13)

Afsnit 2.7.13, »Udformning af flyvevejssegmenter« affattes således: »2.7.13. Udformning af flyvevejssegmenter Hver enkelt flyvevej skal bestemmes ud fra en række segmentkoordinater (knudepunkter) og flyveparametre. For det første bestemmes koordinaterne for segmenterne for sporet på jorden. Dernæst beregnes flyveprofilen med øje for, at profilen ved en bestemt række af procedurer afhænger af sporet på jorden. F.eks. er flyets stigningshastighed mindre ved drej end ved ligeudflyvning ved samme kraft og hastighed. Derefter foretages en opdeling af segmenterne for luftfartøjet på banen (start- eller landingsrullestrækningen) og for luftfartøjet i nærheden af banen (indledende stigning eller endelig indflyvning). Herefter bør luftbårne segmenter med betydelige forskelle i hastigheder ved start- og slutpunkterne opdeles i delsegmenter. De todimensionale koordinater for segmenterne for sporet på jorden (*) fastlægges og sammenlægges med den todimensionelle flyveprofil for at konstruere de tredimensionale flyvevejssegmenter. Endelig fjernes alle punkter på flyvevejen, der ligger for tæt på hinanden. Flyveprofil De parametre, der beskriver hvert segment i flyveprofilen ved segmentets start (endelse 1) og slutpunkt (endelse 2), er: s1, s2 afstanden langs sporet på jorden z1, z2 flyets højde V1 , V2 hastighed ved jorden P1 , P2 støjrelateret effektparameter (svarende til det parameter, NPD-kurverne defineres ud fra) og ε1, ε 2 krængningsvinkel. For at udforme en flyveprofil ud fra en række procedurer (syntese af flyvevej) udformes segmenterne i rækkefølge for at opnå de nødvendige forhold ved slutpunkterne. Slutpunktsparametrene for hvert segment bliver til startpunktparametrene for det næste segment. Ved alle beregninger af segmenterne er parametrene kendt fra starten, og de nødvendige forhold ved slutningen bestemmes af den pågældende procedure. De enkelte procedurer er enten bestemt ud fra ANP-standarderne eller af brugeren (f.eks. i flyets flyvemanualer). Slutforholdene er som regel højde og hastighed, og udformningen af profilen har til formål at bestemme den sporafstand, der tilbagelægges for at opnå disse forhold. De ubestemte parametre bestemmes gennem beregninger af flyvepræstationer, hvilket er beskrevet i bilag B. Hvis sporet på jorden er lige, kan profilpunkterne og de tilhørende flyveparametre bestemmes uafhængigt af sporet på jorden (krængningsvinklen er altid nul). Spor på jorden er imidlertid sjældent lige. De indeholder som regel drej, og for at opnå de bedste resultater er det nødvendigt at tage højde for dem i udregningen af den todimensionelle flyveprofil og om nødvendigt dele profilsegmenterne op ved knudepunkter i sporet på jorden for at indsætte ændringer i krængningsvinklen. Som regel er længden af det næste segment ukendt fra starten, og der foretages en foreløbig udregning under antagelse af en uændret af krængningsvinkel. Hvis det viser sig, at det foreløbige segment strækker sig over et eller flere knudepunkter i sporet på jorden (det første ved s, dvs. s1 < s < s2 ), afkortes segmentet ved s, og parametrene beregnes der ved interpolation (se nedenfor). Disse parametre bliver slutpunktsparametrene for det nuværende segment og startpunktsparametrene for et nyt segment, som stadig har de samme slutforhold som mål. Hvis der ikke er et intervenerende knudepunkt i sporet på jorden, bekræftes det foreløbige segment. Hvis der ses bort fra indvirkningen af drej på flyveprofilen, vedtages proceduren med ligeudflyvning og et enkelt segment, selv om oplysningerne om krængningsvinklen bibeholdes med henblik på efterfølgende anvendelse. Uanset om indvirkningen af drej modelleres fuldt ud eller ej, genereres hver enkelt tredimensionel flyvevej ved at lægge dens todimensionelle flyveprofil sammen med dens todimensionelle spor på jorden. Resultatet er en række koordinatsæt (x,y,z), som enten er et knudepunkt på det segmenterede spor på jorden, et knudepunkt på flyveprofilen eller begge dele. Profilpunkterne ledsages