Fizyka Smoleńska
Piszę o rzeczach pięknych: fizyce, lotnictwie, wszechświecie i superkomputerach. Ale też o smutnych: wyjaśniam katastrofę smoleńską, odsłaniam manipulacje oszustów politycznych i nieuków, ich pseudonaukę o nazwie "fizyka smoleńska". Fot.: lot w AZ/UT
113 obserwujących
87 notek
895k odsłon
  1377   1

74. Telefon satelitarny, 75. Fizyczne skutki uderzenia w ziemię

  Rozdział 74:    TELEFON  SATELITARNY  SIECI  INMARSAT

Pamięć telefonu Aero-HSD+ przez który rozmawiali bracia Kaczyńscy niedługo przed feralnym końcem lotu PLF 101, przetrwała katastrofę. Treść automatycznych zapisów telefonu świadczy o tym, że urządzenia pokładowe tupolewa nr. 101 miały nieprzerwane zasilanie z sieci elektrycznej samolotu do samego momentu jego fragmentacji na polu rozpadu. To kolejny dowód materialny wykluczający politycznie motywowane oszustwa "podkomisji" PiS o tym, jakoby w samolocie nastąpiła seria wybuchów i doznał on fragmentacji w powietrzu.

Zachowały się dobrze dwa bloki główne telefonu satelitarnego sieci Inmarsat, AERO-HSD+ Thrane&Thrane. Telefon jest zasilany prądownicą samolotu i tylko w przypadku przerwania zasilania przełącza się na własną baterię, zapisując ostrzeżenie o tym w logfile. W logfile'ach bloków HSD i H+ nie ma śladu przerwania zasilania samolotowego nawet w czase zderzeń PLF 101  z drzewami,  do momentu następującego krótką chwilę po katastrofalnym w skutkach przyziemieniu. 

10.04.2010 06:41:03.481 WARNING:* Idle:1:Power fail event 1: VIN bad (PFH disabled)
10.04.2010 06:41:03.530 WARNING:* iTM:1:Power fail event 2: power fail (PFH disabled)

10.04.2010 06:41:05.808 WARNING:* Idle:0:Power fail event 1: VIN bad
10.04.2010 06:41:05.857 WARNING:* HpaOut:0:Power fail event 2: power fail.

Zasilanie samolotowe telefomu przetrwało cały "zamach" i wielokrotne wybuchy postulowane przez oszustów z PiS. Zobacz cały tekst o telefonie satelitarnym tutaj.

Nic dziwnego, że gdy po szczegółowej analizie przeprowadzonej na podstawie przekazanych im oryginalnych danych o wypadku swe opinie złożyli Macierewiczowi w grudniu 2019 r. i styczniu 2020 r.  eksperci angielskiej i szwedzkiej komisji badania wypadków lotniczych:  Christopher Prothero, Goran Lilja oraz Christer Magnusson,  Antoni M panicznie ukrywa te ekspertyzy, gdyż prawda w nich zawarta odsłania jego matactwa. Powinien zresztą zostać postawiony przed sądem w związku z nielegalnymi naciskami i próbami wymuszania zmiany ich opinii. Ale to jest Polska. A teraz przejdźmy do technicznej analizy przeciążeń i szans przeżycia pasażerów, której nie pozwala mi mimo 3 publikacji i 7 listów do redakcji umieścić w dziale kwS administracja.


  Rozdział 75:      CZY  PASAŻEROWIE  MOGLI  PRZEŻYĆ  KATASTROFĘ  PLF 101?

Zasadniczym pytaniem w każdej dużej katastrofie jest "dlaczego ludzie zginęli". Nie wchodząc w szczegóły stanu konkretnych ciał (to robi w salonie24 stanzag, zakładam że dobrze), rozważymy często wspominaną kwestię czy pasażerowie mogli przeżyć katastrofę smoleńską w warunkach fizycznych towarzyszących spadkowi PLF 101 na ziemię. Oszacujemy przyspieszenia.  W ich analizie bywały w przeszłości robione rażące, grube błędy. Przeanalizujemy też inne warunki konieczne do przeżycia. To wyczerpująco odpowie na tytułowe pytanie. Wypadek smoleński był, jak mawia NTSB, unsurvivable, tj. nie dający możliwości przeżycia.

