Vulkanaska och flygsäkerhet
Plymer av vulkanisk aska nära aktiva vulkaner utgör en fara för flygsäkerheten , särskilt för nattflyg. Vulkanaska är hård och nötande och kan snabbt orsaka betydande slitage på propellrar och turbokompressorblad och repa cockpitfönster, vilket försämrar sikten. Askan förorenar bränsle- och vattensystem, kan blockera växlar och få motorer att flamma ut . Dess partiklar har låga smältpunkter , så de smälter i motorernas förbränningskammare och sedan fastnar den keramiska massan på turbinblad, bränslemunstycken och förbrännare – vilket kan leda till totalt motorhaveri. Aska kan också förorena kabinen och skada flygelektroniken .
1991 beslutade flygindustrin att inrätta rådgivande centra för vulkanisk aska (VAAC) för förbindelser mellan meteorologer , vulkanologer och flygindustrin. Före 2010 flygplansmotortillverkarna inte definierat specifika partikelnivåer över vilka de ansåg att motorer var i riskzonen. Luftrumsregulatorer antog det allmänna tillvägagångssättet att om askkoncentrationen steg över noll ansåg de att luftrummet var osäkert och stängde det följaktligen.
Kostnaderna för störningar i flygresor i Europa efter ett vulkanutbrott 2010 tvingade flygplanstillverkarna att specificera gränser för hur mycket aska de ansåg vara acceptabelt för en jetmotor att få i sig utan skador. I april UK CAA , i samarbete med motortillverkare, den säkra övre gränsen för askdensitet till 2 mg per kubikmeter luftutrymme. Från maj 2010 reviderade CAA säkerhetsgränsen uppåt till 4 mg per kubikmeter luftrum.
För att minimera ytterligare störningar som detta och andra vulkanutbrott kan orsaka skapade CAA en ny kategori av begränsat luftrum som kallas en tidsbegränsad zon . Luftrum som kategoriseras som TLZ liknar luftrum under svåra väderförhållanden, eftersom restriktioner bör vara av kort varaktighet. En viktig skillnad med TLZ-luftrummet är dock att flygbolagen måste utfärda intyg om överensstämmelse för flygplan som de vill komma in i dessa områden. Alla luftrum där askdensiteten överstiger 4 mg per kubikmeter är förbjudet luftrum . [ citat behövs ]
Vulkanaska i omedelbar närhet av utbrottsplymen skiljer sig i partikelstorleksintervall och densitet än i nedvindsspridningsmoln, som bara innehåller de finaste partikelstorlekarna av aska. Experter har inte fastställt den askbelastning som påverkar normal motordrift (förutom motorns livslängd och underhållskostnader). Huruvida denna risk för att smälta kisel kvarstår vid de mycket lägre askdensiteter som är karakteristiska för nedströms askmoln är för närvarande oklart. [ citat behövs ]
Experter insåg att det fanns ett problem efter British Airways Flight 9 1982, och därför inrättade ICAO en varningsstudiegrupp för vulkanisk aska. På grund av svårigheten att förutsäga korrekt information till 12 timmar och längre, inrättade ICAO senare rådgivande centra för vulkanisk aska (VAAC).
Vulkaniska faror för luftfarten
Vulkanaska består av små tephra , som är bitar av pulveriserat sten och glas som är mindre än 2 millimeter (0,079 tum) i diameter skapade av vulkanutbrott . Askan kommer in i atmosfären från kraften från utbrottet och konvektionsströmmar från den uppvärmda luften och förs sedan bort från vulkanen av vindar. Askan med den minsta storleken kan stanna kvar i atmosfären under en längre tid och kan driva bort från utbrottsplatsen. Askmolnet kan vara farligt för flyget om det når höjden av flygplanens flygvägar.
Piloter kan inte se askmoln på natten. Askpartiklar är också för små för att ge ett eko till väderradarerna ombord på kommersiella flygplan. Även när de flyger i dagsljus kan piloter tolka ett synligt askmoln som ett normalt moln av vattenånga och inte en fara – särskilt om askan har färdats långt från utbrottsplatsen. På bilden från vulkanen Chaitén har askmolnet spridit sig tusentals kilometer från utbrottsplatsen, korsat Sydamerikas bredd från Stillahavskusten och spridit sig över Atlanten.
Vulkanaska har en smältpunkt på cirka 1 100 °C (2 010 °F), vilket är under drifttemperaturen för moderna kommersiella jetmotorer, cirka 1 400 °C (2 550 °F). Vulkanaska kan skada gasturbiner på flera sätt. Dessa kan kategoriseras i de som utgör en omedelbar fara för motorerna och de som utgör ett underhållsproblem.
