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Aviazione e Volo

Fuel dumping: perché gli aerei scaricano carburante in volo

Perché alcuni aerei scaricano carburante in volo: limite MLW contro MTOW, ugelli alari, quote di atomizzazione, ruolo dell'ATC e il caso Delta 89 del 2020.

Scarico carburante aereo fuel dumping emergenza: nebbia di cherosene che esce dall'estremità alare di un jet quadrimotore al tramonto

Per la norma 14 CFR 25.1001 l'impianto di scarico deve liberare in 15 minuti carburante sufficiente a tornare ai requisiti di salita.

Molti aerei di linea possono decollare con più peso di quello con cui sono certificati per atterrare, perché il limite d'atterraggio dipende soprattutto dalla robustezza di carrello e ali.[1] Per rientrare in fretta serve un impianto che, secondo la norma, liberi in 15 minuti carburante sufficiente a riportare l'aereo ai requisiti di salita.[2] Il carburante si frantuma in goccioline: per Boeing, citata in un brief PRISM, sopra i 5.000-6.000 piedi vaporizza prima di toccare terra,[3] mentre in un modello tedesco con scarico a 5.000 piedi e 20 °C al suolo ne arriva a terra circa il 4%.[4]
Tempo di scarico richiesto
15 min
Carburante sufficiente per tornare ai requisiti di salita, 14 CFR 25.1001[2]
Quota di vaporizzazione
5.000-6.000 ft
Sopra questa fascia, per studi USAF citati da Boeing, il carburante vaporizza[3]
Precipitato a 20 °C al suolo
4%
Modello BMU, scarico a 5.000 ft e ipotesi sfavorevoli; con -10 °C sale al 59%[4]

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Perché atterrare tollera meno peso che decollare

Il peso massimo all'atterraggio (MLW) è inferiore al peso massimo al decollo (MTOW) perché al contatto con la pista il carico si scarica in un istante sul carrello e sulle ali, mentre in volo è la portanza a sostenerlo con continuità. La certificazione lo traduce in numeri: al peso di progetto al decollo la norma assume una velocità di discesa limite ridotta, appena 6 piedi al secondo (circa 1,8 m/s),[5] contro i 10 piedi al secondo (circa 3 m/s) del peso di progetto all'atterraggio.[6] Il MLW non è però solo una questione di struttura: in riattaccata con tutti i motori la salita in configurazione di atterraggio deve garantire almeno il 3,2% di gradiente,[7] e in avvicinamento con un motore inoperativo almeno il 2,1% sui bimotori.[8]
Superare il massimo di progetto all'atterraggio significa fare un atterraggio in sovrappeso.[9] Il problema nasce quando un guasto o un malore a bordo costringe a rientrare poco dopo il decollo, ben lontano dalla quota di crociera tra 10.000 e 12.000 metri a cui gran parte del carburante imbarcato sarebbe stata bruciata. Sui jet di linea la capacità dei serbatoi vale tra il 26% (medio raggio) e il 45% (lungo raggio) del peso massimo al decollo, con il 41,4% del 777-300ER:[10] è capacità, non il carico tipico di un volo, ma dà l'ordine di grandezza di ciò che va smaltito prima di tornare a terra.
La regola ha una storia: negli anni Sessanta l'impianto di scarico era richiesto se il rapporto MTOW/MLW superava 1,05, poi la norma fu sostituita dalla FAR 25.1001.[11] Oggi l'impianto è obbligatorio, a meno che il costruttore dimostri che l'aereo rispetta i requisiti di salita al peso massimo al decollo.[12] Il regolamento europeo CS-25.1001 ricalca lo stesso schema, ma è una norma di certificazione, non una prassi operativa;[13] prevede inoltre che l'impianto non scarichi sotto il livello che permette di salire a 3.048 m (10.000 piedi) e poi di crociera per 45 minuti alla massima autonomia.[14]

Ugelli alari e portate: come si scarica davvero

Sui grandi aerei il carburante esce dalle estremità alari: lo possono fare il 747, il 787 e l'A380.[15] Il Boeing 757 non ha capacità di scarico, perché il suo MLW è simile al MTOW.[16]
I numeri cambiano da tipo a tipo. Sul 767 gli ugelli sono interni rispetto a ciascun alettone esterno e servono solo il serbatoio centrale,[17] con una portata di 1.200 kg/min per due ugelli a pompe del centrale accese e di 600 kg/min senza pompe.[18] Sul 747 i piloti citano di regola da una a due tonnellate al minuto.[19]
Altri tre fatti operativi completano il quadro:
  • sul 767 scatta il distacco elettrico dei carichi non essenziali, come ventole, luci e intrattenimento;[20]
  • in certificazione il carburante deve uscire lontano da ogni parte dell'aereo;[21]
  • Boeing non pone restrizioni allo scarico durante un incendio in volo, dentro o fuori l'aereo.[22]

