Testy niszczące samolotów Douglas DC-7 i Lockheed Constellation a katastrofa Tu-154M w Smoleńsku

Testy niszczące samolotów Douglas DC-7 i Lockheed Constellation a katastrofa Tu-154M w Smoleńsku Marek Czachor Politechnika Gdańska Konferencja Smoleńska, Warszawa 22.10.2012

Motywacja do eksperymentu:

Skrzydła pocięte przez drzewa lecz kadłub w dobrym stanie 76 ofiar (na skutek pożaru), 3 członków załogi ocalało Prędkość samolotu ok. 170 km/h

Problem 1 Przyśpieszenia pionowe (Lockheed Constellation vs. Tu-154)

Test niszczący samolotu Lockheed Constellation (1963-65) Prędkość samolotu 57,6 m/s = 207,4 km/h Trzy fazy eksperymentu #1 Urwanie podwozia i zniszczenie skrzydeł

#2 Uderzenie w stok o nachyleniu 6 stopni

#3 Uderzenie w stok o nachyleniu 20 stopni

Przyśpieszenia w środku ciężkości LC [1Gs = 1g] Biała linia pasażer (manekin) Kolorowa linia - fotel Raport MAK: Przyśpieszenie środka masy Tu-154M #1 #2 1g #3 Brak zapisu

Brak zapisu

Stan LC po zakończeniu testu (skrzydła zniszczone, kadłub w dobrym stanie, pomimo 50g)

Wniosek: Przyspieszenia z raportu MAK (amplituda rzędu 1g) są zbyt słabe jak na zapis wstrząsów rozrywających kadłub. Otwarte pozostaje pytanie o eksplozję jako źródło zniszczeń Tu-154M w Smoleńsku. Katastrofa DC-10, 25.05.1979, USA Uderzenie w pozycji odwróconej połączone z eksplozja paliwa

Katastrofa DC-9, 16.08.1987, USA Upadek w pozycji odwróconej połączony z uderzeniem w betonowy most na autostradzie i eksplozją paliwa

Problem 2 Lot oderwanej końcówki skrzydła (Douglas DC-7 vs. Tu-154)

Czy warto jeszcze rozważać zderzenie z brzozą? Położenie wg danych z wysokościomierza barometrycznego odczytanych z wizualizacji KBWL LP (obliczenia K. Nowaczyka) 20 m (wysokość czujników wysokościomierza barometrycznego) 14 m (końcówka skrzydła wg wysokości barycznych odczytanych z wizualizacji) 5m

Czy warto jeszcze rozważać zderzenie z brzozą? Położenie wg danych z wysokościomierza barometrycznego odczytanych z wizualizacji KBWL LP (obliczenia K. Nowaczyka) ±4 m to systematyczny błąd przyjęty w analizie K.Nowaczyka, na podstawie błędu 1hP odczytu ciśnienia; pomijamy przechylenie na lewe skrzydło i inne błędy systematyczne ±4 m 14 m (końcówka skrzydła wg wysokości barycznych odczytanych z wizualizacji) 5m

Czy warto jeszcze rozważać zderzenie z brzozą? Położenie wg danych z wysokościomierza barometrycznego odczytanych z wizualizacji KBWL LP (obliczenia K. Nowaczyka) Wg [1] ±6 m to błąd odczytu typowy dla wysokościomierza mechanicznego; dla air-data computer artykuł wspomina o ±15 m. W raporcie z badania zderzenia Tu-154M i Boeinga 757 [2] przyjęto błąd air-data computer ±25 ft = ±7,62 m ±6 m 5m [1] J. Cizmar, M. Andrle, Accuracy of aircraft barometric altimeters, Cybernetic Letters (2006) [2] Investigation Report AX 001-1-2/02, BFU, maj 2004 http://pl.scribd.com/doc/53295413/41/acas-tcas

Uwagi: Rejestrator ATM-QAR rejestrował wysokość baryczną z rozdzielczością ok. 60 m, więc nie mógł być źródłem danych użytych w wizualizacji. Być może pochodzą one z tzw. rosyjskich czarnych skrzynek - te dane ponoć mają dużo błędów z racji na zwykły analogowy charakter zapisu i uszkodzenie taśmy. Trudno powyższą wizualizację uznać za dowód, że Tu-154M w Smoleńsku nie miał kontaktu z brzozą.

Uwagi: Rejestrator ATM-QAR rejestrował wysokość baryczną z rozdzielczością ok. 60 m, więc nie mógł być źródłem danych użytych w wizualizacji. Być może pochodzą one z tzw. rosyjskich czarnych skrzynek - te dane ponoć mają dużo błędów z racji na zwykły analogowy charakter zapisu i uszkodzenie taśmy. Trudno powyższą wizualizację uznać za dowód, że Tu-154M w Smoleńsku nie miał kontaktu z brzozą. A jeżeli miał kontakt, to czego na temat zderzenia skrzydło-drzewo możemy dowiedzieć się na podstawie amerykańskiego eksperymentu z 1963 r.?

http://www.ostatnilotraport.pl/mapa_siewiernyj.asp

Interpretacja S.Amielina Pytania: Czy oderwana końcówka mogła ominąć te drzewa? Czy mogła odpaść dopiero 1,5 sekundy za brzozą, jak sugeruje ekspertyza ATM?

