Hoor, de wind waait... capaciteit of veiligheid?

12/12/2000

Opgesteld door Robert Brons

Sinds jaar en dag bestaat in de vliegoperatie een spanningsveld tussen capaciteit, milieu en veiligheid. De laatste jaren is de druk vanuit de milieu- en capaciteitshoek echter opgevoerd.
Mainport Schiphol moet blijven groeien naar 480.000 bewegingen per jaar in 2003, binnen het kader dat de milieunota stelt betreffende geluid en uitstoot. De afrekening vindt plaats in keiharde guldens/euro’s. Maar waar blijft de moeilijk te kwantificeren vliegveiligheid?
Vaak ver op achtergrond, tenzij zich een opmerkelijk ongeval voordoet. Dit kan plotseling de aandacht op de vliegveiligheid vestigen en een versnelde reactie uitlokken (TCAS, EGPWS en recentelijk crosswind). Zuiver bedrijfseconomische beschouwingen blijven ook dan een belangrijke rol spelen in de zogenaamde business cases.
Maar blijft een operatie net zo veilig omdat fatale ongelukken en de voortvloeiende economische afrekening (Valujet, TWA) zich niet hebben voorgedaan... of omdat de onvermijdbare risico’s in de gehele operatie zo klein mogelijk worden gehouden?
Een goede definitie van veiligheid vond ik altijd: het vermijden van risico’s. Statistiek heeft zijn waarde in de vliegwereld, maar heeft zeker ook zijn beperkingen (steekproef te klein, te specifiek) en is bovendien een late raadgever.
Een nadere risicoanalyse is onmisbaar bij elke afweging die betrekking heeft op de vliegoperatie.
Verhoging van de capaciteit, gepaard met minder milieuoverlast, is uiteraard zeer welkom maar niet ten koste van alles, niet ten koste van de veiligheid. Sta mij toe dit standpunt toe lichten met een concreet voorbeeld: baantoewijzing bij sterke zij- en staartwind.

Is (cross-)wind of turbulentie eigenlijk wel een factor van betekenis bij ongevallen?

  • Uit de statistieken blijkt dat tien procent van de vliegtuigongevallen wordt veroorzaakt door weer en wel voornamelijk door wind (NLR).
  • Alleen in 1999 al zijn 23 ongevallen (met dodelijke slachtoffers en/of hull losses) direct te wijten aan wind (Flight Int.) in de nadering/landing of take-off fase en lijkt CFIT als oorzaak voorbij te streven.
  • Vaker nog speelt de wind en vliegpadinstabiliteit een belangrijke rol op de achtergrond bij accidents/incidents.
  • Sinds 1986 heeft IFALPA en vervolgens ICAO na rijp beraad een duidelijke policy inzake baantoewijzing in relatie tot de windsituatie.
  • Sinds 1996 heeft de VNV overleg met RLD betreffende deze windproblematiek op Schiphol.
  • Recentelijk heeft IATA een voorstel voorgelegd aan het ICAO-aopg panel om de ICAO baantoewijzingscriteria te verruimen van 15 naar 25 kts crosswind. De IFALPA-vertegenwoordiger heeft met succes het IFALPA-standpunt verwoord en het voorstel is door het ICAO-panel ‘naar de kelder verbannen’.
  • Naar aanleiding van het Transavia-ongeval is geconcludeerd: het baantoewijzingssysteem op SPL, zoals dat toen in gebruik was, heeft bijgedragen tot dit ongeval.
  • De RLD heeft in samenspraak met aas (Schiphol) de zijwind- en staartwindlimitaties alsmede de winddoorgave, naar aanleiding van het Transavia-ongeval en het daaruit vloeiende rapport van Rinnooy-Kan, aangepast.

Marges

Waarom moeten wij voor baantoewijzing op Schiphol marges ten opzichte van gedemonstreerde waarden toepassen? Sommige velden hebben slechts één landingsbaan, de keuze is derhalve zeer beperkt?

Het antwoord: veiligheid of ook wel het vermijden van risico’s.

Risico’s

Welke risico’s? Wij zijn toch getraind, het vliegtuig is toch gecertificeerd om met zoveel knopen crosswind te landen?

