dociera do społeczności, ale także dodatkowej siły silników, aby utrzymać poziom samolotu, co powoduje jeszcze większy hałas. Ale plan Clarke'a zakładał, że samolot dłużej pozostanie na większej wysokości, a następnie zejdzie na lotnisko bez wyrównania.
Podczas opracowywania procedury zespół musiał zmierzyć się z szeregiem wyzwań. Clarke musiał się upewnić, że znacznie zmniejszy to hałas na ziemi, że będzie bezpieczny w różnych warunkach pogodowych, a kontrolerzy ruchu lotniczego będą w stanie obsłużyć wiele nadlatujących samolotów latających według nowego wzorca. Musisz upewnić się, że wszystkie cele i ograniczenia są widoczne w tym samym czasie, mówi Clarke. Nie możesz po prostu próbować zoptymalizować jednego tematu, ponieważ naruszysz inny.
Na początkowym etapie projektowania Clarke użył opracowanego przez siebie programu do symulacji hałasu, aby pomóc mu zdecydować, który fizyczny tor lotu będzie najcichszy. Program pozwala naukowcom określić dokładny kurs, jaki chcą, aby samolot latał, wraz z charakterystyką topograficzną i gęstością zaludnienia obszaru, nad którym przelatuje. Następnie program oblicza hałas, jaki samolot wytwarza na ziemi i liczbę osób nim dotkniętych. Po tym, jak Clarke przeanalizował kilka możliwych ścieżek, on i badacze z Boeing Commercial Airplanes użyli symulatora Boeinga, który zawiera wszystkie elementy wyposażenia kokpitu i elementy sterujące prawdziwego 767, aby stworzyć szczegółową procedurę pilotażową krok po kroku. Te sesje symulacyjne potwierdziły również, że samolot poradzi sobie z tą procedurą w różnych warunkach wiatrowych.
Sprawdzenie autentyczności
Bez względu na to, jak dobrze wygląda procedura w symulatorze, test w świecie rzeczywistym jest jedynym sposobem, aby sprawdzić, czy naprawdę działa. Przez osiem nocy na przełomie października i listopada 2002 roku Clarke, jego koledzy z MIT, badacze z Boeinga i NASA, dwóch pilotów, meteorolog z UPS i kontroler ruchu lotniczego z wieży kontrolnej w Louisville, monitorowali nocne loty pod kątem hałasu. Każdej nocy wybierali dwa samoloty UPS: jeden do wykonywania tradycyjnej procedury lądowania, a drugi do podejścia z ciągłym zniżaniem. Cztery lub pięć załóg zmierzających do Louisville otrzymało pakiety informacyjne opisujące procedurę przed startem. Gdy samoloty wzbiły się w powietrze, dwie załogi zostały powiadomione, że zostały wybrane do udziału. Wybraliśmy pilotów losowo i zasadniczo powiedzieliśmy im, hej, zamierzasz wykonać tę procedurę dziś wieczorem, mówi Clarke. Ta metoda potwierdziła, że UPS może wdrożyć tę procedurę bez konieczności przeprowadzania specjalnego szkolenia pilotów.
Następnie naukowcy z Boeinga, NASA i MIT udali się do siedmiu różnych lokalizacji w Floyds Knobs, które znajdowały się pod torem lotu, zabierając ze sobą sprzęt do pomiaru hałasu. Wjeżdżaliśmy na pola ludzi lub zjeżdżaliśmy z drogi i ustawialiśmy mikrofony, mówi Clarke. Czy był zdenerwowany, że zabieg może nie zmniejszyć hałasu zgodnie z planem? Nie, Clarke mówi z uśmiechem. Byłem zdenerwowany, że piloci będą dobrze nimi latać.
Clarke nie musiał się martwić; po przeanalizowaniu danych z testów zespół odkrył, że podejście ciągłego opadania zmniejszyło hałas z 69-70 decybeli do 62-63 decybeli. To znacząca ilość, biorąc pod uwagę, że redukcja hałasu o 3 decybeli jest zauważalna dla przeciętnej osoby, a redukcja o 10 decybeli jest odbierana jako o połowę cichsza. Naukowcy odkryli również, że samoloty lecące zgodnie z procedurą zaoszczędziły około 225 kilogramów paliwa.