af de tilsvarende værdier for højde z, hastighed ved jorden V, krængningsvinkel ε og motoreffekt P. For et punkt på sporet (x,y), som ligger mellem slutpunkterne i et flyveprofilsegment, interpoleres flyveparametrene som følger: z = z1 + f ·(z2 – z1) (2.7.3) (2.7.4) ε = ε1 + f · (ε2 - ε1) (2.7.5) (2.7.6) hvor: f = (s - s1)/(s2 - s1) (2.7.7) Bemærk, at z og ε antages at variere lineært med afstanden, mens V og P antages at variere lineært med tiden (dvs. konstant acceleration (**)). Når man parrer flyveprofilsegmenter med radardata (analyse af en flyvevej) beregnes alle slutpunktsafstande, højder, hastigheder og krængningsvinkler direkte fra dataene, og kun effektindstillingerne skal beregnes ved hjælp af præstationsligningerne. Dette er som regel ret enkelt, da koordinaterne for sporet på jorden og flyveprofilen kan parres tilsvarende. Startrullestrækning Ved start, når et fly accelererer mellem punktet for løsning af bremser (benævnes også startpunkt, SOR) og punktet for lift-off, ændrer hastigheden sig voldsomt i løbet af en afstand på 1 500-2 500 m fra nul til mellem ca. 80 og 100 m/s. Startrullestrækningen er derfor opdelt i segmenter med variable længder, hvor flyets hastighed ændrer sig med en bestemt tilvækst ΔV på maksimalt 10 m/s (ca. 20 knob). Selv om accelerationen reelt set varierer under startrullestrækningen, er det hensigtsmæssigt at antage en konstant acceleration til dette formål. I dette tilfælde for startfasen er V1 den indledende hastighed, V2 starthastigheden, nTO startsegmentets nummer og sTO den ækvivalente startdistance. For den ækvivalente startdistance sTO (se bilag B), starthastighed V1, starthastighed VTO er antallet nTO af segmenter for startrullestrækningen nTO = int (1 + (V TO - V1) /10) (2.7.8) og dermed er ændringen i hastighed langs et segment ΔV = VTO/nTO (2.7.9) og tiden Δt for hvert segment er (under antagelse af konstant acceleration) (2.7.10) Længden sTO,k af segment k (1≤ k ≤nTO) i startrullestrækningen er dermed: (2.7.11) Eksempler: For en startdistance sTO = 1 600 m, V1= 0 m/s og V2 =75 m/s, giver dette nTO = 8 segmenter med længder på mellem 25 og 375 meter (se figur 2.7.g): Ligesom ved hastighedsændringer ændrer flyets reaktionseffekt sig i løbet af hvert segment med en konstant stigning ΔP, der beregnes som ΔP = (PTO - Pinit) / nTO (2.7.12) hvor PTO og P begynd angiver henholdsvis flyets reaktionseffekt ved punktet for lift-off og flyets reaktionseffekt ved begyndelsen af startrullestrækningen. Ved at anvende denne konstante kraftstigning (i stedet for at anvende ligning 2.7.6 for den kvadratiske form) sigter man mod at fastholde det lineære forhold mellem reaktionseffekt og hastighed for et fly med jetmotor. Vigtigt: I ovenstående ligninger og eksempler går man implicit ud fra, at luftfartøjets starthastighed ved begyndelsen af startfasen er nul. Dette afspejler den almindelige situation, hvor luftfartøjet begynder at rulle og accelererer, når bremserne løsnes. Men der findes også situationer, hvor luftfartøjet kan begynde at accelerere fra sin taxiing-hastighed uden at standse op ved begyndelsen af banen. I dette tilfælde med en begyndelseshastighed, der ikke er lig nul Vbegynd , skal følgende »generelle« ligninger anvendes i stedet for ligning 2.7.8, 2.7.9. 2.7.10 og 2.7.11. (2.7.13) I dette tilfælde er V1 begyndelseshastigheden Vinit i startfasen, V2 er starthastigheden VTO , n er nummeret på startsegment nTO , s er den tilsvarende startdistance sTO og sk er længden sTO,k i segment k (1 [symbol] k [symbol] n). Landingsrullestrækningen Selv om landingsrullestrækningen i bund og grund er det modsatte af startrullestrækningen, skal der tages særlig højde for — reverseringstrækkraft, som nogle gange anvendes til at decelerere flyet og — fly, der forlader banen efter deceleration (fly, der forlader banen, bidrager ikke længere til luftstøjen, da der ses bort fra støj fra taxiing). Modsat startrullestrækningens distance, som bestemmes ud fra flyets præstationsparametre, afhænger