Test niszczący samolotu Douglas DC-7 (1963-65) Prędkość samolotu 71,5 m/s = 257,5 km/h Oderwało się ok. 3,7 m skrzydła

Końcówkę skrzydła znaleziono ok. 135 m za miejscem zderzenia

Długość samolotu 34,21 m Mniej więcej ta faza Ułamana końcówka po ok. 25 m (ok. 1/3 s) znajduje się już nad pozostałą częścią skrzydła

Jak tu z odległościami? Jest dość miejsca? Uderzenie wg Millera Ki er un ek pr om i en is łon ec zn yc h

eckiego i in si O tu lo o eg ni at st O Trajektoria wg ńcówki skrzydła. ko ie aw st od p na a on Ustal Brzoza.

Wydaje się, że końcówka mogła mieć czas (góra 1/2 sekundy) na zmieszczenie się w jednej z potencjalnych przecinek w koronie drzewa?

Uwaga: Jak podstawić wysokości radiowe z raportów MAK i KBWL LP to wygląda to tak MAK KBWL LP (por. referat M. Dąbrowskiego na Konferencji Smoleńskiej) Problem do zbadania eksperymentalnego: Czy wysokość radiowa może być tak zaniżona w sytuacji gdy kadłub samolotu przelatuje przez koronę drzewa (bez liści)? Odczyty radiowysokościomierza następują co 1/2 sekundy = ok. 38 m Jest to mniej więcej odległość od brzozy do tego pasma drzew.

Dygresja Kąt natarcia a niszczenie skrzydła

Płaszczyzna ruchu w symulacji Kąt natarcia = 0 (przynajmniej w znanych symulacjach)

Płaszczyzna ruchu Tu-154 w Smoleńsku Kąt natarcia > 0 Płaszczyzna ruchu w symulacji Kąt natarcia = 0 (przynajmniej w znanych symulacjach)

Ciśnienie ok 0.5 T/m2 Płaszczyzna ruchu Tu-154 w Smoleńsku Płaszczyzna ruchu w symulacji Kąt natarcia = 0 (przynajmniej w znanych symulacjach)

Ciśnienie ok 0.5 T/m2 Płaszczyzna ruchu Tu-154 w Smoleńsku Przy niezerowym kącie natarcia dolna część złamanego drzewa powinna ciąć dolną część poszycia oraz powiny pojawić się drgania skrzydła na skutek uderzenia od dołu. Trzeba uwzględnić dodatkowe efekty Siła nośna działająca na górną część poszycia od dołu To samo zjawisko zrywa dachy domów podczas huraganu

Ciśnienie ok 0.5 T/m2 Płaszczyzna ruchu Tu-154 w Smoleńsku Przy niezerowym kącie natarcia dolna część złamanego drzewa powinna ciąć dolną część poszycia oraz powiny pojawić się drgania skrzydła na skutek uderzenia od dołu. Trzeba uwzględnić dodatkowe efekty Siła nośna działająca na górną część poszycia od dołu Zjawisko zaobserwowane przy twardym lądowaniu Herculesa C-130

Problem 3 Miejsce urwania skrzydła (DC-7 vs. Tu-154)

Z opracowania Marka Dąbrowskiego Uderzenie w skrzydło nie mogło nastąpić dokładnie w miejscu ułamania końcówki, bo slot nie jest zniszczony

Jak to wygląda dla DC-7?

Słup nie jest w stanie ściąć pierwszej podłużnicy skrzydła DC-7 Końcówka skrzydła nie odpada w miejscu kolizji ze słupem Skrzydło jest ukręcane przez siły oporu (samolot przemieszcza się w tym czasie ok. 20 m)

Rys. M. Dąbrowski Tu-154: Miejsce uderzenia? DC-7: Pozostałość po słupie = miejsce uderzenia

Problem 4 Przewracanie się drzewa (DC-7 i LC vs. Tu-154)

Lockheed Constellation Prędkość samolotu 207,4 km/h Douglas DC-7 (1963-65) Prędkość samolotu 257,5 km/h

Lockheed Constellation (do tyłu) Douglas DC-7 (do przodu) Smoleńsk (w bok, w prawo)

Do sprawdzenia: Wpływ wiru powstającgo za końcówką skrzydła

Do sprawdzenia: Wpływ wiru powstającgo za końcówką skrzydła oraz odrzutu gazów wylotowych z silników

Co dalej? Chyba najtaniej jest zrobić test niszczący Tu-154M (ale nie bliźniaczego 102!) Eksperyment brytyjski (TV Channel 4, Boeing 727): 1 milion funtów = 5 milionów złotych

Inne kwestie do rozważenia Przeprowadzić symulacje zderzenia z brzozą uwzględniające opory powietrza (ukręcanie uszkodzonego skrzydła, wyrywanie górnej części poszycia przy rozcięciu skrzydła od dołu) Przeprowadzić symulację lotu końcówki skrzydła z uwzględnieniem pozycji slotu i lotki, drzew i przemieszczającej się bryły samolotu Przeprowadzić symulację zniszczenia drzewa z uwzglednieniem gałęzi, liści, odrzutu silników i wirów powstających za skrzydłem

Inne kwestie do rozważenia W symulacjach uwzględniać rzeczywistą konstrukcję skrzydła (zbadać bliźniaczego 102) Przeprowadzić analizę trajektorii pionowej w oparciu o dane z ATM-QAR i ślady na drzewach Srawdzić spójność innych danych dotyczących trajektorii (np. prędkość średnią samolotu) Uzyskać dalsze dane z TAWS...