Potencjalne możliwości - omówienie pracy "EKSPERYMENTALNE BADANIA MODELU SAMOLOTU TU-154M"

^{Katastrofa smoleńska}

PRZYDATNY WSTĘP

Najpierw przypomnijmy niezwykle użyteczny wykres współczynnika siły nośnej Cz wyliczony przy pomocy nz i IAS z wykresów MAK.

RYS. I

Moment uderzenia w brzozę wziąłem od KBWL bo tam jest prawidłowo wyznaczony. Wykres oczywiście przypomina przebieg kąta natarcia ale używanie Cz uwalnia nas od przeliczania "kąta mierzonego" (na wykresach KBWL) na "obliczeniowy" (używany w omawianych opracowaniach) według niezbyt dobrze sprawdzającej się na rzeczywistych danych formuły z Synicyna.

Przy smoleńskiej masie i prędkości przyrządowej, aby utrzymać prędkość pionową - w tym zerową - czyli lecieć z przeciążeniem 1g współczynnik siły nośnej musi wynosić Cz = 1,24.

WĄTPLIWOŚCI WOBEC WYNIKÓW BADAŃ WYKONANYCH W INSTYTUCIE LOTNICTWA

Czerwonym boldem wyróżnilem wyjaśnieia otrzymane 13.11 w południe od Autora opracowania.

"Badania wykazały, że pomimo pojawienia się momentu przechylającego o istotnej wartości, będącej skutkiem utraty jednej trzeciej lewego skrzydła samolotu, istnieją potencjalne możliwości zrównoważenia lotu samolotu. Tę równowagę można by było uzyskać poprzez równoczesne wychylenie lotki oraz spoilera na prawym skrzydle samolotu lub też poprzez wprowadzenie samolotu w ślizg na prawe skrzydło." - to główny wniosek pracy „EKSPERYMENTALNE BADANIA MODELU SAMOLOTU TU-154M W SKALI 1:40 W TUNELU AERODYNAMICZNYM" Andrzej Krzysiak Instytut Lotnictwa, Warszawa” (str. 13 -23) wykonanej na zlecenie podkomisji Macierewicza.

RYS. II

Skala osi Cz na obu wykresach jest mniej więcej taka sama, wobec tego wykres "Lądowanie/v=40 m/s" (po lewej) powinien mieć taki sam przebieg jak wykres "Skrzydło całe" (po prawej). Według wyjaśnień autora opracowania lewy wykres otrzymano dla modelu w skali 1:100.

Wprawdzie wykazano słabą zależność współczynnika siły nośnej od prędkości ale uwidoczniła się silna zależność od skali modelu.

DALSZE WNIOSKI

Warto zestawić te wykresy z wcześniejszymi z badań w tunelu wykonanymi w WAT [1] oraz kanonicznym z Behtira.

RYS. IV

W smoleńskim zakresie Cz widać wyraźne rozbieżności pomiędzy wykresami dla skrzydła całego (niebieskie i czarny)

Kluczowym dla zacytowanego na początku wniosku jest ostatni wykres współczynników momentu przechylającego.

RYS. V

Na Rys.14 „krzywa szara” powinna przybierać wartości bliskie zeru (teoretycznie równe zeru) ponieważ dotyczy konfiguracji symetrycznej. Według wyjaśnień autora model nie był całkowicie symetryczny.

Zastrzeżenia wynikające z Rys.8 i 11 oraz z Rys.14 stawiają pod znakiem zapytania możliwość otrzymania wiarygodnych wyników obliczeń przy wykorzystaniu tak zmierzonych danych.

Na tym samym rysunku 14 IL wykres zależności momentu przechylającego Cmx od kąta ślizgu (krzywa zielona) wyznaczony „przy kącie natarcia alfa = 0◦” powinien dla kąta ślizgu beta = 0 mieć punkt wspólny z wykresem zależności od kąta natarcia (krzywą czerwoną) wyznaczonym „przy kącie ślizgu beta = 0◦". Autor sprostował, iż zależność od kąta ślizgu była mierzona przy kącie natarcia nie 0 st, ale 10 st. co usuwa sprzeczniść. Niestety podobne potknięcie zaliczyli już WATowcy w obliczeniach CFD*. To, póki co, wyklucza możliwość wyciagąnia wniosków z badań dotyczących wpływu kąta ślizgu na moment przechylający.** Z drugiej strony zerowanie się Cmx w polbiżu kąta ślizgu beta = 8 jest dosyć intuicyjne, bo przy takim odchyleniu długości rzutów skrzydła całego i obciętego na prostopadłą do wiatru są mniej więcej równe. W szeroko omawianej w kontekście smoleńskim pracy Shaha przy okazji badanie wpływu ślizgu podane jest wychylenie steru kierunku, co umożliwia wykorzystanie jej wyników do oceny skutków rzeczywistych wychyleń płaszczyzn sterowych na przechylenie W pracy IL tego nie znajdujemy.

