Painopiste – osa 2

CommentsOff by in Yleinen
25.4.2015

Kirjoitin taannoin massan ja painopisteen vaikutuksista yleisesti hyppykoneilla lentämiseen. Tässä blogissa hieman yksityiskohtaisemmin asiasta ja siitä miten päivittäistoiminnassa massa- ja massakeskiöasioita voidaan hallita. Esimerkkikoneena on pääasiassa yrityksemme käytössä oleva Pilatus PC-6-B2H4 Turbo Porter, mutta samankaltaisia menetelmiä voi soveltaa myös monissa muissa konetyypeissä käytettäessä.

Stoori on tällä kerralla aika pitkä ja menee melko pieniinkin detaljeihin, mutta koska blogini näyttää tavoittavan säännöllisesti useita satoja lukijoita, niin mikäpä siinä. Blogin kommentointimahdollisuus pysyy valitettavasti edelleenkin poissa käytöstä lähinnä siksi, että asiallisen ja epäasiallisen sisällön suhde oli kommenteissa alkuun kovin heikko. Mikäli kuitenkin haluat kommentoida tai käydä keskustelua niin laita toki sähköpostia, fb-viesti tai kirjoita asiasta johonkin muualle julkisesti. En seuraa kaikkia salasanasuojattuja somefoorumeita.

Mutta asiaan. Lentokoneen massan ja massakeskiön hallinnassa keskeinen työkalu on lentokoneen lentokäsikirja, josta löytyvät ohjeet ja rajoitukset lentokoneen kuormaamiselle. Nice to know tietona mainittakoon, että esimerkkikoneemme lentokäsikirjan weight and balance -osio on 8 sivun mittainen, mutta hieman uudemman Cessna Grand Caravanin kohdalla käsikirjasisältöä aiheesta on jo yli 50 sivua. Lentokäsikirjan antamien rajoitusten taustalla voi olla erilaisia rakenteellisia syitä sekä mm. suunnittelukriteeristön (esim. FAR/CS-23) asettamat vaatimuksset lentokoneen ohjattavuudelle ja vakavuudelle.

Kuten edellisessä blogissani kerroin, lentokoneet punnitaan aina ennen käyttöönottoa ja lisäksi säännöllisin väliajoin. Punnituksen tuloksena saadaan perustyhjämassa ja -momentti lentokoneelle, jonka wb-reporttankeissa ei ole polttoainetta, mutta kyseisessä lentotoiminnassa tarvittavat varusteet ovat paikoillaan. Punnitustiedot esitetään punnitustodistuksessa tai lentokäsikirjassa. Kuvassa esimerkkikoneemme punnitustiedot. Kone on ihan elävässä elämässä laskuvarjohyppylentoihin käytettävä Pilatus Porter.

Massa- ja painopistelaskelmien periaate on useimmissa koneissa hyvin samanlainen. Punnitsemalla saatuun perusmassaan ja -momenttiin lisätään käsikirjan ohjeiden mukaan miehistön, polttoaineen ja muun kuorman (kuten vaikkapa laskuvarjohyppääjät) massat sekä näiden momentit. Lopputuloksena saadaan koneen massa sekä momentti tietyssä lennonvaiheessa, esimerkiksi lentoonlähdössä. Saatuja arvoja verrataan käsikirjan antamiin tietoihin, jotta voidaan varmistua, että kuormauksessa pysytään sallitulla alueella.

Laskuvarjohyppylentojen erityispiirteet

Lennonvalmistelun “perustapaus” (kuten asia esim. PPL-kurssilla opetetaan) massan ja massakeskiön osalta on jokseenkin seuraavanlainen: Ennen lentoa punnitaan rahti ja matkustajat sekä päätetään kuinka paljon koneeseen tankataan polttoainetta. Näiden tietojen perusteella lasketaan koneen massa lentoonlähdössä ja laskussa (muusta lennonsuunnittelusta saatu arvioitu polttoaineenkulutus huomioiden) sekä määritetään painopisteen sijainti näissä lennonvaiheissa.