Chociaż testy z 2002 r. zakończyły się sukcesem, należy wykonać więcej pracy, aby udowodnić, że procedura jest praktyczna w umiarkowanie intensywnym ruchu lotniczym. Gdy kilka samolotów ląduje szybko jeden po drugim, kontrolerzy ruchu lotniczego zazwyczaj wykorzystują prędkość samolotów, gdy wyrównują się, aby przybliżyć, jak daleko są od pasa startowego i od siebie nawzajem. Jednak samolot korzystający z podejścia ciągłego opadania nigdy nie leci poziomo, a jego prędkość stale spada. Jeśli wiele samolotów lata w ten sposób, kontrolerom ruchu lotniczego trudno jest przewidzieć, jak blisko siebie będą zbliżać się do pasa startowego. Procedura, którą Clarke zaprojektowała na potrzeby testu z 2002 roku, próbowała to uwzględnić, utrzymując możliwie stałą prędkość samolotów podczas początkowego zniżania, ale była testowana tylko przy małym natężeniu ruchu.
Jednak we wrześniu Clarke przetestuje tę procedurę przy umiarkowanym natężeniu ruchu. Opracowuje podejście, zgodnie z którym 20 samolotów UPS będzie latać po wejściu na lotnisko w ciągu dwóch minut od siebie. Clarke ma nadzieję, że ten test wykaże, że kontrolerzy ruchu lotniczego mogą zarządzać lądowaniem wielu samolotów przy użyciu nowego podejścia. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, zespół złoży wniosek do FAA o zatwierdzenie procedur z Louisville, co według szacunków Clarke'a może zająć mniej niż rok.
Ciche samoloty
W międzyczasie Clarke wnosi swoją wiedzę do interdyscyplinarnej inicjatywy cichych statków powietrznych Instytutu Cambridge-MIT, która została uruchomiona jesienią ubiegłego roku. Trzyletnia inicjatywa skupia naukowców z University of Cambridge i MIT, a także ekspertów z partnerów przemysłowych i rządowych, aby zaprojektować samolot tak cichy, że hałas byłby niezauważalny poza lotniskiem. Profesor aeronautyki i astronautyki Karen Willcox, SM '96, PhD '00, używa symulatora hałasu Clarke'a w swoich ocenach projektów eksperymentalnych zespołu.
Podczas gdy większość inżynierów biorących udział w inicjatywie będzie pracować nad nowym samolotem, Clarke skupi się na stworzeniu podejścia do ciągłego opadania dla istniejących samolotów komercyjnych na lotnisku Gatwick w Londynie. Zespół ma nadzieję przeprowadzić test w locie w 2005 roku i wdrożyć procedurę w Gatwick w 2006 roku.
Prace Clarke'a nad podejściem ciągłego opadania pomogą Silent Aircraft Initiative udowodnić, że jej praca pomoże gospodarce Wielkiej Brytanii – misja wspólna dla wszystkich wspólnych projektów badawczych CMI ( patrz Od Cambridge do Cambridge , MIT News, maj 2003 ). Cichsze procedury lądowania mogą przynieść duże korzyści ekonomiczne lotniskom, liniom lotniczym i społecznościom. Na przykład lotniska, w których obowiązuje godzina policyjna, mogą obsługiwać więcej lotów, zmniejszając w ten sposób problemy z zatłoczeniem i opóźnieniami, które ostatecznie prowadzą do wyższych kosztów operacyjnych linii lotniczych i cen biletów. W dłuższej perspektywie cichsze lądowania mogą pomóc złagodzić obawy społeczności związane z budową nowych pasów startowych. Dramatycznie cichszy samolot znacznie zwiększyłby liczbę lotów, które mogą przylatywać i wylatywać z lotnisk na całym świecie, ale jego realizacja zajmie dziesięciolecia. Opracowanie samolotu zajmuje 10 lat, a potem kolejne 15 lat, zanim znaczna ich liczba trafi do floty, mówi profesor aeronautyki i astronautyki Ian Waitz, który kieruje komponentem ekonomicznym inicjatywy. Ale operacje, w które zaangażowany jest J-P Clarke, te, rok lub dwa później, mogą wszystko zmienić.
Rzeczywiście, jeśli podejście Clarke'a zostanie zatwierdzone dla Louisville i Gatwick, mieszkańcy Floyds Knobs i Londynu mogą spodziewać się dużo zdrowszego snu w ciągu zaledwie kilku lat.