Blog > Komentarze do wpisu
Błędy Berczyńskiego i Biniendy

Na portalu youtube.com dostępna jest relacja video z „Debaty smoleńskiej” zorganizowanej przez studentów na UKSW 5 lutego 2013. Odsłuchałem dwóch wystąpień i niżej dzielę się spostrzeżeniami. Uczestnicy tej konferencji często wyrażali ubolewanie, że nikt z członków komisji Millera nie zechciał ich zaszczycić obecnością. Zrobili to politycy, niestety, kontakty klasy politycznej z uczonymi tej klasy sprowadzają życie publiczne na manowce. W wystąpieniach Berczyńskiego i Biniendy aż roi się od błędów.

Komunikat dra inż. Wacława Berczyńskiego nt. przyczyn katastrofy: eksplozja, rekonstrukcja

Berczyński, zatrudniony w firmie lotniczej w USA, dowiódł w Warszawie, że nie rozumie zasad budowy samolotów. Stosunkowo niewielka wytrzymałość samolotu pasażerskiego na ujemne przeciążenia pionowe (chodzi o siły przyłożone z góry) jest dla niego dowodem, że samolot jest na takie przeciążenia bardziej odporny, bo „dach kabiny pasażerskiej działa jak zderzak”, natomiast znacznie większa wytrzymałość samolotu na znacznie większe dodatnie przeciążenia pionowe (działające od dołu) jest dla niego dowodem, że samolot na takie przeciążenia jest mniej odporny (!), więc szybciej się rozpadnie, gdy uderzy w ziemię podwoziem niż wtedy, gdy spadnie na dach. Nie wiem, kto Berczyńskiemu dał papier inżyniera, ale z takimi poglądami wyleciałby z hukiem z każdej szkoły technicznej, on tymczasem popisywał się swoimi mądrościami na oczach innych inżynierów i nikt przeciw temu nie protestował, co oznacza, że problem jest szerszy i nie dotyczy tylko Berczyńskiego. Dobrze że TV Trwam nagrała te mądrości i wrzuciła je do sieci. Niech się potomni pośmieją.

Samoloty pasażerskie są w stanie wytrzymać w powietrzu krótkotrwałe przeciążenia pionowe rzędu +8g, wiemy to na podstawie zdarzeń opisanych w literaturze przedmiotu, aczkolwiek po takich naprężeniach nadają się tylko na złom. Fotele i podłoga kabiny pasażerskiej są w stanie przetrwać krótkotrwałe +9g przy kolizji z ziemią oraz +5g przy uderzeniu z boku, jednak w chwili wystąpienia pionowego przeciążenia ujemnego jedynym zabezpieczeniem pasażera jest zapięty pas biodrowy, a tu, co każdy może sobie wyobrazić, nawet krótkotrwałe -2g (ciężar ciała rośnie wówczas dwukrotnie) jest ogromnym wyzwaniem dla ludzkiego organizmu.

Podczas katastrofy polskiego Tu-154 w Smoleńsku na ciała pasażerów działały ogromne przeciążenia ujemne poziome i pionowe, przed którymi nie sposób się zabezpieczyć, co doprowadziło nie tylko do natychmiastowej śmierci załogi i pasażerów, ale także do defragmentacji ich ciał. Wszystkim niedowierzającym w to, że samolot upadł w pozycji odwróconej, niech wystarczą relacje świadków z miejsca katastrofy oraz fotografie nielegalnie zamieszczane w sieci. Ciała ofiar leżą tam najczęściej twarzą do ziemi z nogami w kierunku lotu i wyglądają tak, jakby były w nią wprasowane przez fotele i podłogę kabiny, po której w chwili upadku przesunęły się najcięższe zespoły płatowca, wtedy znajdujące się ponad podłogą, czyli centropat ze zbiornikami paliwa i podwoziem. Część ogonowa samolotu jest zachowana najlepiej właśnie dlatego, że jej energia kinetyczna została rozproszona nie przez tarcie o podłoże, a głównie przez niszczenie struktury przedniej i środkowej części kadłuba.

