ATR: perchè non si possono mettere i flap a 15 gradi in condizioni di ghiaccio?

Tutti conosciamo la fama dell'ATR in condizioni di ghiaccio (ved. questo post), ma il primo vero incidente mortale che ha coinvolto un ATR 72 (ed è tuttora l'incidente con il più alto numero di vittime di un ATR 72 in tutto il mondo) fu quello del volo American Eagle 4184. Si tratta di un volo di linea che si schiantò il 31 ottobre 1994 a causa di ghiaccio formatosi sulle ali.

 

 

 

A causa del maltempo l'aeroporto di Chicago ebbe problemi di gestione del traffico, costringendo i Controllori di volo a far attendere l'ATR alla quota di 10.000 ft (3.000 m). Durante l'attesa, l'aereo attraversò una zona di pioggia gelata (forma di precipitazione atmosferica solida formata da palline di ghiaccio omogeneo dure, che cadono da una nube, generalmente altostrati o nembostrati).

Accumulo di ghiaccio come visto dai piloti

In seguito fu autorizzato a scendere alla quota di 8,000 ft (2.400 m) per poi essere messo nuovamente in attesa. Ad un certo punto i piloti intervennero ritraendo i flap che avevano precedente esteso per far abbassare l'assetto del velivolo. Subito dopo uno strano rumore fu captato dal Cockpit Voice Recorder, seguito da un brusco rollio che fece disinserire il pilota automatico.

 

L'ATR 72 della Simmons Airlines prima di schiantarsi ha volato per 37 minuti in condizioni di ghiaccio. Il pilota automatico era stato inserito e i flap impostati a 15 gradi. In discesa, dopo che i flap furono retratti, l'autopilota si scollegò e l'aereo abbassò l'ala violentemente fino quasi a capovolgersi.

I test in galleria del vento rivelarono che gli ATR soffrivano gli effetti del blocco aerodinamico degli alettoni indotto dal ghiaccio in determinate condizioni (Aileron Reversal). Un particolare accumulo di ghiaccio dietro gli boots dell'antighiaccio sulla superficie superiore dell'ala esterna destra poteva produrre il problema riscontrato dall'aereo precipitato.

Il National Transportation Safety Board ha stabilito quindi che la probabile causa di questo incidente è stata la perdita di controllo dell'aereo, attribuibile all'improvvisa ed inaspettata inversione del movimento di un alettone dovuta appunto alla formazione di una lastra di ghiaccio, nonostante il sistema di de-icing fosse in funzione.

La US FEDERAL Aviation Administration nel 1995 non consentì agli ATR 42 e 72 di volare in condizioni di ghiaccio fino a quando non fosse certificato un nuovo sistema antighiaccio migliorato per l'aeromobile. L'azione della FAA interruppe le operazioni delle compagnie aeree regionali negli Stati Uniti e Canada, costringendo gli operatori a spostare i loro aerei ATR in climi più caldi.

Fondamentalmente la FAA fece vietare l'uso dei flap quando in holding in condizioni di ghiaccio e qualsiasi cambio di posizione dei flap, sempre in caso di formazione di ghiaccio. Questa restrizione derivava dai risultati dei test presso Edwards AFB (California), e a Tolosa (Francia).

Quando furono simulate le condizioni meteorologiche dell'American Eagle 4184 ad Edwards AFB, fu dimostrato dimostrato che un ATR con un settaggio con flap 15° aveva subito un accumulo di ghiaccio frastagliato dietro gli boots dell' antighiaccio. Fu dimostrato che, quando i flap venivano retratti in condizioni asimmetriche di ghiaccio sulle ali, poteva verificarsi il blocco degli alettoni/aileron reversal.

Il capo della certificazione FAA Anthony Broderick affermò che le condizioni che portavano all'aileron reversal potevano essere evitate, a condizione che l'impostazione dei flap non venisse alterata durante la permanenza in condizioni di ghiaccio.

 

I piloti dovettero così sottoporsi a nuove procedure di addestramento sulle Cold Weather Operations prima di poter ripilotare gli ATR in condizioni di ghiaccio.
La soluzione a lungo termine fu una modifica ai de-ice boots che furono di fatto ingranditi. 

