77. Uszkodzenia skrzydeł w Smoleńsku i Chicago

do działu: Katastrofa smoleńska.

Przez wiele lat propagowane były przez przywódców PiS twierdzenia, że prezydencki TU-154M nie mógł stracić 10.04.2010 końcówki skrzydła w zderzeniu z brzozą dra Bodina (skrzydło "powinno" jakoby "ściąć brzozę"). Jednak skrzydła samolotów są zrobione z cienkich stopów aluminium i są niszczone łatwo w zderzeniach z obiektami zdolnymi wywołać duże naprężenia. 5 sierpnia 2022 r. przykładu tego dostarczył na lotnisku O'Hare w Chicago samolot Qatar Airways Boeing 777 cargo, który powoli kołując uderzył skrzydłem w wysoką latarnię lotniskową o średnicy słupa podobnej do feralnej brzozy smoleńskiej. Boeing natychmiast zahamował nim skrzydło odpadło, jednak doznało ono strukturalnego uszkodzenia. Pokażę, że siła działająca na skrzydło w czasie jego rwania była ponad trzy razy mniejsza niż w Smoleńsku. To ilustruje jak idiotyczne były manipulacyjne tezy partyjnych wodzów Kaczyńskiego i Macierewicza oraz ich pseudoekspertów w rodzaju Biniendy, Berczyńskiego, czy Rońdy.

Nastąpiło znaczne uszkodzenie skrzydła Boeinga 777. Rysunek w galerii pokazuje zaznaczony na czerwono pierwszy dźwigar na schemacie Boeinga 777 (ceownik z blachy aluminiowej o grubości nie większej niż 5 mm), leżący tuż za przednim ruchomym slat'em. Uszkodzenie sięga dalej niż 1szy dźwigar. Jeśli przeszkoda nie poddałaby się, a samolot zajechał jeszcze dalej, skończyłoby się urwaniem całej końcówki skrzydła.

Całkowita siła nacisku mało deformowalnego słupa (o średnicy nieco mniejszej, lecz porównywalnej z pniem brzozy smoleńskiej) w czasie procesu rwania skrzydła utrzymuje się na pewnym poziomie (wyrażonym liczbą ton siły F) zmiennym w czasie, lecz niewiele, nie więcej niż o czynnik 1.5, podczas gdy cięte są kolejne elementy strukturalne skrzydła takie jak poszycie, ścianki kesonu, żebra i tzw. dźwigary (w istocie też cienkie ścianki aluminiowe). Wiadomo to dobrze m.in. z obliczeń metodą FEM ogłoszonych już w 2012 r. przez grupę dra Andrzeja Morki z WAT. Ta liczba jest istotną, prostą miarą niebezpieczeństwa urwania skrzydła, jak to stało się ze znanymi skutkami (beczka, spadek odwrócony na las) w wypadku smoleńskim. W wariancie obliczeń Morki et al. odpowiadającym najlepiej rzeczywistej konstrukcji skrzydła tupolewa to F ≈ 30 T. Poświęciłem teorii rwania skrzydła tupolewa i jej porównaniu z innymi wypadkami wiele poprzednich rozdziałów bloga, do których warto zajrzeć. m.in. rozdz. 50 oraz rozdz. 73. (Dziś nie będzie całek ani różniczek, tylko 4 mnożenia i jedno dzielenie :-)

Dla porównania, oszacujmy w przybliżeniu (+-20%) siłę rwącą część skrzydła boeinga w Chicago. Na załączonym zdjęciu widzimy, że rura latarni zaczęła się wybrzuszać i giąć u podstawy, jednak śruby mocujące podstawę latarni do betonowego słupa nie urwały się. Ponieważ nie znamy budowy wewnętrznej latarni, użyjemy znane wytrzymałości na zerwanie prętów śrub mocujących, widocznych na fotografii. Otrzymane oszacowanie F będzie zawyżone, gdyż w rzeczywistości pręty NIE odkształciły się zauważalnie, ani nie urwały, zaś deformacja rury słupa nie zwiększa siły nacisku F na skrzydło, w porównaniu ze słupem niedeformowalnym.

Zakładam, że śruby mają powszechnie dostępne, gwintowane, grube pręty ze stali węglowej ASTM A307 grade A, o średnicy 3 cm i wytrzymałości na rozciąganie około 60 ksi = 414 MPa. (Zakładam konserwatywnie dość duże wartości, np. max. odległość między śrubami ~50 cm, z fotografii będąca 20-krotną średnicą pręta => można brać mniejszą średnicę, 2.54 cm = 1 cal). Do zerwania pręta potrzeba siły przekraczającej trzydzieści ton:

F_p ≈ π (0.015 m)² 414 MPa = 30 T.

Można przyjąć, że 3 śruby są rozciągane a 3 ściskane; mianowicie te z lewej strony są rozciągane, będąc w środku nie są poddane dużemu naprężeniu, a po prawej 3 śruby ściskane są w czasie gięcia słupa. Nieprzekraczalna siła sumaryczna rozciągająca pręty śrub wynosiła więc 3F_p ≈ 90 T. Stosunek ramienia działania (wysokość punktu zderzenia nad podstawą słupa) do promienia podstawy słupa to około x ≈ 10 (por. fot.). O taki czynnik siła rozciągająca śruby była większa, niż siła nacisku latarni na skrzydło. Dzieląc 3F_p przez x, dostajemy górne oszacowanie całkowitej chwilowej siły F powodującej rwanie końcówki skrzydła samolotu

F < 9 T.

Porównując F z udowodnioną obliczeniowo i teoretycznie w rozdz. 73 siłą rwącą skrzydło tupolewa rzędu 30-35 T, widzimy, że skrzydło boeinga było poddane sile co najmniej 3-4 razy mniejszej niż skrzydło tupolewa, a mimo to postępowała jego destrukcja. Porównujemy nieco inne samoloty, ale przez przypadek w miejscach zderzenia dość podobne: odrywała się krótsza końcówka skrzydła Boeinga 777, za to samolot ten jest cięższy i ma nieco mocniejsze(!) skrzydło niż TU-154 w punkcie zderzenia; blachy tupolewa były grubości 1-3.5 mm, boeinga 2-5 mm na drodze uderzenia. Znacznie (3-4 lub więcej razy) większa siła cięcia skrzydła tupolewa prezydenckiego gwarantuje, że w wypadku smoleńskim nieuniknione było urwanie skrzydła przez brzozę.

* * *

Incydent w Chicago miał wiele innych analogii, w tym znacznie groźniejszych. W rozdz. 37 bloga opisałem wypadek, który zdarzył się w 2004 r. na odwiedzanym przeze mnie lotnisku KTEB w Teterboro, NJ, najbliższym Manhattanu lotnisku dla biznesowej i małej awiacji. Tam samolot zjechał z pasa i hamując wjechał w drzewa, jedno z których urwało zewnętrzną połowę lewego skrzydła (por. fotografię). Była jedna ofiara w stanie krytycznym.

Samoloty nie służą do koszenia grubych drzew.

Dziękuję płk. Markowi Ciszewskiemu (b. dowódcy pułków lotnictwa wojskowego RP i stałemu obserwatorowi z ramienia RP w kwat. gł. NATO), który przesłał mi załączoną fotografię zdarzenia na O'Hare z komentarzem: Antoniemu do sztambucha.