Koska hyppytoiminnassa lennonvalmisteluun käytettävä aika voi olla käytännön syistä hyvinkin rajattu (esim. back-to-back -pokat joiden välissä kone pysähtyy kiitotien varteen alle minuutiksi kuormausta varten) joudutaan keksimään vaihtoehtoisia tapoja hallita asiaa. Laskuvarjohyppylennoilla massan ja massakeskiön hallinta poikkeaa muutenkin jonkin verran muusta lentämisestä. Esimerkiksi tavallisia matkustajia tai rahtia lentokoneella kuljetettaessa koneen kuorma ei yleensä – polttoainemäärää lukuunottamatta – muutu lennon aikana. Saati että se vaihtaisi paikkaa tai liikkuisi koneessa. Laskuvarjohyppylennoilla näin kuitenkin tapahtuu: Lentoonlähdön ja nousun ajaksi kone lastattu mahdollisimman täyteen hyppääjiä, hyppylinjalla kuorma punkee oviaukolle mahdollisimman suurena ryhmänä ja laskeutumisen aikana lentäjän on yleensä tarkoitus olla yksin koneessa. Täsä kaikesta aiheutuu tarpeita tehdä jonkin verran muusta lentämisestä poikkeavia tarkasteluja sekä toimia, jotta varmistutaan painopisteen pysymisestä sallitulla alueella. Kokonaisuutena massan ja painopisteen hallinta hyppylennoilla onkin melko haastava paketti ja ehkä osin siitäkin syystä eriasteinen tsägällä wetäminen vaikuttaa olevan harmillisen yleistä.

Todellinen vai standardipaino?

Lentokoneiden kuormauksessa käytetään yleisesti laskuvarjohyppylentotoiminnan ulkopuolellakin ns. standardimassoja. Tämä tarkoittaa sitä, että matkustajan keskimääräinen massa on tavalla tai toisella määritelty ja keskimääräisiä arvoja käytetään kuormausta laskettaessa. Esimerkiksi kaupallista ilmakuljetusta harjoitettaessa matkustajien standardimassat annetaan operaattoreille suoraan määräyksissä. Onkin ehkä hyvä tietää, että standardimassojen käyttäminen ei ole laskuvarjohyppylentojen erikoispiirre vaan ilmailussa hyvin laajalti käytössä oleva menetelmä.

Laskuvarjohyppytoimintaa koskeva ilmailumääräys OPS M6-1 toteaa, että jos hyppylentoihin käytettävässä ilma-aluksessa on enemmän kuin 10 paikkaa voidaan kuormauksessa käyttää punnitsemalla todennettua keskimääräistä laskuvarjohyppääjien massaa. Samoin tuleva, kaupalliseen erityislentotoimintaan sovellettava ns. part-SPO tukee standardimassojen käyttöä laskuvarjohyppylennoilla, jättäen operaattoreille jopa jonkin verran nykyistä enemmän pelivaraa.

Operaattoreiden on aina mahdollista käyttää myös todellisia punnittuja painoja ja fiksut manifestiohjelmat osaavatkin varsin näppärästi laskea kuinka monta hyppääjää koneeseen mahtuu, ennen kuin esim. suurin sallittu lentoonlähtöpaino saavutetaan. Osaava manifestiohjelma ja henkilövaaka weiverin täytön yhteydessä onkin varsin tehokas työkalu kerätä tiedot hyppääjien exit-painoista.

Vaikka manifestiohjelma osaisikin laskea punnitsemalla saatuja painoja näppärästi, aiheuttaa tällöinkin käytännössä hieman epätarkkuutta mm. se, että tieto hyppykoneen todellisesta polttoainetilanteesta on hieman hankala välittää reaaliaikaisesti manifestiohjelmalle. Käytännössä polttoainetieto onkin useimmiten syötetty manifestiohjelmaan sitä käyttöönotettaessa perustuen joihinkin oletuksiin standarditankkauksesta. Nämä oletukset sitten toteutuvat joskus paremmin ja joskus huonommin. Toisaalta hyppääjän exit-paino manifestiohjelmassa taitaa useimmiten pysyä samana vaikka hyppääjä pukisikin päälleen 10 kg lyijyä.