PORÓWNANIE Z OBLICZENIAMI CFD

Skoro w przypisach wspominamy o obliczeniach CFD wykonanych w WAT [2] to warto je skonfrontować z pomiarami w tunelu IL. Zestawimy wykresy czerwony i niebieski z Rys.14 IL oraz odwrócone niebieski i żółty z Rys.19 WAT.

RYS. VI

Widać znaczne róznice w samych wartościach współczynnika momentu przechylającego oraz wpływie wychylenia lotki i interceptora.

PODSUMUJMY

- Uzyskano zgodność współczynnika siły nośnej pomiędzy pomiarami, obliczeniami oraz literaturą kraju powstania samolotu tylko dla niewielkich kątów natarcia. W zakresie "smoleńskim" wykresy rozjeżdżają się.

- Występowanie momentu przechylającego w konfiguracji symetrycznej podważa ilościowe oceny tego parametru.

Równocześnie staje pod znakiem zapytania powaga traktowania problemu przez badaczy.

A do zastosowania w symulacjach przechylenia uściślających wyniki P. Artymowicza i G. Kowaleczki jeszcze spory kawał drogi - o ile to w ogóle wykonalne.

DODATEK.

Szkoda, iż w żadnych badaniach nie zmierzono lub wyliczono zależności współczynnika siły nośnej dla konfiguracji z obciętym skrzydłem, oraz wychyloną lotką i interceptorem. Pozwoliłoby to na wyznaczenie zależności Cmx(Cz) dla tej sytuacji tak jak możliwe jest jej wyznaczenie dla sytuacji bez reakcji lotką.

Z tego wykresu widać, iż zainicjowanie przechylenia po utracie fragmentu skrzydła jest nieuniknione, ponieważ współczynnik momentu przechylającego ma wartości ujemne dla kilkunastokrotnie mniejszych współczynników siły nośnej niż był w momencie urwania (ponad 1,6) a także jest niezbędny do zrównoważonego lotu ze smoleńską prędkością (1,24).

____________________________

* Szerzej omawiam pod niniejszym linkiem. Tu tylko w skrócie - niebieskie wykresy dotyczące "samolotu w konfiguracji do lądowania z urwaną końcówką lewego skrzydła o rozpiętości 6 m" powinny parami lewy-prawy przybierać taką samą wartość dla kąta 0. - bowiem lewe obrazują zależności od kąta natarcia alfa przy ustalonym kącie ślizgu beta = 0, a prawe zależności od kata ślizgu przy ustalonym kącie natarcia alfa = 0

Podpis pod Rys 24 według mnie zawiera błąd - powinno być "momentu odchylającego Cn". Na tych wykresach moment przechylający ma przeciwnie zdefiniowany zwrot niż na wykresach IL. Od autorów nie dostałem żadnej odpowiedzi i bezskutecznie próbowałem kupić finalną wersję opracowań, przyjmuję więc, że wersja z tym błędem jest aktualną i obowiązującą.

** Historia, jak wszystkie badania zlecane przez podkomisję, ma swój kontekst humorystyczny. Wykorzystanie ślizgu lansował na S24 A-Tem posługujący się wtedy również nickiem Urszula Domyślna a obecnie chyba Alpejski . Było to w czasach, kiedy organizujący konferencje naukowe docent Witakowski od betonu masywnego nie ukrywał swojej orientacji maskirowczyka a A-Tem był głównym - jako że opublikował również stałą błotną A-Tema - agrodynamikiem maskirowczyków. Docent od betonu widząc, iż jako jawny maskirowczyk nie zrobi kariery ani wśród rodzin ofiar ani u boku Macierewicza przyjął orientację kryptomaskirowczyków, na łonie której rozwija koncepcję "kontrolowanej demolki". Ta koncepcja nie wymaga od niego żadnych wyrzeczeń, bowiem można ją uprawiać bez względu, czy dotyczy desantowanej kopii czy rozbitego oryginału tupolewa.

_________________________

[1]Olejnik A.. Kachel, Frant i Majcher (WAT, WML), ”Doświadczalne charakterystyki aerodynamiczne modelu samolotu TU-154M w opływie symetrycznym i niesymetrycznym”, 2017.

[2] Olejnik A. (WAT), Kiszkowiak Ł. (WAT), Dziubiński A. (IL), „Proces modelowania aerodynamicznego samolotu TU-154M z wykorzystaniem metod numerycznej mechaniki płynów”, 2017,