Dove finisce il carburante: atomizzazione ed evaporazione in quota

Lo scarico è fatto per disperdere, non per versare: ugelli ad alte prestazioni spargono il cherosene in una nebbia di goccioline fini.[23] Secondo Boeing (rivista AERO, riportata in un brief PRISM) il carburante si frantuma rapidamente in goccioline che poi vaporizzano,[24] e sopra i 5.000-6.000 piedi vaporizza del tutto prima di raggiungere il suolo, in base a studi dell'USAF.[3]
Le variabili che pesano di più sono il tipo di carburante e la temperatura dell'aria.[25] Le quote indicate dalle fonti non si contraddicono: rispondono a domande diverse. I 5.000-6.000 piedi sono la fascia oltre la quale, in generale, il carburante vaporizza del tutto, secondo Boeing;[3] i 4.000 piedi sono il minimo raccomandato nell'addestramento Delta, citato dal memo FAA su Delta 89, non una norma;[26] i 6.000 metri (circa 19.700 piedi) sono la quota di rilascio raccomandata per i grandi aerei in una tesi dell'Air Force Institute of Technology del 1995 sul JP-8, un carburante militare con altro comportamento, e sono metri, non piedi.[27]
Vaporizzare non significa sparire: anche vaporizzato, il carburante resta sospeso in atmosfera.[28] Non va confuso con le scie di condensa, che nascono dai gas di scarico dei motori e non dai serbatoi.

Cosa fa l'ATC mentre l'aereo scarica

Il comandante dovrebbe avvisare subito il controllo del traffico aereo, come indica l'AIM statunitense.[30] La FAA non richiede formalmente un permesso per scaricare, ma i piloti dovrebbero avvisare quando possono.[31]
In condizioni IFR l'ATC assegna una quota di almeno 2.000 piedi sopra l'ostacolo più alto entro 5 miglia dalla rotta,[32] e gli enti interessati diffondono un avviso radio ogni 3 minuti finché lo scarico non finisce.[33] Fuori dai casi di emergenza l'aereo può essere invitato a volare su un'altra rotta per scaricare.[34]
Per i grandi aeroporti statunitensi le procedure FAA indicano aree disabitate designate e quote alte, perché il carburante si atomizzi e si disperda prima di raggiungere il suolo.[35] Resta un evento raro: secondo il conteggio della FAA riportato a gennaio 2020, nei tre anni precedenti le compagnie aeree statunitensi hanno scaricato carburante 47 volte in tutto il mondo; il dato riguarda solo i vettori americani, non tutte le compagnie.[36]
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Il lavoro si divide tra più mani. Il comandante decide di scaricare e avvisa, l'ATC libera lo spazio con una quota di almeno 2.000 piedi sopra l'ostacolo più alto[32] e gli avvisi ogni 3 minuti,[33] e la procedura per i grandi aeroporti sposta lo scarico sopra aree disabitate.[35] Se la quota finale è troppo bassa, l'atomizzazione completa non è più garantita.

Atterrare in sovrappeso e il caso Delta 89

Quando scaricare non è possibile o non basta, l'alternativa è atterrare in sovrappeso. Gli aerei moderni sono progettati tenendo conto di questa possibilità, ma solo per le emergenze, e dopo l'atterraggio servono ispezioni di manutenzione.[37]

Frenata massima in sovrappeso

In un atterraggio in sovrappeso la frenata massima aumenta il rischio di cedimento dei freni e di incendio.[52]
Un atterraggio in sovrappeso non produce per forza danni strutturali, se al contatto la velocità di discesa resta minima.[38] Per questo conta la manovra quanto il peso residuo.
Le due strade hanno costi diversi. Scaricare richiede tempo, una quota adeguata e il coordinamento con l'ATC, con un impianto progettato per lavorare in 15 minuti,[2] mentre atterrare pesante evita l'attesa ma impone ispezioni di manutenzione.[37] Quale delle due convenga dipende dall'urgenza del guasto e da quanto peso eccede il limite.