Omedelbara faror för flygplan
Vulkanaska är sammansatt av fragment av sten, kristallint material och vulkaniskt glas. Glaskomponenten har den lägsta smälttemperaturen - lägre än temperaturen inuti brännkammaren på en gasturbinmotor . Aska som letar sig in i brännkammaren kan smälta. Förbrännings- och turbinkomponenter kyls, eftersom metallerna de är gjorda av har lägre smälttemperatur än gastemperaturen inuti motorkärnan. Smält aska som vidrör dessa ytor kommer sannolikt att frysa och ansamlas på metallytan.
Den känsligaste ytan är högtrycksturbinens munstycksledskovlar (NGV), belägna omedelbart nedströms om brännkammaren. Gasflödet stryps genom NGV:arna, och därför är flödesområdet genom NGV:erna ett styrområde för motorn. Om denna yta reduceras på grund av en ansamling av aska, passerar ett mindre massflöde av gas genom motorkärnan. Minskat massflöde leder till att turbinen gör mindre arbete. Turbinen driver kompressorn , som därmed också gör mindre arbete med att komprimera luften. Om kompressorn inte längre kan innehålla högtrycksgasen i motorkärnan, kan gasflödet vända och strömma ut från motorns framsida. Detta är känt som en motorstöt eller en kompressorstöt och åtföljs ofta av en låga som bryter ut framtill på motorn. Denna våg kommer sannolikt att släcka lågan i motorns brännkammare, känd som en "flame-out". När det höga trycket i kärnan försvinner, bör motorn vara fri att starta om. Att starta om en motor på höjden kan vara svårt, på grund av lägre temperaturer och tryck från omgivande gas, men är normalt inte ett problem. Den minskade flödesarean hos NGV-bilarna kan göra det svårare att starta om motorn.
Vulkanaska bär betydande elektrostatisk laddning. Fin aska som tränger in i elektroniska komponenter i motorn eller flygplanet kan orsaka elektriska fel - vilket utgör en omedelbar fara för flygplanet.
Ask-inducerade problem som kräver ökat underhåll
- Vulkanaska, som ett hårt ämne, skadar gasturbinkompressorer. Det eroderar genom att slå i kompressorblad och skovlar och ta bort material - och slits av tre kroppsinteraktioner mellan det roterande bladet, askpartikeln och kompressorringen. Att ändra formen på bladen och bladen och öka mellanrummen mellan bladen och ringarna bidrar båda till att minska motorns bränsleeffektivitet och funktion.
- Smält aska som fastnar på kylda ytor kan blockera kylhål. Detta stoppar kylande luftflöde och värmer omgivande metall, vilket leder till accelererad termisk utmattning . Denna process påverkar förbrännings- och turbinkomponenter.
- Aska kan ackumuleras och delvis blockera bränslesprutmunstycken, vilket försämrar luft- och bränsleflödesfälten och blandningsstökiometrier i brännkammaren. Sådana ogynnsamma förhållanden minskar motorns prestanda och kan skapa lokala hotspots som ökar brännarens termiska utmattningshastighet .
Andra vulkaniska faror för luftfarten
Svaveldioxid — en annan produkt av vulkaner som transporteras i askmoln efter ett utbrott — är frätande för flygplan som flyger genom den.
Motåtgärder
Det har gjorts ett försök att bevisa att den svaveldioxid som vanligtvis följer med ett vulkanutbrott verkligen är en bra indikation på förekomsten av askmoln för att underlätta undvikande av askmoln inom flyget.
Det har dock visat sig att de två arterna av moln tenderar att separera på grund av vindskjuvning. Dessutom har detektionsmetoderna begränsningar, eftersom båda arterna har potential att maskeras av andra typer av aerosol, såsom vatten eller is; detta bidrar till stor variation i data.
Därför, eftersom det inte finns någon konsekvent överlappning mellan SO 2 och askan, är SO 2 inte en tillförlitlig indikator för askmoln.
Olyckor och tillbud
1982 flög British Airways Flight 9 genom ett askmoln, tappade kraft från alla fyra motorerna och sjönk från 37 000 fot (11 000 m) till endast 13 500 fot (4 100 m) innan flygbesättningen lyckades starta om motorerna. En liknande incident inträffade 1989 med KLM Flight 867 .
externa länkar
- Foord, Colin (2010). "Plan och vulkanisk aska" . Sextio symboler . Brady Haran för University of Nottingham .