W poprzedniej notce doszedłem w moich rozważaniach do momentu zderzenia TU154M z brzozą i odłamania końcówki lewego skrzydła, która zawirowaniami powstającymi zawsze za płatami nośnymi samolotu, mogła zostać odrzucona na prawą stronę toru lotu samolotu.
Po dokładniejszym przestudiowaniu obliczeń i argumentacji Profesora Artymowicza w jego Artykule MechAv2012.pdf i notce na Salonie24: 30. Aerodynamika beczki smoleńskiej najprościej, jak można muszę z żalem przyznać, że zrobiłem to (dokładniejsze przeczytanie) zbyt późno. Obliczenia, argumenty i wykresy (szczególnie rys.7 w MechAV) profesora Artymowicza potwierdzają to co napisałem w poprzedniej notce o odłamanym końcu lewego skrzydła. Nie będę już robił dopisków w tamtej notce, z poprzednią zrobiłem już dość zamieszania. Pomijając jednak moją ogólną zgodę z większością założeń, wywodów, obliczeń i wniosków Profesora Artymowicza, dłuższy okres zadumy wywołało u mnie wytłuszczone w notce, zdanie Pana Profesora:
"Ten rozdział to kropka nad "i" w modelowaniu beczki."
Przyznam szczerze, że takie stwierdzenie nigdy nie przyszło mi do głowy, nawet w odczytach i pracach, gdzie byłem 'betonowo' pewien tego, co mówiłem, nawet wtedy, kiedy po ostatnim słowie mojego odczytu na sali rozlegała się grobowa cisza. Ale to temat z innej 'beczki'. Istnieją, co prawda języki, w których niektóre głoski mają nad sobą dwie kropki, załóżmy zatem, że w przypadku "i" też się zdarza. Ponadto dyskusja tutaj nie toczy się na tematy lingwistyczne.
Wracamy zatem do brzozy.
Mam nadzieję, że Profesor Artymowicz przyzna mi rację, że jedną z największych trudności w matematycznych opisach procesów fizycznych, a w modelowaniu tychże szczególnie, stanowią stany nieustalone. Stany te charakteryzują się tym, że parametry opisujące stan układu zmieniają się w czasie według trudnych do opisu matematycznego czynników zewnętrznych. A lot TU154M od momentu uderzenia w brzozę jest ciągiem stanów nieustalonych, albo jednym ciągłym stanem nieustalonym. Stąd do zasadniczo spójnych i logicznych obliczeń i argumentów Profesora Artymowicza mam do dodania dwie kwestie.
Pierwszy problem to pytanie:
- czy sama utrata powierzchni nośnej lewego skrzydła i wynikająca z niej różnica wartości siły nośnej lewego i prawego skrzydła była jedyną siłą sprawczą 'szybkiej pół-beczki smoleńskiej'?
Drugi problem to moment przyziemienia samolotu:
- w jakiej pozycji i w jakim układzie dynamicznym nastąpiło przyziemienie kadłuba (to takie przyjemniejsze wyrażenie niż 'uderzenie w ziemię', bo w środku siedzi setka ludzi)
Zbliżamy się zatem do brzozy. Samolot lecący na niewielkiej wysokości uderza lewym skrzydłem w drzewo. Odłamane skrzydło odlatuje 'w prawo-w górę'. W momencie uderzenia samolot jest w pozycji wznoszenia, czyli statecznik na długości dźwigni od środka ciężkości 'dogniata' ogon powodując niewielki wzrost kąta natarcia. Uderzenie powoduje też niewielką zmianę kierunku lotu, ale ważniejszym efektem jest podnoszenie prawego skrzydła. Przed uderzeniem w brzozę samolot na małej wysokości leci na poduszce efektu przyziemnego, przez co w momencie utraty końcówki lewego skrzydła efekt 'podbicia' skrzydła prawego był większy, niż by to miało miejsce na większej wysokości. W pierwszych metrach lotu za brzozą samolot leci więc w pozycji płaskiego zakrętu ze wznoszeniem, który potem szybko przechodzi w pół-beczkę.
I tutaj dochodzę do pierwszego z powyższych dwóch punktów, którymi chciałbym uzupełnić rozważania profesora Artymowicza.