Drugi kardynalny błąd Berczyńskiego polega na tym, że nie widzi różnicy między prędkością przelotową, która dla samolotów pasażerskich wynosi ponad 900km/h, a prędkością do lądowania, która jest trzy do czterech razy mniejsza. W ustabilizowanych warunkach przelotu samolot pasażerski może zachować sterowność nawet gdy straci 20 proc. powierzchni jednego płata, ale żeby mógł zachować sterowność także przy podejściu do lądowania, musi zwiększyć prędkość do lądowania o 30-40 węzłów (55-74km/h) w zależności od stopnia uszkodzeń i masy własnej. Problem ten był dyskutowany w literaturze przedmiotu od początku awiacji, bloger Niegracz podesłał mi link do opracowania AIAA i Unisys Corp. opartego na pomiarach tunelowych (Gautam H. Shah, Melissa A. Hill, Flight Dynamics Modeling and Simulation of a Damaged Transport Aircraft, AIAA, 2010), które jednak nie wnosi nic nowego w stosunku do wcześniejszej wiedzy.  W czasie ostatniej wojny zdarzało się, że nawet mocno uszkodzone ciężkie bombowce wracały bezpiecznie do bazy, niestety, kiedy pilot zapominał, że przy zredukowanej do lądowania prędkości sprawność sterów znacznie spada, zdarzało się, że podchodząc do lądowania z rutynową prędkością, nagle tracił kontrolę nad uszkodzoną maszyną i się rozbijał tuż przed pasem.

W chwili kolizji z pierwszymi drzewami polski Tu-154 leciał z prędkością ok. 280km/h i szybko tracił prędkość, bo skrzydła ważącego 88 ton samolotu wytwarzały wtedy prawie 120 ton siły nośnej, pracując na coraz większym kącie natarcia, z otwartymi klapami, slotami i wysuniętym podwoziem, a silniki dopiero nabierały mocy, samolot nie miał zatem żadnego zapasu prędkości, który pozwoliłby mu utrzymać stateczność po utracie 6 metrów lewego płata.

Berczyński myli się także w kwestii samego manewru podejścia do lądowania i kwalifikacji pilota. Ma rację twierdząc, że samolot powinien być tak zbudowany, żeby pilotaż był zawsze łatwy, ale piloci Tu-154 dobrze wiedzą, że ten przystosowany do dużych prędkości przelotowych samolot, ma prędkości minimalne większe niż inne liniowce, choćby popularny B-737, a w sytuacji, gdy warunki pogodowe nad lotniskiem są sześć razy gorsze od minimów pogodowych pilota, każdy manewr poniżej dozwolonych pułapów jest igraniem ze śmiercią, a Berczyński, choćby działał cuda, to tego nie zmieni.

Berczyński rozmija się z prawdą także wtedy, gdy twierdzi, że żaden samolot przy prędkości 280km/h nie rozleciałby się na tyle kawałków co polski Tupolew. Na świecie było wiele wypadków podobnych do smoleńskiego, choćby DC-9 w Nigerii w 2008 czy DC-9 w Kaliforni w 1996, niestety, Berczyński nie rozumie, że Tu-154 rozbił się nie dlatego, że spadł na ziemię płasko niczym liść z wysokości 20, 40 czy nawet 100 metrów, ale głównie dlatego, że z prędkością poziomą wynosząc blisko 280 km/h uderzył w drzewa i bagno pod dość ostrym kątem. Chwilowe przeciążenia w czasie pierwszego kontaktu z gruntem mogły sięgać kilkudziesięciu g, a lokalne przeciążenia były jeszcze większe, co prowadziło do gwałtownych niezometrycznych naprężeń, dlatego samolot uległ szybkiej defragmentacji. Niemal wszystkie szczątki maszyny zatrzymały się na dystansie niewiele dłuższym niż dwie, trzy długości kadłuba, a to oznacza, że energia kinetyczna płatowca w została rozproszona już w czasie pierwszego kontaktu z podłożem przez niszczenie struktury płatowca, a nie przez powolne jej wytracanie w ruchu po podłożu, jak to się dzieje, gdy samolot rozbija się na gładkiej powierzchni. Jeśli Berczyński tego nie wie, to znaczy, że nie zna fizyki ani historii wypadków lotniczych.