  75.1.  SPADEK  NA  ZIEMIĘ.  SKŁADOWE  PRĘDKOŚCI:  70 m/s  i  20 m/s

Zgodnie z fizycznymi obliczeniami trajektorii zaprezentowanymi w rozdz 30 , 32 i 33, zderzenie PLF 101 z ziemią zaszło przy ułożeniu kadłuba pod kątem -6 stopni do horyzontu, ze składowymi prędkości ok. 70 m/s poziomo i ok. 20 m/s pionowo. Skąd taka duża wartość prędkości pionowej? Stąd, że mimo iż kąt natarcia spadł pod koniec lotu PLF 101 z dużych wartości tuż za brzozą Bodina przekraczających 12 stopni (gdy było duże pochylenie kadłuba i produkowane były znaczne przeciążenia (ściślej: obciążenia) równe 1.36 g za brzozą Bodina, do małych wartości (-2 stopnie), to cały czas skrzydła wytwarzały siłę aerodynamiczną skierowaną normalnie tj. wciskającą pasażerów w fotel (obciążenie ~0.4 g). [Z definicji AoA wynika, że w TU-154 z klapami 36 stopni dopiero przy AoA poniżej  -6.5 stopnia siła aerodynamiczna pcha kadłub samolotu "w dół", w kierunku podłogi a nie sufitu.] Czyli spadek z maksymalnego wzniesienia samolotu  koło autokomisu między ul. Gubienko a ul. Kutuzowa nie był spadkiem swobodnym, a spadkiem nieco przyspieszonym przez siłę nośną skierowaną w dół, przewyższającą opór. W momencie pierwszego kontaktu lewego kikuta skrzydła i statecznika pionowego Vz = -18 m/s, ale gdy duża część kadłuba uderzała w ziemię, było już Vz = -20 m/s. To tak, jakby samolot został zrzucony swobodnie z wysokości Vz2/2g = 20 m, czyli piątego piętra. To dużo więcej niż w jakichkolwiek testach FAA, gdzie największe badane prędkości wynosiły Vz = 35 ft/s ~ 10 m/s (jak w spadku swobodnym z wys. 5 m). W Uzupełnieniu podaję uzasadnienie skalowania przeciążeń z prędkością typu a ~ Vz3/2. Wg tej zależności, spadek w Smoleńsku powinien skutkować 3 razy większymi przyspieszeniami działającymi na pasażerów niż w najbardziej destrukcyjnych testach FAA/NASA. Dodatkowo, nigdy nie były testowane spadki w pozycji odwróconej, a to jak zobaczymy poniżej ma bardzo poważne konsekwencje.

  75.2.  MYLNE  OSZACOWANIA  PRZYSPIESZEŃ


To klasyczne zagadnienie smoleńskie, na którym rozłożyli się nie tylko (1) Macierewicz wraz z podkomisarzami ludowymi,  (2) ludzie niezbyt normalni twierdzący, iż "nie było żadnej katastrofy", (3) nowy ekspert Gazety Polskiej (ros. palacz kotłowy i pisarz Sołonin), ale także i (4) minister Miller i jego komisjanci rozmawiający o przyspieszeniach w nagraniach z posiedzeń KBWLLP.  Oto wzorzec błędnego  oszacowania, powielany w salonie24:

"Chcę oszacować przyspieszenie a, czyli F/m. Siła F=ma  razy  droga hamowania S  to praca, zmiana energii. Chodzi tu o zmianę en. kinetycznej z   mV2/2  do zera, gdzie V to prędkość początkowa ruchu poziomego (V~70 m/s).  Zatem  aS = V2/2.  Średnie przyspieszenie równe jest więc  a = V2/(2S).  Średnia droga hamowania części samolotu była rzędu 100 m, ponieważ taki jest odstęp od pierwszych bruzd  w ziemi do środka pola rozpadu. Wychodzi a =  702/200 m/s2 ~ 2.5 g. Raporty komisji badania wypadków kłamią, że  a ~ 100 g!"