stopafstanden sstop (dvs. afstanden fra landingen til det punkt, hvor flyet forlader banen) ikke udelukkende af flyet. Selv om der kan estimeres en minimumsstopafstand ud fra flyets masse og præstationer (og tilgængelig reverseringstrækkraft), afhænger den reelle stopafstand desuden af placeringen af rullebanerne, den trafikale situation og af den pågældende lufthavns regler om brug af reverseringstrækkraft. Brug af reverseringstrækkraft er ikke en standardprocedure, men anvendes udelukkende, hvis den nødvendige deceleration ikke kan opnås ved hjælp af hjulbremserne. (Reverseringstrækkraft kan være ualmindeligt forstyrrende, da en hurtig ændring af motoreffekten fra tomgang til reversering medfører et pludseligt støjudbrud). De fleste baner bruges imidlertid både til start og landing, og dermed har reverseringstrækkraft en meget lille indvirkning på støjkonturerne, da den totale lydenergi i nærheden af banen er domineret af støjen fra startoperationer. Reverseringstrækkraftens bidrag til konturerne er ofte kun væsentlig, når banen udelukkende anvendes til landing. Støj fra reverseringstrækkraft en yderst kompliceret fysisk proces, men på grund af dens relativt lille betydning for luftstøjkonturerne kan den modelleres på en enkelt måde, og ved hjælp af en passende segmentering kan der tages højde for den hurtige ændring i motoreffekt. Det er klart, at det er knap så ligetil at modellere støjen fra landingsrullestrækningen end fra startrullestrækningen. Følgende forenklede modelleringsantagelser anbefales til generelt brug, når der ikke er detaljerede oplysninger til rådighed (se figur 2.7.h.1). Luftfartøjet krydser landingstærsklen (som har koordinat s = 0 langs landingssporet) i en højde på 50 fod og fortsætter derefter nedstigningen i sin indflyvningsbane, indtil det lander på banen. Ved en indflyvningsbane på 3° ligger landingspunktet 291 m efter landingstærsklen (som vist i figur 2.7.h.1). Derefter decelereres flyet i løbet af en stopafstand sstop , hvis flyspecifikke værdier kan findes i ANP-databasen, fra den endelige indflyvningshastighed Vendelig til 15 m/s. På grund af de hurtige ændringer i hastigheden langs dette segment bør det undersegmenteres på samme måde som startrullestrækningen (eller luftbårne segmenter med hurtige hastighedsændringer) ved hjælp af de generelle ligninger 2.7.13 (som ved taxiing-hastigheder, der ikke er lig nul). Motoreffekten ændres fra den endelige indflyvningseffekt ved landing til reverseringstrækkraften Prev i løbet af afstanden 0,1•Sstop og sænkes herefter til 10 % af den maksimale tilgængelige effekt i løbet af de resterende 90 % af stopafstanden. Frem til enden af banen (ved s = -s RWY) forbliver flyets hastighed konstant. NPD-kurver for reverseringstrækkraft indgår ikke på nuværende tidspunkt i ANP-databasen, og det er derfor nødvendigt at anvende de konventionelle kurver til modellering af denne effekt. Som regel er reverseringstrækkraften Prev omkring 20 % af den maksimale effektindstilling, og det anbefales at bruge dette tal, når der ikke er operationelle oplysninger til rådighed. Ved en given effektindstilling har reverseringstrækkraft dog tendens til at generere væsentligt mere støj end fremdriftskraft, og en stigning ΔL anvendes på det NPD-bestemte begivenhedsniveau stigende fra nul til værdien ΔLrev (5dB anbefales som en foreløbig værdi (***)) i løbet af 0,1 sstop og derefter lineært aftagende i løbet af den resterende stopafstand. Segmentering af det indledende stigningssegment og det endelige indflyvningssegment Geometrien mellem segment til modtager ændrer sig hurtigt under de luftbårne segmenter af den indledende stigning og den endelige indflyvning, navnlig når iagttageren er placeret ved siden af flyvevejen, hvor elevationsvinklen (beta angle) også ændrer sig hurtigt, mens luftfartøjet stiger eller nedstiger gennem disse første/sidste segmenter. Sammenligninger med beregninger for meget små segmenter viser, at anvendelsen af et enkelt stigningssegment eller