I rischi di un aereo troppo pesante

Atterrare con un peso diverso da quello pianificato può causare tail strike, danni all'aereo, uscita di pista o perdita di controllo.[39]

Delta 89 a Los Angeles, 2020

Il 777-200ER di Delta, con peso massimo al decollo di 656.000 lb,[40] rientrò su Los Angeles e atterrò circa 65.000 lb oltre il massimo di atterraggio.[41] Il rientro seguì un compressor stall dopo la partenza, che portò a un guasto motore a circa 8.000 piedi.[42] Il motore restò al minimo per il resto del volo[43] e la procedura QRH del 777 per quel guasto non richiede di scaricare carburante.[44] Atterrare senza alleggerirsi avrebbe imposto la massima inversione di spinta su un solo motore, con più imbardata e meno controllabilità.[45]
Il memo FAA descrive uno scarico iniziato su un'area disabitata a quota adeguata; durante il rientro il volo però sorvolò un'area abitata scendendo a una quota che non permise l'atomizzazione completa.[46] L'equipaggio non si era accorto che il carburante non si atomizzava prima di toccare terra,[47] e non aveva comunicato all'ATC la necessità di scaricare.[48]
Cambiare rotta per volare sull'acqua avrebbe imposto di attraversare di nuovo il terreno elevato con un solo motore.[49] Il carburante cadde su cinque scuole elementari e un liceo,[46] e le squadre di soccorso trattarono circa 60 persone.[50] Delta ha accettato di pagare 78,75 milioni di dollari per chiudere la vertenza.[51] Il caso mostra quanto contino la quota e la comunicazione con l'ATC più dell'impianto in sé.

Domande frequenti

Perché gli aerei scaricano carburante prima di atterrare in emergenza?
Perché il peso massimo all'atterraggio è più basso di quello al decollo, soprattutto per la tenuta di carrello e ali.[1] Scaricare riporta l'aereo sotto il limite ed evita un atterraggio in sovrappeso.

Lo scarico di carburante di un aereo (fuel dumping) in emergenza è legale e chi lo autorizza?
Negli Stati Uniti la FAA non richiede formalmente un permesso, ma i piloti dovrebbero avvisare l'ATC quando possono.[31] In IFR l'ATC assegna una quota di almeno 2.000 piedi sopra l'ostacolo più alto entro 5 miglia dalla rotta.[32]

Il carburante scaricato arriva a terra?
Dipende da quota e temperatura. Per Boeing sopra i 5.000-6.000 piedi vaporizza prima di toccare terra,[3] ma nel modello tedesco con -10 °C al suolo ne raggiunge il suolo il 59%.[29]

Tutti gli aerei possono scaricare carburante?
No. Il Boeing 757 non ha capacità di scarico, perché il suo MLW è simile al MTOW,[16] mentre 747, 787 e A380 possono scaricare dalle estremità alari.[15]

Quanto carburante scarica un aereo e in quanto tempo?
Sul 767 la portata è di 1.200 kg/min con due ugelli e pompe del centrale accese,[18] mentre sul 747 i piloti citano da una a due tonnellate al minuto.[19] La norma richiede un impianto capace di scaricare in 15 minuti carburante sufficiente a tornare ai requisiti di salita.[2]

Cosa succede se un aereo atterra in sovrappeso?
Gli aerei moderni sono progettati per poterlo fare in emergenza, ma servono ispezioni di manutenzione dopo l'atterraggio.[37] La frenata massima aumenta il rischio di cedimento dei freni e di incendio.[52]

Cosa è successo con il volo Delta 89 a Los Angeles nel 2020?
Il volo scaricò carburante scendendo, durante il rientro, a una quota che non permise l'atomizzazione completa sopra un'area abitata.[46] Il carburante cadde su cinque scuole elementari e un liceo,[46] con circa 60 persone trattate.[50]

Fonti

52 riferimenti Mostra
  1. Popular Science - Airplane fuel dumping and landing weight (si apre in una nuova scheda)

    «The max landing weight exists mostly because of structural concerns, such as how strong the landing gear is and the forces on the wings as the plane touches down, Crossley explains.»

  2. 14 CFR 25.1001 - Fuel jettisoning system (si apre in una nuova scheda)

    «If a fuel jettisoning system is required it must be capable of jettisoning enough fuel within 15 minutes»

  3. PRISM research brief - Fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «These studies have shown that, in general, fuel jettisoned above 5,000 to 6,000 feet will completely vaporize before reaching the ground.»

  4. BMU - Kerosin Fuel Dumping (si apre in una nuova scheda)

    «Gemäß den Modellberechnungen treffen bei einer Lufttemperatur am Erdboden von 20 °C ca. 4 % des Präzipitats mit einer maximalen Konzentration von 0,006 g/m² auf der Erdoberfläche auf.»