Pomyłka bierze się z pokręcenia pionu z poziomem i ze złej wartości S. Zamiast brać drogę hamowania elementów samolotu i części ciał pasażerów w kierunku pionowym (najkrótszego hamowania), błędne rozumowanie rozważa tylko hamowanie w kierunku poziomym. Nawet w tym kierunku oszacowanie opiera się na błędnej średniej, nie uwzględniając że hamowanie w poziomie było niejednostajne, osiągało najbardziej znaczące wartości przy lokalnym hamowaniu na przeszkodach i nierównościach terenu, a także podczas wyginania konstrukcji, Mylnie wzięto zatem średnią wartość S~100 m zamiast poprawniejszą S~2 m opisującą największą średnią krótkookresową.  Prawidłowe oszacowanie różni się od nieprawidłowego o dwa rzędy wielkości.

  75.3.  SZACOWANIE  PRZYSPIESZEŃ  CZĘŚCI  SAMOLOTU

Policzmy najpierw jakie przyspieszenia działały w związku z dużym uderzeniem pionowym w grunt na samolot, kiedy jeszcze był w całości i mało zdeformowany. Nota bene, nie będę purystą i nie będę rozróżniał 'przyspieszeń' od 'opóźnień' (ani 'kadłuba' od 'części kadłuba' - wiadomo z opisu świadków naocznych, że kadłub natychmiast po upadku przerwał się na trzy a potem więcej części). Gliniasty grunt smoleński poddawał się silnemu uderzeniu w modzie deformacji nie takiej jak wtedy kiedy kładziemy się na ziemi lub po niej skaczemy, elastycznej, lecz deformacji plastycznej. Grunt osiągnął maksymalne naprężenie σ, po czym przy stałym naprężeniu σ odkształcał się dalej plastycznie. Naprężenie quasi-statyczne ma wartość rzędu σ ~ 1 MN/m2, tj. 1 MPa. (Omawiałem dokładnie geotechnikę gruntów przy okazji problemu wbijania drzwi 2L. Polecam ilustracje z pomiarów naprężenia plastycznego w rozdz. 68.)

Dodatkowo, są też efekty związane z ruchem: szybkość deformacji materiału daje człon naprężenia proporcjonalny do kwadratu prędkości, zwany członem inercjalnym, równy ρv2/2 (wartość ta odpowiada dosłownie ciśnieniu dynamicznemu plastycznego gruntu o gęstości ρ i została po raz pierwszy opisana przez Newtona). Sumując dwa człony, otrzymujemy przyspieszenie takie, jak w opracowaniu Jean V. Poncelet'a (Cours De Mechanique Industrielle, wyd. 1sze,  1829) gdzie omawia głębokości penetracji pocisków w ziemi:

a = (σ +  ρ v2/2) (A/M) = (σ A/M) [1 + ρv2/2σ]                                          (1)

gdzie A/M jest stosunkiem powierzchni kadłuba do jego masy (weźmiemy orientacyjne, okrągłe liczby 60 ton masy i 60 m2 powierzchni styczności z ziemią). Jeśli chodzi o człon inercjalny, kwadratowy w prędkości, to jego forma odpowiada przyjęciu współczynnika Ponceleta C=1/2, równoważnego współczynnikowi oporu czołowego Cd=1 (por. Bless, Omidvar & Iskander, https://aip.scitation.org/doi/pdf/10.1063/1.5044920 ; to praca o oporze ruchu w suchym piasku, lecz człon inercjalny jest taki sam i w przypadku mokrej gliny i każdego upłynnionego naprężeniem gruntu). Naprężenie plastyczne przekracza czterokrotnie efekt inercjalny przy v = Vz = -20 m/s, w nawiasie kwadratowym wzoru (1) mamy wtedy wartość 1 + 1/4. Dla uproszczenia pominę więc efekt inercjalny zależny od v (oszacowania nie są aż tak dokładne by to uwzględniać, mamy bowiem sporą nieoznaczoność iloczynu σA). Minimalne przyspieszenie, zaniedbujące umiarkowane efekty inercjalne gruntu przybiera postać

a ~ σA/M ~ 1000 m/s2 ~ 100 g.

Pionowe uderzenie w grunt smoleński powoduje przyspieszenia na strukturze samolotu co najmniej rzędu 100g (z dokładnością do czynnika 2). Zauważmy przy okazji, że to odpowiada prędkości pocz. 20 m/s i drodze jednostajnego hamowania S = 0.2 m, co faktycznie jest bliskie średniej głębokości, na którą grunt ugiął się pod samolotem (por. tekst  o braku krateru).