luftbårent segment ved indflyvning (eller et begrænset antal heraf) under en vis højde (i forhold til banen) giver en ringe tilnærmelse af støjen ved siden af flyvevejen for integrerede beregningsenheder. Dette skyldes anvendelsen af en enkelt lateral dæmpningstilpasning for hvert segment, som svarer til en enkelt segmentspecifik værdi for elevationsvinklen, mens den hurtige ændring af denne parameter medfører betydelige variationer i den laterale dæmpningsvirkning gennem hvert segment. Præcisionen af beregningen forbedres ved at undersegmentere de luftbårne segmenter i den indledende stigning og den endelige indflyvning. Antallet af undersegmenter og længden af de enkelte segmenter bestemmer detaljeringsgraden af ændringen af den laterale dæmpning, som skal beregnes. Ved at notere udtrykket for den totale laterale dæmpning for et fly med skrogmonterede motorer kan det vises, at for en begrænsende ændring i lateral dæmpning på 1,5 dB pr. undersegment skal de luftbårne segmenter for den stigning og indflyvning under en højde på 1 289,6 m (4 231 fod) over banen undersegmenteres ud fra følgende række af højdeværdier: z = {18,9, 41,5, 68,3, 102,1, 147,5, 214,9, 334,9, 609,6, 1 289,6} meter eller z = {62, 136, 224, 335, 484, 705, 1 099, 2 000, 4 231} fod For hvert oprindeligt segment under 1 289,6 m (4 231 fod) anvendes ovenstående højder ved at identificere, hvilken højde i ovenstående række der ligger nærmest den oprindelige sluthøjde (for et stigningssegment) eller starthøjde (for at indflyvningssegment). De faktiske højder for undersegmenterne, zi, beregnes derefter ved hjælp af: zi = ze [z’i / z’N] (i = k..N) hvor: ze hvor z er slutpunktets højde for det oprindelige segment (stigning) eller startpunktets højde (indflyvning) z’i er det i’ende nummer i rækken af ovenstående højdeværdier z’N er den øvre grænse, der ligger tættest på højden ze blandt ovenstående højdeværdier k betegner indekset af det første tal i rækken af højdeværdier, for hvilke den beregnede zk tydeligt er større end slutpunktets højde i det tidligere oprindelige stigningssegment eller startpunktets højde i det næste oprindelige indflyvningssegment, der skal undersegmenteres. I det specifikke tilfælde med et indledende stigningssegment eller et endeligt indflyvningssegment er k = 1, men i det mere generelle tilfælde med luftbårne segmenter, der ikke er forbundet med banen, vil k være større end 1. Eksempel på et indledende stigningssegment: Hvis højden af slutpunktet i det oprindelige segment er ze = 304,8 m, er 214,9 m < ze < 334,9 m med udgangspunkt i rækken af højdeværdier, og den nærmeste højde fra rækken til ze is z'7 = 334,9 m. Slutpunktets højde i undersegmentet beregnes derefter ved: zi = 304.8 [z’i / 334.9] for i = 1 to 7 (idet der bemærkes, at k =1 i dette tilfælde, eftersom der er tale om et indledende stigningssegment) Dermed er zi' = 17,2 m og z2 er 37,8 m osv. Segmentering af luftbårne segmenter Ved luftbårne segmenter, hvor der sker en væsentlig hastighedsændring i løbet af et segment, sker der ligeledes en underinddeling ligesom ved startrullestrækningen, dvs. nseg = int (1 + |V2 - V1|/10) (2.7.14) hvor V1 og V2 er hastigheden ved henholdsvis segmentets start- og slutpunkt. De tilsvarende parametre for undersegmenterne beregnes på samme måde som ved startrullestrækningen ved hjælp af ligningerne 2.7.9 til 2.7.11. Spor ved jorden Uanset om der er tale om et basisspor eller et spredt underspor, bestemmes et spor på jorden ud fra en række (x,y)-koordinater på jordoverfladen (f.eks. fra radaroplysninger) eller ved en række vektoriserende kommandoer, der beskriver rette segmenter og cirkulære buer (drej med defineret radius r og kursændring Δξ). Med henblik på modellering af segmenter repræsenteres en bue ved en række af rette segmenter, der er tilpasset til buestykker. Selv om den ikke optræder eksplicit i segmenterne i sporet på jorden, har flyets krængning under drej indvirkning på udregningen af dem. I bilag B4 forklares det, hvordan