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
116 obserwujących
86 notek
899k odsłon
  6342   0

28. Kwestia utraconej siły nośnej

Siła nośna (cyrkulacja) na asymetrycznym skrzydle tupolewa. U dołu współczynnik CL. Wyraźniejszy rys. w prezentacji na margin.
Siła nośna (cyrkulacja) na asymetrycznym skrzydle tupolewa. U dołu współczynnik CL. Wyraźniejszy rys. w prezentacji na margin.

Wiele osób, głównie KaNo, jak i zdaje mi się najnowszy ekspert zespołu Macierewicza, dr inż. Berczyński, napotkało problem z oszacowaniem, ile ton siły nośnej "urwało się" na brzozie. Wg. zespołu, to 3 lub 5 ton, słyszałem w każdym razie obie liczby, tę pierwszą w związku z zebraniem zespołu 14.06.12. A to trzeba wiedzieć, bo od tego zależy możliwość wykonania półobrotu przez TU-154M uderzającego w brzozę. (Jeszcze lepiej oczywiście wiedzieć, jaki pojawił się moment siły,  a nie tylko siła).  

Nie, nie mowie tu o tym, ze niektórzy wierzą jeszcze, że ta liczba wynosi dokładnie zero, bo nie było wg. nich zderzenia z brzozą. Mowię tu o inżynieryjnym oszacowaniu ubytku siły nośnej na lewym skrzydle tupolewa w locie PLF 101, zakladajac że skrzydlo to urwało się tak, jak to naprawdę było. Dlatego zdecydowałem się wyjaśnić prosto tę kwestię w osobnym krótkim rozdziale. Kto ma rację? Artymowicz ze swoimi 14 tonami rożnicy sił nośnych na skrzydłach policzonymi metoda siatki wirów, czy zespół ze swoimi 3-5 tonami? Różnica wydaje się kolosalna, ale obiecuję, że jej źródło za 3 minuty stanie się dla wszystkich jasne.

DANE

Końcowka skrzydła, ktora oddzieliła się od samolotu, ma pole powierzchni około 15 m^2, i rozpiętość około 5 m a długość ponad 6 m. My musimy użyć pola powierzchni i rozpiętości cześci utraconej skrzydła, a te wielkości były większe, i to większe o wartości przekraczajace to, co wyciąłby dokładnie i równiutko 44-cm pień brzozy.

W moim modelu urywa się 5.7 m rozpiętości skrzydła z początkowych 37.6 m. Kikut ma rozpiętość 13 m, licząc od osi kadłuba. Około 17.8 m^2 powierzchni ubywa, z czego jak wspomnialem, tylko 15 m^2 leci w całości do przodu. Notabene, liczę pow. skrzydła tak, że całość ma A=222 m^2 (razem z centroplatem pod kadłubem); to będzie ważne dla wyliczanych procentów. Skrzydła bez centropłata mają w sumie 201 m^2 powierzchni.

Szerokość skrzydła (chord) liczona po kierunku osi/wiatru to 2.36 m na koncówce prawego skrzydła, a 4.27 m na lewym kikucie (4.55 m z klapami,  tuż obok). Końcówka, która pofrunęła i pozostała w całości ma oczywiście mniejsza szerokość, niz w/w i ma mniejszą rozpietosc niz 5.7m.

Pole powierzchni skrzydła: po urwaniu / przed urwaniem ~ 0.92, czyli urwało się ~8% całego, albo 16% lewego skrzydła.

Rozpiętości: urywa sie 5.7/37.6, czyli 15% rozpiętości całego skrzydła.

I teraz zasadnicze pytanie: po skróceniu skrzydła,

JAKI PROCENT SIŁY NOŚNEJ JEST TRACONY?

Jeśli siła nośna byłaby wprost proporcjonalna do pola powierzchni, to strata wynioslaby 8%, a względna nierównowaga sił wyniosłaby 16% .  (To naiwne wyliczenie, ktore próbował na blogu Peemki zrobić Kano). Tak nie jest, m.in. ponieważ skrzydło tupolewa zostało dobrze zaprojektowane.

Inżynierowie (podobno fancuscy) starali się, by tupolew stawiał jak najmniejszy opór indukowany. A to, jak wykazał Ludwig Prandtl (zob. rozdz. 3) wymaga, by rozkład siły nośnej wzdłuż rozpiętości skrzydła był eliptyczny. Innymi słowy, siły nośne spadają bardzo gwałtownie do zera na końcach płata, a wykres jest elipsą. Jeśli więc maksymalna siła nośna nie zmienia się znacznie, a skrzydło staje się po prostu o 15% krotsze, to całkowita siła nośna spadnie też o 15%, gdyż rozciaganie elipsy w jednym kierunku powoduje proporcjonalną zmianę jej pola. Względna nierownowaga sił lewa-prawa wyniosłaby wtedy aż ~30%!

Jaka jest prawda, mowią moje obliczenia aerodynamiczne robione uogolnioną metodą Prandtla-Weissingera dla skrzydeł skręconych, skośnych i asymetrycznych, a także przeciągniętych. Ta ostatnia cecha mojej metody jest, szczerze mowiąc, nieco nadmiarowa, bo ani przy brzozie, ani nawet dalej, skrzydla tupolewa nie były znacząco przeciągnięte. Podane w rapocie 22 stopnie kąta natarcia jest niewykalibrowaną wartoscią dawaną przez czujniki. To już wyjasniałem w rozdz. 23 i 24 .

Ponieważ tuż za brzozą współczynnik obciążenia (loading factor) od  samego skrzydła ustalił się na mniej więcej  n=1.32 (ciąg silnika dodal 0.04g), to całkowita siła nośna była równa około 103 t, przy masie samolotu 78 t. Mój program, przy pochyleniu odpowiednio skonfigurowanego samolotu (z klapami na 28 stopni i slatami) 13.5 stopnia, daje następujące siły nośne na lewym i prawym skrzydle: 

L = 44.8 t,  P = 58.6 , L+P = 103.4 t.

To oznacza, że rożnica sił nośnych P-L = ~14 ton.

Założę, ze przed brzozą siła nośna na skrzydłach wynosiłaby przy 13.5 stopni pochylenia (trzymajmy ten kąt stały; w istocie był on tam mniejszy, bo pochylenie rosło) 103+14 = 117 t (w istocie było mniej, bo siła od momentu ostatniej rejestracji przyspieszenia wzrosła, a akcelerometr może mieć też własne drobne opóźnienie). Ta liczba jest przybliżona. Wtedy  ubytek siły nośnej wyniósłby ~14/117 = 12% całkowitej siły nośnej, a względna nierównowaga na dwóch skrzydłach wyniosłaby ~14/59 =  24%. Dokładniejszy opis ewolucji siły nośnej w czasie znajduje się w Dodatku (nie było skokowego spadku siły ani rejestrowalnego dużego skoku przeciążenia).

Lubię to! Skomentuj33 Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Komentarze

Inne tematy w dziale Polityka