Uwzględnimy dwa czynniki mające przeciwny wpływ na przyspieszenia. Pierwszy taki, że droga hamowania ruchu pionowego foteli pasażerów może być większa niż plastyczne wgłębienie pozostawiane przez sztywny kadłub w gruncie. Chodzi o

Amortyzujące działanie struktury kabiny pasażerów - przypadek idealny

Ponieważ struktura kadłuba też staje się plastyczna, gnie się i rozrywa, pochłania część energii spadku zmniejszając przeciążenia. Największa, optymalna deformacja, która daje najdłuższą możliwą drogę hamowania i jednocześnie nie zgniecie pasażerów w odwróconym samolocie, jest rzędu ~1 m, ale taka wartość jest mało prawdopodobna (dlaczego bowiem faktyczne wgięcie wręg o średnicy 4 m nie miałoby być 0.25 m albo 3 m?)  Z ostatecznymi wnioskami musimy zaczekać do podrozdziału traktującego o tym co dzieje się z fotelami lotniczymi. A tu sumując 20 cm zagłębienia w gruncie i prawdopodobnie jeszcze  bezpieczne ze względu na możliwość zgniecenia pasażerów gięcie konstrukcji nad ich głowami o wartość 3 razy większą, możemy oszacować że absolutne minimum przeciążenia podłogi kabiny pasażerskiej mogło wynosić    a ~ (20 m/s)2/(2*0.80m) ~ 25 g  w nierealistycznym przypadku, jak będę argumentował niżej, gdy gięcie konstrukcji wydłuża znacznie drogę hamowania gdyż jest duże, prawie tak duże, iż zgniata pasażerów. To przypadek idealny przy spadku odwróconym, na który samoloty NIE są projektowane i takie gięcie w Smoleńsku nie wystąpiło, o czym świadczy stan ofiar wypadku. Po prostu chciałem pokazać, że nawet  minimalne przeciążenie konstrukcji foteli jest zabójcze (por. podrozdz. 75.4).

Ruch poziomy

To drugi efekt, który trzeba uwzględnić. Około 12-krotnie większa energia związana jest z ruchem poziomym, dotychczas przez nas zaniedbanym. Hamowanie ruchu poziomego było bardzo nierównomierne. Hamowanie  samolotu na płaskiej płycie lotniska hipotetycznymi najlepszymi hamulcami i oponami świata (dającymi opóźnienie ~1g), albo ślizganie się po ziemi ze wsp. tarcia  równym 1, dającym opóźnienie 1g , odbyłoby się na drodze znacznie większej niż odległość centrum wrakowiska od pierwszych bruzd na ziemi: s ~ (V2/2g) ~ 250 m >>  ~100 m. To argument, że w Smoleńsku ślizg zasadniczych części samolotu po ziemi był przerywany nagłymi epizodami uderzeń w przeszkody. Jest to tym bardziej prawdą, jeśli kontakt części samolotu z ziemią nie był ciągle utrzymany (np. następowały odbicia od ziemi i część drogi odbywała się z małym przyspieszeniem w powietrzu). Nie będziemy nigdy w stanie odtworzyć położeń drzew i pagórków w oryginalnym lesie sprzed 10 kwietnia 2010 r., dlatego trudno powiedzieć coś więcej konkretnie. Wiadomo jednak, że gdy część samolotu lub ciało człowieka napotyka na przeszkodę (np. drzewo) dającą drogę hamowania x  ~ 0.5 m z prędkości pocz. V = 70 m/s, wtedy przyspieszenie może sięgać

ax ~ (V2/2x) ~ 5000 m/s2 ~ 50 g.

Zaś te części, które zakopują się z dużą prędkością w ziemię w nierównym terenie albo są zanurzane pod grunt w wyniku działania składowej pionowej siły, będą miały decydujący wkład od czynnika inercjalnego w równaniu (1). Przy gęstości gruntu 1700 kg/m3 i przyjmując przykładowo sektor kadłuba o długości 4 m i przekroju uderzającego w ziemię A = 2.5 m2  (20% całego przekroju kołowego),  M  = 3400 kg, otrzymamy większe przyspieszenie, mające inne źródło fizyczne

axz  ~ (A/M) (ρV2/2) ~ (2.5/3400) 1700 *  2500 m/s2 ~ 300 g

co wskazuje na natychmiastową destrukcję segmentu. Zatem rozważywszy proces ostrego hamowania części samolotu wbijanych w ziemie przez ruch w pionie i w poziomie, możemy być pewni, że przyspieszenia mierzone na elementach konstrukcyjnych i fotelach zamocowanych na sztywno na podłodze,  w czasie fragmentacji samolotu byłyby typowo rzędu 100 g.

