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 Ohio
116 obserwujących
87 notek
903k odsłony
  1117   0

61. Teoria fugoidy i oscylacje na zniżaniu końcowym tupolewa 101

Mam nadzieję, że tegoroczna rocznica katastrofy samolotu PLF 101 w Smoleńsku będzie pierwszą okazją do spokojnej zadumy, w odróżnieniu od brudnych, politycznych spektakli organizowanych dawniej. 

W tym duchu przedstawię dziś zjawisko oscylacji podłużnych płatowca zwane fugoidą. Tym uzupełnię omawiany ostatnio w rozdz. 59-60 temat nieustabilizowanego podejścia tupolewa, kontynuowanego aż pod poziom lotniska zanim samolot minął BRL (bliższą radiolatarnię z markerem środkowym, MM) na podejściu do pasa 26. Zobaczymy tu między innymi dlaczego ten rodzaj oscylacji powstaje, dlaczego i jak szybko zanika, i dlaczego ma tak uniwersalne własności (okres fugoidy nie zależy niemal od rodzaju i konfiguracji samolotu, ciągu silników, pogody i wysokości lotu; zależy tylko od prędkości wskazywanej względem powietrza, IAS). Będzie okazja zastanowić się czy tego typu oscylacja faktycznie wystąpiła i czy mogła stworzyć dodatkowe zagrożenie na zniżaniu końcowym tupolewa. 

 

1. ZABURZENIA RÓWNOWAGI 

Sześć minut przed końcem lotu wysunięto mechanizację skrzydła (klapy za skrzydłem i slaty na krawędzi natarcia) oraz podwozie. Na dwie minuty przed końcem lotu zaszły dalsze zmiany kąta ustawienia statecznika, i zwiększenie kąta klap z 28 do 36 stopni. Przy takiej rekonfiguracji lub nawet chwilowym pociągnięciu steru na siebie, tupolew PLF 101 pod Smoleńskiem miał normalną tendencję do robienia tzw. balona. To slangowe określenie na krótkotrwałe wznoszenie przechodzące w opadanie, związane ze zmianą kąta natarcia. Rekonfiguracja powodować może wzbudzenie modów oscylacji m.in. przechyłu kadłuba.

Niektóre oscylacje są krótkookresowe i bardzo szybko tłumione. Natomiast fugoida, czyli długookresowe oscylacje podłużne, trwają znacznie dłużej, do kilku minut. Dopóki automat ciągu (AT) rzeczywiście potrafi utrzymać stałą prędkość, klasyczna fugoida b. szybko zanika. Ale dnia 10.04.10 AT zmniejszył ciąg do minimalnego lotnego, tj do "biegu luzem", czyniąc TU-154M  prawie szybowcem. Prędkość nie spadła od razu do zaprogramowanej - piloci zażądali bowiem jednocześnie bardzo stromego opadania. Sądzę, że zniżanie końcowe (ostatnie dwie minuty lotu z wysokości 500 m do wysokości 0 m nad pasem odbywało się na tle fugoidy smoleńskiej, która dała zafalowanie trajektorii i duże oscylacje prędkości omawiane niedawno w rozdz. 60. bloga.

Wg mnie piloci kręcili wielokrotnie gałką SPUSK-PODJOM (w dół--w górę) trymera steru wysokości. Kręcili, co ważne, w obu kierunkach, nie dla zabawy, tylko reagując na tendencje podnoszenia i opuszczania się dziobu samolotu w fugoidzie. Wcale przy tym jej nie likwidując, ale też i nie destabilizując oscylacji (nie wzbudzając groźnych PIO = Pilot-Induced Oscillations). Każdy powinien wyrobić sobie o tym własne zdanie, więc proszę uważać i jak zawsze, nie brać niczego na wiarę.

Fugoida nie jest powszechnie znanym zjawiskiem, ponieważ samoloty pasażerskie mając automatykę wykorzystywaną poprawnie i na właściwym etapie lotu, likwidują zarówno krótko- jak i długookresowe oscylacje podłużne. Polskie wydanie wikipedii nie tłumaczy jej, angielskie zaś słabo. Uzupełniam te braki poniższym tekstem o klasycznej, fizycznej analizie zjawiska fugoidy, który używałem jako rozszerzenie wykładu dla studentów nauk fiz. o układach dynamicznych "Nonlinear Physics and Chaos" oraz jako część wykładu mechaniki dla fizyków (Mechanics: from Oscillations to Chaos) na uniwersytecie w Toronto.

2. TEORIA OSCYLACJI PODŁUŻNYCH

2.1. Omówienie równań ruchu  

Płatowiec w locie szybującym, albo ptak w locie nie machający skrzydłami, to nieliniowy, wielowymiarowy układ dynamiczny. Kiedy jednak utrzymuje lot nieprzechylony na bok, wymiar problemu spada do dwóch.  Trzeba ułożyć równania na zmiany prędkości i pochylenia trajektorii samolotu. W tych równaniach znajdą się efekty siły oporu aerodynamicznego oraz siły nośnej płata. Te prostopadłe do siebie siły są proporcjonalne do kwadratu prędkości postępowej samolotu względem powietrza, którą oznaczymy literą v. Zdefiniujmy stałe L i D jako współczynniki proporcjonalności:

przyspieszenie siły nośnej = L v2;          przyspieszenie siły oporu = D v2.

Zwracam uwagę, że L i D będą w tym rozdziale wymiarowymi współczynnikami przyspieszenia od odpowiednich sił, a nie siłami FL (siła nośna) i FD (siła oporu), ani bezwymiarowymi współczynnikami CL i CD. L i D to po prostu odpowiednie siły podzielone przez kwadrat (kalibrowanej) prędkości wskazywanej, albo CL i CD  przemnożone przez powierzchnię skrzydła i połowę standardowej gęstości atmosferycznej,  i podzielone przez masę samolotu. Ale nie komplikujmy tu niepotrzebnie wyprowadzenia powtarzając te wyrażenia w kółko - używajmy naszych prostszych stałych L i D. Stosunek L/D = CL/CD.

Lubię to! Skomentuj25 Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Komentarze

Inne tematy w dziale Polityka