A theoretical risk period analysis and safety optimisation of approach flight profiles in commercial single-engine turbine operations
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2017-08-28
Department
Major/Subject
Lentotekniikka
Mcode
K3004
Degree programme
Konetekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
60 + 46
Series
Abstract
The European Aviation Safety Agency has recently approved commercial operations on single-engine turbine aeroplanes at night and in poor weather. Growth in the operations in this sector can be reasonably expected. In addition to regulations applicable to all commercial operators, the single-engine turbine operators must fulfil various single-engine safety related demands. For example, an emergency landing site must be available within gliding distance unless a risk period is utilised. Approach phase is one of the critical phases of the flight due to relatively low flying altitudes. It is also complicated to examine due to variance in actual flight routes in approach. A theoretical model for studying the risk period is developed in this thesis. The applicability of the method is tested with a case study. The first objectives are to find equations and boundary conditions required in the analysis. Then simulated flight profiles are constructed and the risk periods arising in the approach flight phase are calculated. Moreover, the geographical location of the risk areas is identified. Aim is to first calculate the risk periods assuming still air conditions and then study and compare the effect of headwind. Furthermore, possible risk mitigation methods are discussed and their effect to the risk periods and risk areas are examined. As an outcome, a spreadsheet computation tool was developed. The case study focused on Pilatus PC-12 aircraft flying approaches at Helsinki Airport. A total of 40 different standard instrument arrivals were studied. The analysis was highly theoretical and the simulated flight profiles do not precisely correspond to actual flight routes at Helsinki Airport. However, the results were credible and distinctive. The results indicate that the total risk period can vary greatly depending on the relation between the arrival direction and the runway in use, as well as on the altitude constraints in the instrument approach procedures. Headwind had a significant effect in the risk period. It decreased the aeroplane’s gliding capability and ground speed, thus increasing the risk area and exposure time. In some cases, both with and without the headwind effect, risk mitigation was necessary to fulfil the requirements set for the maximum duration of the risk period. The main mitigation means identified were utilising higher descent angle and speed profiles in the approach and selecting an alternative emergency landing site in addition to the runway in use. By utilising these means the risk period could be significantly reduced.Euroopan lentoturvallisuusvirasto on äskettäin antanut hyväksyntänsä yksimoottoristen potkuriturbiinikoneiden kaupalliselle operoinnille yöllä ja huonon sään vallitessa. On siis perusteltua odottaa operaatiomäärien kasvavan tällä sektorilla. Niiden määräysten lisäksi, jotka koskevat kaikkia kaupallisia operaattoreita, yksimoottorisia turbiinikoneita käyttävien operaattoreiden on täytettävä useita yksimoottoristen lentokoneiden turvallisuuteen liittyvä vaatimuksia. Esimerkiksi, pakkolaskupaikka on oltava aina saavutettavissa liitomatkan päässä, ellei riskiperiodia hyödynnetä. Lähestyminen on tässä mielessä yksiä kriittisimpiä lennon vaiheita, koska silloin lennetään suhteellisen matalalla. Lähestyminen on myös monimutkainen tutkia, sillä todelliset lentoreitit vaihtelevat paljon. Tässä diplomityössä kehitetään teoreettinen malli, jolla voidaan tutkia riskiperiodeja. Mallin toimivuutta käytännössä testataan esimerkkitapauksen avulla. Työn ensimmäiset tavoitteet ovat etsiä analyysissä tarvittavat matemaattiset yhtälöt sekä määrittää raja-arvot. Seuraavaksi rakennetaan simuloidut lentoprofiilit ja lasketaan lähestymisvaiheessa syntyvät riskiperiodit. Lisäksi tunnistetaan riskialueiden maantieteelliset sijainnit. Tarkoituksena on ensin laskea riskiperiodit tyynessä säässä sekä sen jälkeen tutkia ja vertailla vastatuulen vaikutusta. Lisäksi pohditaan mahdollisia keinoja riskien pienentämiseksi ja tutkitaan niiden vaikutuksia riskiperiodeihin ja riskialueisiin. Työn tuloksena kehitettiin taulukkolaskentatyökalu. Esimerkkitapaus keskittyi Pilatus PC-12 -lentokoneeseen ja Helsinki-Vantaan lentoaseman lähestymismenetelmiin. Yhteensä tarkasteltiin 40 vakiotuloreittiä. Tehty analyysi on hyvin teoreettinen ja simuloidut lentoprofiilit eivät vastaa tarkasti todellisia lentoreittejä Helsinki-Vantaalla. Saadut tulokset ovat kuitenkin selkeitä ja uskottavia. Tulokset osoittavat, että riskiperiodin pituus voi vaihdella suuresti riippuen tulosuunnan ja käytössä olevan kiitotien välisestä suhteesta sekä mittarilähestymismenetelmän korkeusrajoituksista. Vastatuulella oli merkittävä vaikutus riskiperiodiin. Se heikensi lentokoneen liitokykyä ja pienensi maanopeutta, samalla kasvattaen altistusaikaa riskialueilla. Joissain tapauksissa sekä ilman vastatuulen vaikutusta että sen kanssa tarvittiin keinoja riskiperiodin pienentämiseksi, jotta täytettiin riskiperiodin maksimipituudelle asetetut vaatimukset. Tärkeimmät löydetyt keinot olivat jyrkemmän liukukulman ja suuremman lentonopeuden käyttäminen sekä vaihtoehtoisen pakkolaskupaikan valinta käytössä olevan kiitotien lisäksi. Niiden avulla riskiperiodia saatiin huomattavasti pienennettyä.Description
Supervisor
Tuhkuri, JukkaThesis advisor
Takala, TuukkaKeywords
SET-IMC, single-engine, engine failure, risk period, flight safety, approach