Komunikat prof. inż. W. Biniendy nt. przyczyny katastrofy; rola brzozy i rekonstrukcja upadku samolotu

Najzabawniejszym elementem tego wystąpienia był komentarz, na jaki zdobył się prof. Jacek Rońda, prowadzący panel. Rońda na podst. szacunkowych danych wyliczył, że energia kinetyczna samolotu rozproszona w trakcie kolizji z drzewem była znikoma w stosunku do jego energii całkowitej, co moim zdaniem odpowiada prawdzie, jednak Rońda z tej banalnej konstatacji wyprowadził błędny wniosek, że kolizja z drzewem nie mogła mieć istotnego wpływu na tor lotu samolotu, skoro tak mało energii kinetycznej zaangażowała. Nie wiem kto dał Rońdzie stopnie naukowe, ale jeśli on wygłasza takie bzdury, to równie dobrze może twierdzić, że umie zrobić latający dywan, wszak siły aerodynamiczne nie są mu do latania potrzebne. Panie inżynierze, gdy samolot ma dobrze wyważone lotki (masowo i aerodynamicznie), to małym palcem może go pan zmusić do pełnej beczki i wcale nie chodzi tu o samolot sterowany joystickiem jak Airbus. Nie trzeba wielkiej siły, żeby zmienić kierunek strug i wywołać taką asymetrię opływu płatowca, żeby ten zmieniał kierunek lotu, a w warunkach podejścia do lądowania, kiedy prędkość lotu zbliża się do minimalnej, zapas stateczności jest w ogóle najmniejszy, więc przy poważniejszym zaburzeniu symetrii opływu łatwo go utracić, a utraciwszy, nigdy już nie odzyskać.

Wykład prof. Biniendy zawierał dużo starych błędów i kilka nowych. Kesonowe skrzydło Tu-154 jest dla Biniendy skrzydłem złożonym z dźwigarów, które wg niego „przenoszą wszystkie naprężenia”, ale w którym nie ma ani górnej, ani dolnej powierzchni kesonu, a przecież to właśnie te płaszczyzny przenoszą najwięcej naprężeń. Dla Biniendy skrzydło kesonowe jest skrzydłem dźwigarowym. Najważniejsze części kesonu się nie liczą. Binienda równie dobrze mógłby wziąć rurę, usunąć z niej 80 proc. powierzchni ścianek i powiedzieć, że to wciąż ta sama rura o tej samej wytrzymałości jak normalne rury. Litości!

Biniendy model kolizji skrzydła z drzewem jest wielką zagadką, bo Binienda nie ujawnia żadnych danych matematycznych, ale z przedstawionych przez niego animacji można wnioskować, że to model błędny, o czym już wcześniej pisałem (Binienda i bieda nauki, S24), tym razem jednak Binienda niektóre błędy zaczął po cichu korygować, bo na nowych animacjach drzewo zaczyna się odkształcać prawie tak jak prawdziwe drzewo, a jednocześnie zagłębia się w płat mniej więcej tak, jak to miało miejsce w Smoleńsku, gdzie w złamanym skrzydle widać dziurę sięgającą mniej więcej połowy cięciwy płata. W narracji Biniendy nie ma jednak najmniejszego śladu tej korekty, a co dzieje się w jego równaniach matematycznych, nie wiadomo, bo ich nikt dotąd nie widział. Prokuratura wojskowa podała niedawno komunikat, z którego wynika, że komisje wypadkowe nie pomierzyły rzeczonego drzewa zbyt dokładnie. Miejsce złamania znajduje się nie na wysokości 5 czy 6 m nad ziemią, ale dokładnie na 7,8 metra, zaś grubość pnia w tym miejscu nie wynosi 30-40 cm, ale dokładnie 52 cm, Agnieszka Kublik pisze o tym w „Wyborczej”, więc Binienda powinien czym prędzej zacząć liczenie od nowa.

Podnoszony przez Biniedę problem „nieuszkodzonego” slotu na krawędzi natarcia płata jest pozorny. Sloty są ruchome, a tam były wysunięte do maksimum, więc odgięły się i przepuścił pień w miejscu łączenia sąsiadujących sekcji, zaś cały impet uderzenia przejął keson przedni i główny.

Binienda pokazał film dostępny na youtube.com z eksperymentalnej kolizji Lockheeda Constellation z ziemią, ale i tu dokonał błędnej interpretacji. Po pierwsze, analogia z kolizją w Smoleńsku jest ograniczona, bo Lockheed toczy się po pasie ze znacznie mniejszą prędkością niż lata Tupolew. Po drugie, skrzydła obu maszyn są inaczej zbudowane. Kesony ukośnych skrzydeł Tu-154 muszą przenieść więcej naprężeń skręcających, natomiast nie muszą dźwigać ciężaru czterech silników, co oznacza, że praca górnej i dolnej powierzchni kesona względem dźwigarów jest relatywnie większa niż w skrzydłach Lockheeda. Po trzecie, dla przebiegu kolizji, w której chodzi głównie o rozkład naprężeń lokalnych, mniejsze znaczenie ma to, że Tupolew jest generalnie większy, cięższy i szybszy od Lockheeda, ważniejsze jest raczej to, że skrzydła Tupolewa pracują przy większym jednostkowym obciążeniu powierzchni i konstrukcja płata musi ten fakt uwzględnić. Po czwarte wreszcie, co najważniejsze, skrzydło wspomnianego Lockheeda ścina dwa słupy telegraficzne, ale jednocześnie słup, w który uderzyła końcówka skrzydła, ścina także to skrzydło. Nie trzeba być inżynierem, żeby to dostrzec.