  5. 14 CFR 25.473 - Landing load conditions and assumptions (si apre in una nuova scheda)

    «With a limit descent velocity of 6 fps at the design take-off weight (the maximum weight for landing conditions at a reduced descent velocity).»

  6. 14 CFR 25.473 - Landing load conditions and assumptions (si apre in una nuova scheda)

    «With a limit descent velocity of 10 fps at the design landing weight (the maximum weight for landing conditions at maximum descent velocity); and»

  7. 14 CFR 25.119 - Landing climb: All-engines-operating (si apre in una nuova scheda)

    «In the landing configuration, the steady gradient of climb may not be less than 3.2 percent»

  8. 14 CFR 25.121 - Climb: One-engine-inoperative (si apre in una nuova scheda)

    «The steady gradient of climb may not be less than 2.1 percent for two-engine airplanes, 2.4 percent for three-engine airplanes, and 2.7 percent for four-engine airplanes»

  9. SmartCockpit - Overweight landing: what to consider (si apre in una nuova scheda)

    «An overweight landing is defined as a landing made at a gross weight in excess of the maximum design (i.e., structural) landing weight for a particular model.»

  10. Fuel fraction (si apre in una nuova scheda)

    «Airliners have a fuel fraction of less than half their takeoff weight, between 26% for medium-haul to 45% for long-haul.»

  11. Fuel dumping (si apre in una nuova scheda)

    «if the ratio between an aircraft's maximum structural takeoff weight and its maximum structural landing weight was greater than 1.05, the aircraft had to have a fuel-dump system installed.»

  12. 14 CFR 25.1001 - Fuel jettisoning system (si apre in una nuova scheda)

    «A fuel jettisoning system must be installed on each airplane unless it is shown that the airplane meets the climb requirements of §§ 25.119 and 25.121(d) at maximum takeoff weight»

  13. EASA CS-25 - Fuel jettisoning system (si apre in una nuova scheda)

    «A fuel jettisoning system must be installed on each aeroplane unless it is shown that the aeroplane meets the climb requirements of CS 25.119 and 25.121(d) at maximum take-off weight»

  14. EASA CS-25 - Fuel jettisoning system (si apre in una nuova scheda)

    «Means must be provided to prevent jettisoning the fuel in the tanks used for take-off and landing below the level allowing climb from sea level to 3048 m (10 000 ft) and thereafter allowing 45 minutes cruise at a speed for maximum range.»

  15. Popular Science - Airplane fuel dumping and landing weight (si apre in una nuova scheda)

    «But big ones like the 747, 787, or A380 can release it from their wingtips.»

  16. Fuel dumping (si apre in una nuova scheda)

    «A Boeing 757 has no fuel-dump capability as its maximum landing weight is similar to the maximum take-off weight.»

  17. Boeing 767 fuel dumping briefing (si apre in una nuova scheda)

    «Discharge nozzles inboard of each outboard aileron - Only operational for the CENTER tank»

  18. Boeing 767 fuel dumping briefing (si apre in una nuova scheda)

    «1200 kg/min. for 2 nozzles (with Center fuel pumps ON) / 600 kg/min. without Center fuel pumps»

  19. Fuel dumping (si apre in una nuova scheda)

    «pilots either quote dump rates ranging within 1–2 tons per minute»

  20. Boeing 767 fuel dumping briefing (si apre in una nuova scheda)

    «Electrical load shedding will occur during fuel jettison»

  21. 14 CFR 25.1001 - Fuel jettisoning system (si apre in una nuova scheda)

    «The fuel discharges clear of any part of the airplane;»

  22. PRISM research brief - Fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «There is no restriction on fuel jettison during an in-flight fire, whether inside or outside the airplane.»

  23. BMU - Kerosin Fuel Dumping (si apre in una nuova scheda)

    «During fuel dumping, the kerosene is spread at high altitudes into a fine droplet mist via high-performance nozzles.»

  24. PRISM research brief - Fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «As fuel is jettisoned, it is rapidly broken up into small droplets, which then vaporize.»

  25. PRISM research brief - Fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «Fuel jettison studies have indicated that the most significant variables related to fuel vaporization are fuel type and outside air temperature.»

  26. FAA update on Delta Flight 89 fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «Delta trains its crews that 4,000’ was recommended as the minimum»

  27. AFIT thesis on JP-8 fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «We conclude that the recommended jettison release altitude for large body aircraft of 6000 meters is adequate.»