Standardipainot ja punnitsemalla saadut todelliset painot ovat siis molemmat vaihtoehtoja isommilla koneille operoiville. Pienemmillä koneilla standardipainojen käyttäminen ei ole sallittua. Kummassakin mallissa on kuitenkin omat rajoituksensa ja ongelmansa, jotka operaattorin tulee huomioida. Olisikin tärkeätä, että hyppykoneita operoivat yhteisöt lähestyisivät asiaa aina juuri oman toimintansa kannalta: Mitkä rajoitteet tulevat vastaan ensimmäisenä juuri siinä omassa toiminnassa ja mitä niistä mahdollisesti aiheutuu?

Mikäli on esim. tiedossa, että käytettävissä olevan konetyypin ominaisuuksista johtuen useimmilla lennoilla operoidaan hyvin lähellä suurinta sallittua lentoonlähtöpainoa tai muuta käsikirjan rajoitusta kannattanee pyrkiä mahdollisimman suureen tarkkuuteen ja käyttää todellisia painoja sekä miettiä tarkoin myös esim. pokakohtaisen polttoainetilanteen huomioiminen tarkasti. Joissakin konetyypeissä taas esim. exit-tilanteet voivat asettaa suurimmat haasteet. Keskeiseen rooliin kokonaisuuden hallinnassa nousee silti juuri lento-operaattorin toiminta taustalla asioiden hallitsemiseksi. Yksittäisten lentäjien varaan asiaa ei saisi jättää.

Menetelmät ja konstit

Pokakohtaisten, tarkkojen – ja siis aikaavievien – kuormauslaskelmien tekeminen on siis usein ristiriidassa toiminnan muiden tavoitteiden ja käytännön tarpeiden kanssa. Siksi hyppykoneiden massan- ja painopisteen hallintaa usein lähestytään erilaisten rajoittavaksi havaittujen “worst case”-tilanteiden kautta ja itse päivittäistoimintaan asetetaan rajoituksia näiden mukaan.

Maksimimassojen hallinta on sinänsä melko ysinkertaista oli käytössä sitten manifestiohjelma, joka laskee yksittäisen hyppääjän exit-painoja yhteen tai standardipainomalli. Missään ei kuitenkaan taideta punnita hyppääjiä juuri ennen koneeseen nousu eikä yksikään tietämistäni hyppylento-operaattoreista myöskään laske pokakohtaisesti painopisteen sijaintia lennon eri vaiheissa (lentoonlähtö, nousu, exitit, laskeutuminen). Yleensä käytössä on aina jonkinlainen etukäteen hahmoteltu malli tai tilanne, josta sitten on johdettu rajoitteet, istumisjärjestykselle, exittien koolle yms.

Miten hyppykoneen painopisteen sijainti ihan käytännössä sitten määritetään? Momenttien laskemiseksi jollakin tietyllä kuormauksella tarvitaan jälleen niitä käsikirjan tietoja. Perusajatus koko jutussa on tietystikin se, että koneen massakeskiön sijaintiin vaikuttaa se miten kuorma koneeseen on sijoitettu. Taakse sijoitettu kuorma vie painopistettä taaksepäin ja päinvastoin. Ohessa Pilatuksen käsikirjasta kaapattu kuva, jonka perusteella esim. matkustamoon sijoittautuneiden hyppääjien sijainti (momenttivarret) voidaan arvioida. Jotta kuvion idea tulee tutuksi, niin esim. ohjaajan istuimella sijaitsevan massan momenttivarsi on 3,0 metriä referenssitasosta ja niinpä siis 100 kg painavan lentäjän momentti on 300 kgm.