 

Questo significa che l'effetto peggiore del ghiaccio è quello di alterare l'abilità al controllo del velivolo, non solo l'efficacia delle superfici di comando, ma anche l'handling ed il feedback che i piloti normalmente ricevono dai comandi stessi.

Profilo alare con bassa incidenza, comincia ad esserci un accumulo di ghiaccio dietro il de-ice boot che sporca l'aerodinamica sul dorso dell'ala

Aumentando l'angolo di attacco come potrebbe accadere retraendo i flaps, il ghiaccio sul dorso dell'ala arriva a sporcare il flusso fino all'alettone che viene trascinato dalla turbolenza stessa. 

Per evitare l'aileron reversal sugli ATR sono stati installati dei generatori di vortici davanti agli alettoni per ritardare questo fenomeno. Ciò è stato inizialmente fatto sul -72 per la certificazione e poi successivamente anche come miglioramento sul -42.

Installazione dei Vortex Generators tra bordo di attacco e alettoni

I test e le analisi di volo hanno dimostrato che i generatori di vortice hanno migliorato significativamente l'efficacia degli alettoni riducendo la gravità del ribaltamento degli alettoni con formazione di ghiaccio asimmetrica durante una freezing rain.

In normali operazioni, è obbligatorio mantenere una configurazione pulita (Flap UP) quando si è in icing condition. Con flap 15 l'aereo ha un assetto con il muso più basso che consentirebbe l'accumulo di ghiaccio dietro i de-ice boots (come suddetto). Una volta con i flap 15 in condizioni di ghiaccio, non bisogna retrarli assolutamente (per non fare appunto la fine dell' American Eagle 4184).

Nella nuova checklist del Severe Icing si nota una minimum speed è aumentata a più 30 nodi rispetto all'amber bug invece di 10 nodi (se i flap sono già estesi a 15 invece il manuale consiglia di volare all'amber bug). Il settaggio su MCT e 100% RPM si riferisce essenzialmente al fatto che serve la massima potenza per tenere le velocità minime e che la massima velocità di rotazione dell'elica ostacola la formazione di ghiaccio sulle pale. La cosa da notare il disengage dell'autopilota tenendo i comandi ben fermi. Il motivo l'abbiamo essenzialmente descritto sopra, staccando l'autopilota l'equipaggio sente sui comandi cosa sta succedendo all'aereo, perciò quando lo si stacca bisogna tenere i comandi fermi in quantoi servo dell'AP potrebbero aver già cominciato a contrastare un Aileron Reversal. Ovviamente la checklist continua tenendo sempre in considerazione lo stall recovery e soprattutto vietando la retrazione dei flap se ancora in condizione di ghiaccio. Se il ghiaccio permane fino all'atterraggio bisogna fare un reduced flap landing mantenendo i flaps a 15.

Anche nella procedura dello Stallo viene vietata la retrazione dei flap. Ovviamente non ha senso retrarre i flap rimettendo dallo stallo (anzi, bisogna metterli  per i manuali ATR), ma viene preso in considerazione come probabile motivo di stallo anche il ghiaccio, motivo per cui a maggior ragione non si ritraggono i flaps.

Vecchia Checklist dove si fa riferimento anche all'Abnormal Roll Control

Tuttavia, con un motore inoperativo, la configurazione con i flap 15 in condizioni di ghiaccio è approvata. Dopotutto, potresti essere al di sotto della velocità dell' Amber  Bug. Perché questo è permesso? Perché con un solo motore operativo ed i flap 15, il velivolo ha comunque un assetto sufficientemente positivo in quanto non arriveremo mai a velocità vicine alla VFE, quindi l'accumulo di ghiaccio dietro gli stivali è meno probabile. D'altronde l'Amber Bug può essere una velocità difficile da raggiungere con un motore inoperativo (soprattutto in formazione di ghiaccio).

 

L'Amber Bug è la velocità minima in condizioni di ghiaccio con i flap retratti

 

"Prepare for the unknown, unexpected and inconceivable … 

after 50 years of flying I'm still learning every time I fly."

-Gene Cernan.

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