Helaas... een nadere kijk op de werkelijke situatie (de genoemde risicoanalyse) in een windoperatie, brengt een groot aantal hiaten aan het licht; op het vlak van windmeting, vliegtuigcertificatie, training, windmodellering en de feitelijke cockpitoperatie zijn diverse onzekerheden/tekortkomingen aan te duiden, die een potentieel gevaar met zich mee brengen. Deze beperkingen spelen vooral op bij een landing met windvariaties: turbulentie en shear.
Tevens heeft empirisch onderzoek (NLR) aangetoond dat een (werkelijke) dwarswind van meer dan 20 kts, de kans op een ongeval exponentieel doet toenemen.
De gezagvoerder moet als eindverantwoordelijke wel kunnen instaan voor een veilige uitvoering van de landing, roll-out en eventueel go-around onder allerlei actuele omstandigheden (zicht, technische status, baanconditie, vermoeidheid). En daarbij niet worden misleid door een vals gevoel van veiligheid; derhalve volgt nu een verduidelijking van deze tekortkomingen in de crosswindoperatie.

Tekortkomingen in windmeting

  1. Positie. Een windmeter welke zich volgens de ICAO-richtlijn op een tien meter hoge mast naast de touch- down zone bevindt, kan ongetwijfeld geen beeld geven van de gehele windsituatie in de approach, lan- ding en go-around zone. De ATIS geeft slechts windinformatie over de hoofdlandingsbaan.
    Er bestaat trouwens geen garantie dat deze en andere ICAO Annex 3-richtlijnen door de betreffende luchtvaartautoriteiten worden gevolgd.
  2. Timing. De windmeting wordt allereerst bewerkt en gesampled, voordat deze informatie aan ATC wordt gepresenteerd. De controller zelf is verantwoordelijk voor verdere verspreiding naar de vliegers. Al met al een tijdrovende doorgave voor een zeer sterk veranderende grootheid.
    De windinformatie wordt vaak gekoppeld aan de landingsklaring, zeker een minuut voor de feitelijke lan- ding. Uit KNMI-metingen en de windsituatie tijdens het HV-ongeval blijkt dat windsterkte en -richting, zeker bij hogere windsnelheden, aanzienlijk kunnen variëren (tot ruim boven de maximale demonstrated crosswind) binnen een tijdspanne van een aantal seconden.
  3. Verticale vlak. Informatie over het windpatroon in het verticale vlak, kan slechts afgeleid worden, van ‘hori- zontale’ (LLWAS) windmeters of pilot reports. Deze methode mist dus elke nauwkeurigheid en betrouw- baarheid. Driedimensionale windeffecten (rotors, zogturbulentie) kunnen wel degelijk zeer relevant zijn (zie geluidswal Schiphol).
  4. Doorgave. Volgens ICAO Annex 3 wordt de wind gemiddeld over twee minuten, gustwaarden worden pas bij overschrijding van 9 kts of 60 graden gemeld. Wat dit in de praktijk inhoudt, moge duidelijk zijn.
    Op Schiphol (en Sydney) wordt recentelijk de gust bij overschrijding van 5 kts al gemeld, buiten algemene ICAO-richtlijnen voor winddoorgave om. Er is geen aanpassing voor de variaties in richting (nog steeds 60 graden marge). De baantoewijzingscriteria zijn daarbij aangepast-20/7 kts. Echter, aan de overige opgesomde tekortkomingen in de gehele windoperatie wordt voorbij gegaan. En deze tekortkomingen spelen juist op met meer dwarswind.
  5. Voortschrijdende middeling. De gusts worden over drie seconden gemiddeld. Dit betekent dat hoger frequente componenten in het windprofiel worden uitgefilterd.
    De beweegreden voor deze ICAO-richtlijn is destijds geweest dat deze hoogfrequente gusts (boven de 2 radiaal/sec) het vliegtuigpad niet beïnvloeden. Dat klopt ook, maar niet voor de vliegtuigstand en derhalve ook niet voor de vliegstabiliteit. En deze stabiliteit is wel degelijk van belang voor een veilige landing.

Nader onderzoek bij windgerelateerde ongevallen toont aan dat in veel gevallen de vliegtuigstabiliteit voor de landing verstoord is geraakt door snel variërende gusts (tot 3 rad/s). Het resultaat: een harde landing op een (nose) gear, wing/pod strikes en "runway excursions door control saturation op gladde landingsbanen". Het vliegtuigpad (in tegenstelling tot de vliegtuigstand) kan onverstoord blijven: een crash op de centreline in de touchdown zone is dan het gevolg.
Indien deze hoger frequente windgusts mee worden gewogen, zal de gerapporteerde windsnelheid toenemen.
Met andere woorden, de bestaande filtering van de (tot 1 kts en 5 graden nauwkeurig) gemeten windwaar- den kan in vlagerig weer een gevaarlijke onderschatting (tot mogelijk 20%) geven van de werkelijke, relevante wind.