Epätarkkuutta momenttien laskemisessa aiheutuu yleensä siitä, että hyppääjien istumapaikat – siis sijainti koneessa – saattavat hieman vaihdella pokien välillä. Kun taas esim. matkustajakoneen penkillä istuvan sijainti pystytään aina tietämään melko tarkasti. Tätä haastetta on hyppykoneissa ratkottu erilaisilla penkkiratkaisuilla sekä vaikkapa pyrkimällä istuinvöiden sijoittelulla ohjaamaan hyppääjät istumaan aina tietyissä kohdissa matkustamoa. Mahdollinen virhe voi kuitenkin aiheutua ihan vaikkapa vaan siitä, että Milla Kuitunen yksinkertaisesti mahtuu fyysisesti pienempään tilaan kuin Teemu Järvelä. Ja jos hyppykone on täynnä Kuitusia, niin “täytetään edestä”-tavalla pakatussa koneessa Millat istuvat lopulta edempänä kuin mitä kuormausta keskivertohyppääjien sijoittumisilla arvioinut taho on arvioinut. Samanlainen virhe on mahdollinen tietysti myös toiseen suuntaan. Yleisesti ottaen voisi kuitenkin sanoa, että erilaiset etukäteen lasketut mallit toimivat melko hyvin mikäli hyppääjien “worst case”-sijainnit on huomioitu tarpeeksi realistisesti.

Pilatus PC-6 ja Aviastar Helsinki Oy:n toiminta

Aviastar Helsinki Oy:ssä olemme lähestyneet massan ja painopisteen hallintaa toiminnassamme seuraavasti. Käytössämme on standardipainomalli, joka perustuu hyppääjiltä manifestiohjelmaan kerättyyn exit-painodataan. Standardipainoja käyttäen lasketaan se miten monta hyppääjää koneeseen voidaan milläkin tankkauksella sijoittaa.

Esimerkkikoneena olevalla Porterin B2H4-versiolla koneen voi tankata täyteen ja koneeseen mahtuu vielä 90 kg painava lentäjä sekä 10 kpl 84 kg painoisia hyppääjiä. Yhdellä tankkauksella voi lentää tyypillisesti 10 lentoa, joten vain yksi lento kymmenestä lennetään lähellä maksimipainoa.

Massakeskiön sijaintia taas hallitsemme seuraavasti: Ensinnäkin arviomme mukaan hyppääjät koneessamme momentit-skriinshotmatkustavat sijainneilla, jotka käyvät ilmi oheisesta taulukosta. Alempana esittelen muutaman tilanteen, jotka käytännössä osoittavat massakeskiön liikkumavaran ja oletukset joihin ne perustuvat. Näistä käy ilmi millaistan ”rajatapausten” sisällä kuormauksen käytännössä tulee olla, että massakeskiö eri lennonvaiheissa saadaan pysymään sallituissa rajoissa.

Nämä ovat myös ne tarkastelut joihin meidän toiminnassamme noudatettavat koneen kuormausohjeet nojaavat. Käytännössä ainoat rajoitukset, joita olemme asettaneet päivittäistoiminnalle on se, että mikäli lennetään vajaa pokaa, niin takana ei saa istua vaan kone täytetään aina edestä alkaen. Yleensä tästä ei kuitenkaan tarvitse juuri koskaan edes muistuttaa hyppääjiä vaan edestä täyttämisen periaate on varsin hyvin kaikilla tiedossa.

Seuraavissa tarkasteluissa oletetaan, että rullaukseen kuluu polttoainetta, 2,5 USG eli n. 8 kg. Käytännössä tämä näyttää toteutuvan melko tarkasti.

Taulukoissa näkyy myös pari arvoa, joita en ole tekstissä muualla maininnut. ZFW on lyhenne sanoista zero fuel weight. Porterissa on rajoitettu maximum zero fuel weightiä eli koneen suurinta sallittua massaa ilman polttoainetta. Tämä on rajoitettu 2400 kg, joka taulukoissa siis myös tarkastellaan.

Lisäksi Porterin lentokäsikirjassa on asetettu cabin load -rajoitus, joka saattaa johtua esim. matkustamon lattian rakenteiden mitoituksista tms. Max cabin load on 1000 kg.