Uwagi Berczyńskiego i Biniendy nt. osobliwego stanu szczątków środkowej części kadłuba z „odwiniętymi burtami” zawierają błąd, o którym wspomniałem już wcześniej, polegający na pominięciu prędkości postępowej lecącego samolotu. To ona była główną przyczyną rozdzielenia kadłuba na trzy lub cztery sekcje, a następnie ich dalszej fragmentacji, tymczasem obaj inżynierowie z uporem lepszej sprawy opisują to zdarzenie tak, jakby ciężki samolot spadał pionowo z niewielkiej wysokości. W takich okolicznościach kadłub uległby jedynie zgnieceniu, fakty są jednak inne, poziomy wektor prędkości był tak duży, że każde przerwanie ciągłości struktury kadłuba w wyniku naprężeń i pęknięć prowadziło do lawinowych zniszczeń w kontakcie tak uszkodzonej struktury z podłożem i schemat ten dotyczy niestety także kabiny pasażerskiej. W locie odwróconym jej górna część zetknęła się z podłożem jako pierwsza i szybko została zerwana, a jej dolna część, znajdująca się wtedy wyżej, obciążona ciężkim centropłatem ze zbiornikami paliwa, a z tyłu sekcją ogonową z silnikami, wciąż miała tendencję do dalszego przemieszczania, co tworzyło ogromne naprężenia i prowadziło do lawinowych zniszczeń. Binienda w swojej symulacji w ogóle tego faktu nie uwzględnił. Jego wirtualny Tupolew rozbija się tak, jakby lądował na gładkim, betonowym pasie z niewielką prędkością, w lotnictwie to jednak niemożliwe.

Hipotezy wybuchowe Biniendy i Berczyńskiego kompromituje sam stan i ułożenie szczątków. Gdyby jakiś wybuch uszkodził samolot w locie, a ponadto urwał cały ogon i to jeszcze w locie prawidłowym, z podwoziem w dół, to wszystkie szczątki leżałyby dokładnie w osi lotu, bo żadna na świecie siła nie byłaby w stanie pchnąć ich wszystkich razem nagle w lewo i rozrzucić na planie stożka jak Smoleńsku. Wybuchy w powietrzu mają to do siebie, że prowadzą do rozrzucenia szczątków na planie elipsy dokładnie w linii lotu, tam tymczasem znajdujemy na ziemi pierwsze ślady kolizji, a następnie rozszerzające się pole rozsiewu szczątków, które wcale nie leżą na linii lotu na ścieżce podejścia do lądowania, ale są od niej oddalone i odchylone daleko w lewo. Żaden wybuch ani nawet cała seria najbardziej wymyślnych wybuchów nie byłby w stanie wywołać takich cudów. Mogły to zrobić jedynie skrzydła samolotu, które pod wpływem rotacji spożytkowały siłę nośną do gwałtownej zmiany trajektorii lotu, końcem końców doprowadzając do zderzenia z ziemią. Tym, którzy nie wierzą, że samolot upadł na plecy, niech wystarczą zdjęcia satelitarne z miejsca katastrofy. Rozrzut szczątków w połączeniu z położeniem ściętych drzew tworzy wspólnie trajektorię lotu samolotu, odchyloną na sam koniec regularnym łukiem w lewo. Eksplozje takich cudów regularności nie znają.

Reasumując, bez poważnej korekty modelu teoretycznego i lepszego oparcia na faktach rekonstrukcja katastrofy w Smoleńsku przedstawiona przez Biniendę i Berczyńskiego jest nie do utrzymania, nie widzę też sensu angażowania publicznych środków i instytucji do weryfikowania tego typu modeli.



czwartek, 14 lutego 2013, krzysztofmadel

Polecane wpisy