Tekortkomingen in certificatie

De meeste vliegtuigen zijn gecertificeerd met een maximum demonstrated crosswind in plaats van een harde limiet. Zodoende kan een belangrijke ‘defense barrier’ in het AFM ontbreken.
Tevens dient het certificatieproces zelf sceptisch te worden bekeken. Testvluchten worden slechts uitgevoerd door uitgeruste, ervaren testvliegers en tijdens daglicht op stroeve banen in steady zijwindcondities.
Het onderstel wordt statisch getest en tevens aan een zogenoemde life-cycle vermoeidheidstest onderworpen, met normale en laterale belasting. Maar niet op een dynamische wijze, welke een harde, crabbed landing simuleert met een combinatie van krachten en torsiemomenten. In de nabije toekomst zal gemiddeld met meer crosswind-belasting worden geland.

Tekortkomingen in windmodellen en training

Driedimensionale windmodellen worden vanwege de vereiste rekencapaciteit, slechts spaarzaam in theoretische studies toegepast met beperkt succes en zeker niet in vluchtsimulaties. In terrein-geïnduceerde turbulentie en zogturbulentie zijn deze driedimensionale windcomponenten van wezenlijk belang.
Tevens voldoet de statistische beschrijving van het stochastische karakter van de wind niet. Bij simulaties wordt in tegenstelling tot de werkelijkheid een Gaussische, tijdsinvariante kansverdeling gebruikt en deze wordt vervolgens ‘op gevoel’ verder afgesteld.
Bovendien bestaat er een correlatie tussen richting en sterkte; elke vlieger weet dat op het noordelijk halfrond de wind gemiddeld ruimt met de sterkte.

Tekortkomingen in vliegprocedures

Een juiste presentatie en beslissingsmethodologie (bijvoorbeeld een decision altitude) ontbreekt in de cockpit met betrekking tot crosswind. Bij diverse luchtvaartmaatschappijen ontbreekt een dwarswindlimiet in zijn geheel.
FMS-wind is IRS-afgeleid en gerelateerd aan vliegtuigheading in plaats van track en is dientengevolge onnauwkeurig en ondermaats (de onderschatting van dwarswind bij bijvoorbeeld 20 graden drift is zes procent).
Realtime weer/windradar informatie en predictie zal voorlopig nog ontbreken in de cockpit. Navraag en berekening van actuele dwars-en staartwindcomponenten in een laatste fase van een nadering zijn ook onwenselijk.
De invloed van de baanconditie is tevens van groot belang, vooral bij decrabbed landingen. Na de landing dient het landingsgestel/banden de laterale kracht van de zijwind te compenseren. Exacte baanfrictie en slipgedrag van banden zijn echter niet eenduidig bekend, zeker bij hoge snelheden.
Boven de (+/-) 20 kts dwarswind is een vliegtuig door zijn beperkte rolroercapaciteit en maximale bank angle genoodzaakt gecrabbed te landen; de laterale krachten en torsiemomenten op het landingsgestel (afhankelijk van de baanfrictie, de normale landingsopvang en de crab) zijn dan aanzienlijk en zeer moeilijk te kwantificeren.

Conclusie

Tot slot een synopsis van het standpunt van de VNV-VTZ inzake cross-/tailwind:
Gezien de vele onzekerheden in de vliegoperatie, windmeting, certificatie, training en simulatie zijn zekere marges ten opzichte van slechts theoretisch relevante ‘maximum demonstrated’ waarden onmisbaar voor een veilige vluchtuitvoering in allerlei weer-/windcondities.
Voor verdere reductie van de windmarges is een gedegen aanpak van de genoemde probleemgebieden nodig. Zolang geen vooruitgang is geboekt blijft de VNV-VTZ van mening dat in weerwil van commerciële en milieubelangen, veiligheid slechts gediend is door handhaving van de algemeen geaccepteerde ICAO-norm bij baantoewijzing: 15 kts dwarswind en 5 kts staartwind.
Met het oog op de toekomst, steunt de VNV-VTZ en coördineert in IFALPA-verband wel degelijk de vele initiatieven, gericht op een betere windmeting, presentatie en een veiliger cockpitoperatie met betrekking tot windoperaties.

Referenties:
IFALPA Pans-Ops, Annex 3
ICAO Annex 3
NLR CR 98388 Safety Aspects in Crosswind Operations
NLR CR 98494 Dynamics of Crosswind Operations
KNMI proceedings WILS, 1998
AAS Final Report PH-TKC Accident SPL, december 1998
Final Report, Committee on Cross- and Tailwindcriteria, maart 2000
Symposium Windtechnologie 1998, Windeffecten op verkeer
Flight Safety Foundation Digest 1999