  75.4.  PRZYSPIESZENIA  CIAŁ  PASAŻERÓW

NASA wraz z FAA badały wielokrotnie jakim przyspieszeniom poddane są manekiny testowe. Releguję do Uzupełnienia opis zrzucanych pionowo w eksperymentach sekcji kadłubów i niektórych doświadczeń z rozbijaniem całych samolotów. Wiedza uzyskana w tych badaniach pozwala ocenić, że przyspieszenia ciał ludzi są proporcjonalne do przyspieszeń na elementach konstrukcyjnych samolotu, a współczynnik proporcjonalności zależy od tego w którym kierunku fotel lotniczy jet przyspieszany, czy pozostaje zamocowany do podłogi, czy pasażer jest mocno przypięty pasem do fotela, czy odwrotnie - ma pas za bardzo poluzowany. A te rzeczy są inne w przypadku normalnego i odwróconego do góry kołami spadku samolotu na ziemię. Odwróconych upadków nigdy nie testowano. Dlatego liczby podane w Uzupełnieniu nie są wiarygodnym oszacowaniem wypadku smoleńskiego. Dochodziły one jednak typowo do wartości kilkudziesięciu g,  maksymalnie nawet większych (100g!), w doświadczeniach gdzie zrzucano sekcje kadłuba z wysokości zaledwie 2-3 m.

Ogólne cechy przenoszenia przyspieszeń z konstrukcyjnych elementów samolotu na podłogę kabiny, fotele i ciała pasażerów są podobne. Może dochodzić zarówno do zmniejszenia przeciążeń którym poddana jest podłoga kabiny pasażerskiej przy przenoszeniu ich na ciała pasażerów przez fotele i pasy (gdy fotele wyginają się w zaprojektowany, ograniczony sposób i pochłaniają energię uderzenia a pasy cały czas mocno trzymają), jak i do wzmocnienia przeciążeń konstrukcji, gdy mocowanie pasażera do struktury jest wadliwie zaprojektowane (np. zbyt elastyczne,  albo luźne pasy bezpieczeństwa) a konstrukcja jest zbyt sztywna lub odwrotnie - zbyt giętka. Ekstremalnie niebezpiecznym przypadkiem jest pasażer nie przypięty pasem, zerwanie pasa bezpieczeństwa,  lub fotela z podłogi, gdyż to praktycznie gwarantuje bardzo gwałtowne spotkanie z czymś twardym.

Pasażerowie w zderzeniach samochodowych

M. Huang w książce "Vehicle Crash Dynamics"  (CRC Press, 2002) opisuje modelowanie i realne testy zderzeń samochodowych. Można by spróbować obliczyć podobne modele obciążeń i przyspieszeń części ciała pasażera w wypadku smoleńskim, gdyby pasażerowie byli przypięci pasami, a fotele przyczepione do podłogi, deformowalne przeszkody w samolocie znane i realistycznie modelowane. Nie wchodzę w szczegóły modelowania wypadków samochodowych, jako że te warunki nie były spełnione. Dodatkowo, pas samochodowy składa się z dwóch pasów: biodrowego idącego na ukos przez klatkę piersiową. Oprócz tego pas ma obecnie tzw. pretensioner (urządzeni napinające), tj. w razie wypadku jest napinany, zmniejszając zabójczy dla człowieka luz i zmniejszając w pewnym stopniu odczuwane przyspieszenia. Mimo to, przyspieszenia przy modelowanym zderzeniu samochodu (plastycznie odkształcanego z realistyczną odległością zgniotu) w uderzeniu o twardą ścianę z prędkością  13.4 m/s (30 mph, 48 km/h), która jest zauważalnie MNIEJSZA niż 20 m/s,  składowa pionowa zderzenia smoleńskiego, są b. grożne dla życia, co ilustrują poniższe rysunki. Pierwszy pokazuje wyniki eksperymentalne (przyspieszenie klatki piersiowej pasażera i kierowcy), drugi obliczeniowe.

Lubię to! Skomentuj86 Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Komentarze

Inne tematy w dziale Polityka