krængningsvinkler under et regelmæssigt drej udregnes, men de anvendes eller fjernes naturligvis ikke øjeblikkeligt i praksis. Der er ingen forskrifter for behandling af overgange mellem lige og drejende flyvning eller mellem et drej og et umiddelbart efterfølgende drej. Som regel har detaljerne, som er op til brugeren (se afsnit 2.7.11), sandsynligvis en ubetydelig indvirkning på de endelige konturer. Kravet eksisterer primært for at undgå tydelige diskontinuiteter ved drejets slutpunkter, og det kan nemt indfris ved f.eks. at indsætte korte overgangssegmenter, hvorover krængningsvinklen ændrer sig lineært med afstanden. Kun i det særlige tilfælde, hvor et bestemt drej forventes at have en dominerende indvirkning på de endelige konturer, er det nødvendigt at modellere overgangens dynamikker på en mere realistisk måde for at knytte krængningsvinklen til bestemte flytyper og bestemme passende rullehastigheder. Her er det tilstrækkeligt at anføre, at buestykkernes slutpunkt Δξovergang for ethvert drej bestemmes af kravene til krængningsvinklens ændringer. Resten af buen med kursændringen Δξ – 2·Δξovergang grader divideres op i nbue buestykker i henhold til ligningen: nsub = int (1 + (Δξ – 2•Δξ trans ) / 10 (2.7.15) hvor int(x) er en funktion, der returnerer heltallet i x. Derefter udregnes kursændringen Δξ stykke for hvert buestykke som Δξ = (ξ-2•Δξ trans ) / nsub (2.7.16) Hvor nstulle skal være stort nok for at sikre, at Δξ stykke ≤ 10 grader. Segmenteringen af en bue (uden de afsluttende overgangsundersegmenter) er illustreret i figur 2.7.h.2 (****). Når segmenterne i sporet på jorden er fastlagt i x-y-planet, lægges segmenterne i flyveprofilen (i s-z-planet) ovenover for at frembringe de tredimensionale (x, y, z) segmenter af sporet. Sporet på jorden skal altid gå fra banen til et punkt uden for kvadratnettet til beregning. Dette kan om nødvendigt opnås ved at addere rette segmenter af en passende længde til det sidste segment i sporet på jorden. Flyveprofilens samlede længde, når den er lagt sammen med sporet på jorden, skal også strække sig fra banen til et punkt uden for kvadratnettet til beregning. Om nødvendigt kan dette opnås ved at tilføje et ekstra profilpunkt: — til slutningen af en startprofil med indstillinger for hastighed og reaktionskraft svarende til værdierne ved det seneste startprofilpunkt, mens højden ekstrapoleres lineært fra det sidste og det næstsidste profilpunkt eller — til begyndelsen af en ankomstprofil med indstillinger for hastighed og reaktionskraft svarende til værdierne for det første ankomstprofilpunkt, idet højden ekstrapoleres lineært bagud fra det første og andet profilpunkt. Tilpasning af segmenteringen af luftbårne segmenter Når 3-D-segmenter i flyvevejen er blevet afledt i henhold til proceduren i afsnit 2.7.13, kan der være behov for yderligere justeringer af segmenteringen for at fjerne punkter på flyvevejen, der ligger for tæt på hinanden. Når tilstødende punkter ligger inden for 10 meters afstand af hinanden, og når de tilhørende hastigheder og kræfter er de samme, fjernes et af punkterne. (*) I denne forbindelse skal den totale længde af sporet på jorden altid være større end flyveprofilens længde. Dette kan om nødvendigt opnås ved at addere rette segmenter af en passende længde til det sidste segment i sporet på jorden." (**) Selv hvis motoreffektindstillingerne er konstante i løbet af et segment, kan fremdriftskraften og accelerationen variere på grund af ændringer i luftens densitet pga. højden. I forhold til støjmodellering er disse ændringer dog normalt ubetydelige." (***) Dette blev anbefalet i den seneste udgave af ECAC's dokument 29, men anses stadig som foreløbig, da man afventer yderligere data fra eksperimenter, der kan bekræfte værdien." (****) Ved at definere den totale længde af den segmenterede flyvevej på denne simple måde bliver den lidt kortere end længden af den cirkulære vej. Dog er den efterfølgende konturfejl ubetydelig, hvis stigningsvinklen er under 30°.«"