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: nad Akron,OH
117 obserwujących
89 notek
916k odsłon
  2121   0

47. Smoleński tunel bez światła na końcu

Tak obracał się tupolew 10.04.10. (c)ykw
Tak obracał się tupolew 10.04.10. (c)ykw

W przypadku samolotu TU-154M jako całości to w przybliżeniu L = 40 m, a samego jego skrzydła to 4 m (typowa cięciwa skrzydła), zatem Re(samolot) ~ 200 mln, a dla  Re(skrzydła) ~ 20 milionów.

Badane modele były mniej więcej w skali 1:100 (niektóre 1:50). Szybkość przepływu U w zastosowanych tunelach aerodynamicznych, a zwłaszcza w hydrodynamicznym, nie przekraczała 40 m/s (zaś 20 m/s w wiekszej średnicy tunelu 1.1m gdzie wstawiono metrowy model), tzn. około 1/2 (wzgl. 1/4) smoleńskiej wartości U~75 m/s. Zatem w przybliżeniu liczba Reynoldsa była w tunelach ~200 razy za mała w stosunku do realnej (przy płacie głównym wynosiła w modelach nie więcej niż  100000 do 130000, czyli była "bardzo mała"; zob. cytat [13] i uwagę [14]).

Do czego to może prowadzić? Do błędnego rodzaju opływu powietrza wokół powierzchni nośnych modelu, złych mierzonych wartości sił i ich momentów. Spójrzmy na Rys. 2 z klasycznej książki Schlichtinga i Truckenbrodta[3]. Zilustrowano różne (zależne od stosunku grubości skrzydła z0 w odległości 1/80 cięciwy "c" od krawędzi natarcia; z0/c jest proporcjonalne do promienia krzywizny krawędzi natarcia) mody odrywania się strugi od skrzydła: symbolem 1 oznaczono zakres z0/c pod krzywą ciągłą opisującą cienkie profile, gdzie oderwanie ma charakter recyrkulacji, symbolem 2 zakres oderwania laminarnego strugi, symbolem 3 połączenie oderwania laminarnego i turbulentnego, a symbolem 4 oderwanie w pełni turbulentne. Pokazane są też w prawym górnym rogu schematy zależności wsp. siły nośnej CL od kąta natarcia α, warto zwrócić uwagę na duży spadek siły nośnej np. w reżimie 1 i 2. Na osi poziomej zaznaczona jest na osi logarytmicznej liczba Reynoldsa, w zakresie or 0.4 do 40 milionów, wartości skrajne są bliskie liczbom Reynoldsa skrzydła tupolewa, odpowiednio: w tunelu UA/WAT, oraz w rzeczywistości smoleńskiej. z0/c wynosi ~0.02 na profilu skrzydła i slatu przedniego tupolewa. Zatem rzeczywisty tupolew ma opływ i zerwanie strumienia typu 4 (wytwarzające największą siłę nośną), natomiast w skali 1:100 będzie miał zupełnie nierealistyczne zerwanie i recyrkulację strumienia typu 1. Model będzie się cechował znacznie mniejszym CL i wyliczoną z niego siłą nośną, będzie też naturalnie miał inną czułość na wychylenie powierzchni kontrolnych. 

Rys. 2 

image


Zmierzone w tunelu aerodynamicznym zależności współczynników siły nośnej CL i oporu Cd dla profilu aerodynamicznego NACA 2412 o podobnej grubości względnej do zastosowanego w TU-154M, pokazuje Rys.3. Widać na nim wyrażnie, że w siła oporu zależy znacznie od Re. Siła nośna zależy od liczby Reynoldsa przy dużych kątach natarcia α (alfa), takich jakie występowały pod koniec tragicznego lotu PLF 101. Jak wspomniałem, w tunelach studenckich i małoskalowych (średnica do ok. 1 m) zmierzymy za małą bezwymiarową siłe nośną.  Gdy WAT pokaże wykresy CL(AOA) stanie się jasne, czy to przewidywanie jest słuszne. 


Rys. 3image

Rysunek 4 pokazuje wyniki pomiarów CL_max uzyskiwanych z ośmiu opisanych symbolami rodzajów przekroju płata z serii "6" NACA.  Eksperymenty pokazują średnio 40-procentową redukcję maksymalnego współczynnika siły nośnej przy zaledwie 20-krotnej redukcji liczby Re (dużo mniejszej,  niż o czynnik 200 między realiami smoleńskimi a macierewiczowskimi badaniami). Jak źle wyznaczone są statyczne współczynniki aerodynamiczne w modelach 1:100? Zapewne mają ponad 50% błędu. Nie jest też jasne czy poprawnie odtwarzają zerwanie strugi przy przeciągnięciu.


Rys. 4image



PROBLEM nr 2: LOTU TU-154M PO UTRACIE KOŃCÓWKI SKRZYDŁA NIE UDAŁO SIĘ I NIE UDA NIGDY WYMODELOWAĆ FIZYCZNIE


Pokażę, że to, co proponuje nam podkomisja to badania modelowe pracy młyna na nieobracajacym się modelu o wielkości 10 cm. Można tak próbować ilustrować, że młyn zechce się kręcić na wietrze (w przypadku smoleńskim: wyznaczyć moment siły po urwaniu części skrzydła i pokazać, że samolot stał się niesterowny), ale na pewno nie z jaką prędkością i okresem obrotu będzie się młyn obracał na zmiennym wietrze.

O ile problem nr 1 jest trudny do rozwiązania, ale przynajmniej teoretycznie jest jeszcze na świecie parę wielkich tuneli  aerodynamicznych, gdzie można by zakupić dostęp, zbudować dużo większy model (5m) i spróbować wyznaczyć przy sensowniejszej liczbie Re współczynniki statyczne (CL, Mx, CLa, ...), o tyle problem nr 2 jest beznadziejny. Nie ma rozwiązania technicznego, ponieważ w tunelach aerodynamicznych bada się przepływy ustalone w strumieniu, ktory nie wiruje. Natomiast ostatnie 6 sekund lotu tupolewa to typowy problem przepływu nieustalonego, gdzie wszystkie kąty szybko zmieniają się w czasie, a rodzaj opływu w 3 wymiarach jest zupełnie inny, niż w przypadku przepływu ustalonego (gdzie model jest w imadle tensometrycznym, na linach, stelażu, itp.). To nie jest wcale drobna różnica -  to jest istota faktycznej beczki smoleńskiej i wytłumaczenie bardzo dobrze znanej historii obrotu: samolot wykosił w drzewach dobrze znaną spiralę, której bez opisanego niżej efektu absolutnie nie da się wyjaśnić ilościowo [4][5][6][7][8]. Odwołam się znów do rysunku zacnego Schlichtinga (świetnego aerodynamika i odkrywcy, ale i jak widać też dobrego pedagoga)[3]. Rys. 5 pokazuje zasadniczą zmianę w aerodynamice obracającego się płata skośnego, takiego jak skrzydło tupolewa (zilustrowany jest płat symetryczny, ma kompletne lewe skrzydło). 

Lubię to! Skomentuj119 Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Komentarze

Inne tematy w dziale Polityka