  28. PRISM research brief - Fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «Even though fuel is vaporized, it is still suspended in the atmosphere.»

  29. BMU - Kerosin Fuel Dumping (si apre in una nuova scheda)

    «Analog können bei einer Lufttemperatur von -10 °C am Erdboden 59 % des Präzipitats mit einer maximalen Konzentration von ca. 0,16 g/m² den Erdboden erreichen.»

  30. PRISM research brief - Fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «Should it become necessary to dump fuel, the pilot should immediately advise ATC.»

  31. Popular Science - Airplane fuel dumping and landing weight (si apre in una nuova scheda)

    «The FAA notes that pilots don’t technically need to get the administration’s permission to dump their fuel, but they should notify it when they are doing so if they can.»

  32. FAA JO 7110.65 - Fuel dumping (si apre in una nuova scheda)

    «If an aircraft is dumping fuel in IFR conditions, assign an altitude at least 2,000 feet above the highest obstacle within 5 miles of the route or pattern being flown.»

  33. FAA JO 7110.65 - Fuel dumping (si apre in una nuova scheda)

    «Facilities concerned must broadcast an advisory on appropriate radio frequencies at 3-minute intervals until the dumping stops.»

  34. FAA JO 7110.65 - Fuel dumping (si apre in una nuova scheda)

    «Except when it is dumping fuel for emergency reasons, an aircraft in either VFR or IFR conditions may be requested to fly a different route.»

  35. CNN - Delta jet fuel dumping questions (si apre in una nuova scheda)

    «These procedures call for fuel to be dumped over designated unpopulated areas, typically at higher altitudes so the fuel atomizes and disperses before it reaches the ground»

  36. Popular Science - Airplane fuel dumping and landing weight (si apre in una nuova scheda)

    «over the past three years, they know of 47 times that an American airline has dumped fuel somewhere globally»

  37. Fuel dumping (si apre in una nuova scheda)

    «Modern aircraft are designed with possible overweight landings in mind, but this is not done except in cases of emergency, and various maintenance inspections are required afterwards.»

  38. Boeing 767 fuel dumping briefing (si apre in una nuova scheda)

    «Although overweight landings do not necessarily have to cause structural damage if a minimum rate of descent is achieved on landing»

  39. FAA update on Delta Flight 89 fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «Landing at a weight other than what is known and planned for could result in a tail strike, aircraft damage, runway overrun, or loss of control during landing.»

  40. FAA update on Delta Flight 89 fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «Ship 7004 Maximum Takeoff Weight 656,000 lbs.»

  41. FAA update on Delta Flight 89 fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «Landed approximately 65,000 lbs over maximum landing weight»

  42. FAA update on Delta Flight 89 fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «After departure from LAX the crew experienced a compressor stall which lead to an engine failure at around 8,000’ and a subsequent return to LAX.»

  43. FAA update on Delta Flight 89 fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «Engine was operated at idle for the rest of the flight»

  44. FAA update on Delta Flight 89 fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «Boeing B-777 Quick Reference Handbook (QRH), “ENG LIM / SURGE / STALL” procedure does not require fuel dumping»

  45. FAA update on Delta Flight 89 fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «Maximum reverse thrust on only one engine, increases aircraft yaw and decreases controllability.»

  46. FAA update on Delta Flight 89 fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «During the return to LAX, the flight overflew a populated area and descended to an altitude that did not allow for the fuel to fully atomize.»

  47. FAA update on Delta Flight 89 fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «Interviews revealed that the crew was unaware that their fuel was not atomizing prior to reaching the ground»

  48. CNN - Delta jet fuel dumping questions (si apre in una nuova scheda)

    «A review of yesterday’s air traffic control communications shows the Delta Flight 89 crew did not tell air traffic control that they needed to dump fuel,»

  49. FAA update on Delta Flight 89 fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «Changing course in order to fly over water would have required the aircraft to cross over high terrain a second time, on only one engine»

  50. Popular Science - Airplane fuel dumping and landing weight (si apre in una nuova scheda)

    «The Los Angeles Times reported that 60 people—including at least 20 children—received treatment after the incident.»

  51. One Mile at a Time - Delta pays for fuel dumping incident (si apre in una nuova scheda)

    «Delta has agreed to settle and pay $78.75 million.»

  52. FAA update on Delta Flight 89 fuel jettison (si apre in una nuova scheda)

    «Maximum braking during an overweight landing increases the risk of brake failure and fire.»