Alla olevista Excel-taulukoista käy ilmi millä oletuksilla kyseinen kuormaustilanne on laskettu. Lentokäsikirjan taulukkoon taas on plotattu kyseinen massa- ja massakeskiöasema ja punaisen nuolen kärki osoittaa laskettuja arvoja.


Case 1:Case1wb-taulukko case1

“Perustilanne” – 90 kg painava lentäjä sekä 10 kpl 84 kg painavia hyppääjiä on sijoittuneena kabiiniin.



Case 2:Case2wb-taulukko case2
“Painavat edessä” – Hyppääjät istuvat oletussijainnesissa, mutta hyppääjät ovat jakautuneet siten, että painavat hyppääjät ovat edessä.



Case 3:Case3wb-taulukko case3“Painavat takana” – Hyppääjät istuvat oletussijainnesissa, mutta hyppääjät ovat jakautuneet siten, että painavat hyppääjät ovat takana.




Case 4:Case4wb-taulukko case4

“Painavat takana, vähän polttoainetta” – Hyppääjät istuvat oletussijainnesissa, mutta hyppääjät ovat jakautuneet siten, että painavat hyppääjät ovat takana. Tämä tarkastelu on tehty erikseen siksi, että Porterin polttoaineen momentti siirtyy jonkin verran taaemmaksi kun tankeissa on enää vähän polttoainetta. Siksi minimilentoonlähtöpolttoaineella on tehty erikseen “painavat takana”-tyyppinen tarkastelu.

Case 5:Case5wb-taulukko case5

“10-way exit” – Hyppääjät ovat ovella, painavat takana, yksi takastepillä.


Case 6:

Case6wb-taulukko case6

“10-way exit, low fuel” – Hyppääjät ovat ovella, painavat takana, yksi takastepillä.




Case 7:Case7wb-taulukko case7

“Lentäjä yksin koneessa” – Hyppääjät ovat poistuneet koneesta ja lentäjä on tulossa laskuun koneella yksin.




Loppuläpät

Miksi kirjoitan taas painopisteasiasta? Syinä ovat tietysti voiton maksimointi, ahneus, saari bahamalla, Porsche sekä reipashenkinen henkseleiden paukuttelu ja omakehu. Pidänhän itseäni keskimääräistä parempana aut^^^lentäjänä.

Asiallisesti ottaen kyse on siitä, että palautetta, keskustelua ja kysymyksiä tuli edellisen painopisteblogin jälkeen yllättävän paljon ja näyttää siltä, että hyppääjiä aihe kiinnostaa. Samalla skenessä leviävän disinformaation määrä on mennyt aika hämmentäväksi. Moni lienee myös huomannut, että kotimaisessa hyppykoneessa istuvan ihmisen turvallisuuden perään ei katso juuri kukaan. Ilmailussa laajasti tunnetuista ja käytetyistä turvallisuutta lisäävistä järjestelmistä, menetelmistä jne. luopuminen kyllä mahdollistetaan, mutta seurauksia ei arvioida. Trafi näyttää pudonneen kelkasta jo joskus vuosituhannen vaihteen tienoilla ja Jämin onnettomuuden jälkeisessä pikku paniikissa lääkkeeksi keksitty yhteisöllisyys on esim. hyppylentokoneiden massan ja massakeskiön hallitsemiseksi aika huono vitsi. Kuten useimpiin muihinkin lento-operatiivisen tason osaamista vaativiin haasteisiin.

Uskon, että avoin ja tiukasti substanssiin nojaava keskustelu toimii parhaiten kun on kyse turvallisuudesta, sen hallinnasta tai kehittämisestä. Toisaalta on pelkästään positiivista jos joku löytää korjattavaa tai parannettavaa siitä miten me teemme koneidemme kuormauksen hallintaa. Tai lainaa jotakin käyttämäämme työkalua tai ideaa.

Jokaisella on oikeus turvallisesti kuormattuun hyppykoneeseen.