Brzoza nie była tylko powodem odłamania końcówki skrzydła, ale zakłóciła też znacznie sam opływ strug powietrza wokół lewego skrzydła. Moment sił obracających samolot wokół osi podłużnej był zatem większy, niż by to wynikało z czystej różnicy powierzchni skrzydeł. Ta sytuacja utrzymuje się też w dalszym locie. Przez przechył samolotu prawe skrzydło jest w pozycji uprzywilejowanej aerodynamicznie w stosunku do lewego. Podczas dalszego lotu lewe skrzydło 'przycina' więcej gałęzi i na niższej wysokości niż prawe. Stąd i zakłócenia opływu i utrata siły nośnej są zawsze większe na lewym skrzydle. Efektem jest pogłębienie zakrętu i przejście w beczkę. Od momentu uderzenia w brzozę samolot staje sie zatem niesterowny. Jest to ten sam efekt jak poślizg samochodem na lodzie. Żadne kręcenie kierownicą już nie pomaga, gdyż siły niezbędne do korekty kursu są już poza zakresem układu sterowania.
Realnie rzecz ujmując to, co rozumiemy pod pojęciem lotu aerodynamicznego statku powietrznego dla TU145M w dniu 10.04.2010 zakończyło się ostatecznie w punkcie 170 metrów za brzozą. Dalsze przemieszczanie samolotu nad terenem musimy rozpatrywać już tylko jako rzut ukośny samolotu obracającego się wokół osi podłużnej. Siła nośna płatów rozumiana jako siła przeciwdziałająca sile grawitacji, przestała istnieć. Opływ powietrza wokół płatów ustawionych na dużych kątach przechylenia ma wpływ tylko na zmianę 'kierunku rzutu' samolotem. Stąd głębsze rozważania pt. "yaw prawy", "yaw lewy", jawią mi się jako pozbawione nieco realnych przesłanek i potrzeb od chwili, kiedy rozważany problem sprowadza się już tylko do zasad zachowania pędu.
Myślę, że obliczenia profesora Artymowicza uzupełnione o opisane wyżej zjawiska wykazują, ze szybka pół-beczka była fizycznie możliwa (fizycznie wręcz nieunikniona) i lot tak właśnie się zakończył.
Rozpatrzmy teraz moment pierwszego kontaktu samolotu z ziemią. Po przejściu płaskiego zakrętu w w półbeczkę, samolot podwoziem do góry zbliża się do ziemi. Żeby długo nie walczyć z Photoshopem, zdjąłem poniższy rysunek z symulacji profesora Artymowicza.
Pierwszym elementem samolotu, który ma kontakt z ziemią w locie na plecach jest statecznik. W momencie kontaktu z podłożem pojawia się punkt podparcia P oddalony od środka ciężkości samolotu o wysokość statecznika hs. Siła hamowania statecznikiem o podłoże powoduje powstanie momentu obrotowego względem punktu P. Tor lotu środka ciężkości samolotu staje się bardziej stromy i przód samolotu zbliża się prędzej do ziemi niż konsola silników. W efekcie tego obrotu, po oderwaniu statecznika i konsoli silników jako pierwsza z całego kadłuba samolotu kontakt z ziemią ma kabina pilotów, przy niewielkim kącie uderzenia całego kadłuba w podłoże.
W tym miejscu kilka słów o konstrukcji kadłuba samolotu. Cała konstrukcja mechaniczna samolotu ma za zadanie przenoszenie sił występujących przy starcie i w czasie lotu. Siły te działają od dołu i niewielka ich część zamyka się przez poszycie dachu kabiny. Dlatego też górne poszycie robione jest tak, żeby wytrzymało niewielkie obciążenia i było jak najlżejsze.
Znany jest przypadek, kiedy kilka metrów kwadratowych z poszycia kabiny "odleciało" w powietrzu, a samolot wylądował bez problemów.
W momencie upadku TU154M cały ciężar samolotu uderza z dużą prędkością najsłabszą stroną konstrukcji o ziemię. Skorupowa konstrukcja dachu kabiny załamuje się szybko po przekroczeniu zakresu wytrzymałości dachu. Kabina jest zamkniętą komorą, stąd po płaskim upadku, przygnieciona całym ciężarem samolotu, jej poszycie mogło pęknąć jak nadmuchana i uderzona torba od cukru, pozostawiając ślady 'niby wybuchu' i powyrywane nity.
Kokpit jako pierwszy uderzył o ziemię, stąd siłą rzeczy największe naprężenia łamiące w kadłubie wystąpiły w okolicach grodzi kokpit-kabina. W efekcie działania tych sił kokpit mógł zostać odłamany i odbity od ziemi, resztką ruchu obrotowego beczki kilka metrów dalej, obrócił się do pozycji normalnej.
Na razie wystarczy. Żegnam
