Temat przeciążeń jakimi byli poddani pasażerowie i załoga rządowego tupolewa podczas katastrofy pod Smoleńskiem był żywo dyskutowany od początku. Przeciążeniami tymi tłumaczy się po pierwsze olbrzymią detrukcję struktury samolotu (np. wielka ilość drobnych metalowych odłamków) i po drugie natychmiastową śmierć wszystkich pasażerów i załogi. W swoim tekście dokonuję przeglądu dostępnych danych eksperymentalnych – oraz prac analizujących faktyczne katastrofy – na temat przeciążeń oddziałujących na samolot i pasażerów w warunkach przybliżonych do warunków katastrofy smoleńskiej. Raport MAK podkreśla siły oddziałujące na pasażerów:
Badania medyczno-traseologiczne wykazały, że w chwili niszczenia konstrukcji samolotu, w położeniu odwróconym, na pasażerów i załogę działały przeciążenia o wartości przekraczającej 100 g. (Polskie tłumaczenie raportu MAK, s. 189-190.)
Ta sama teza powtórzona jest w raporcie MAK na stronie 204. To krótkie i ogólnikowe stwierdzenie, tym niemniej pozwala na wyciągnięcie co najmniej czterech wniosków. Po pierwsze, raport MAK wyraźnie stwierdza, że przeciążenie oddziałujące na pasażerów zidentyfikowane zostało na podstawie badań medyczno-traseologicznych. Po drugie, raport MAK stwierdza, że wartości przeciążeń były wyższe niż 100 g. O ile wyższe? 10%, 20%, 50%? Tego już raport nie precyzuje. Po trzecie raport stwierdza, że te przeciążenia oddziaływały na wszystkich pasażerów i członków załogi bez rozróżnienia miejsca zajmowanego przez nich w samolocie. I po czwarte raport stwierdza, że te przeciążenia oddziaływały dokładnie na pasażerów i członków załogi. Przeciążenia oddziałujące na samolot (czy też jego poszczególne struktury) nie są wyliczone a przynajmniej wymienione. Stoi to w pewnym kontraście do stwierdzeń z raportu KBWLLP na temat dynamiki zderzenia:
Zderzenie tego typu klasyfikowane jest jako uderzenie małej energii pod małym kątem. (Załącznik nr 4.5, "Opis uszkodzeń samolotu", s. 5.)
Kwestie przeciążeń działających na pasażerów w warunkach zbliżonych warunkach do katastrofy smoleńskiej były przedmiotem dokładnych badań zarówno w testach zderzeniowych, jak i teoretycznych prac bazujących na faktycznych katastrofach. Poniżej krótkie omówienie niektórych z nich.
Testy zderzeniowe
W projekcie wykonanym na zlecenie Federal Aviation Administration, dotyczącym symulacji testu zderzeniowego z użyciem samolotu Lockheed Constellation Model L-1649 symulowano m.in. scenariusz CFIT. W tym teście zderzeniowym kadłub samolot uderzył najpierw z prędkością poziomą 188 km/h i pionową -5.5 m/s w nasyp ziemi wznoszący się pod kątem 6 stopni. Symulować to miało negatywne pochylenie maszyny rzędu -6 stopni (przód samolotu pochylony). Pomimo tego uderzenia struktura kadłuba pozostała nienaruszona. Poniżej wykres przeciążeń w osi podłużnej działające na 'pasażerów' (manekiny).
Przeciążenia wzdłuż osi podłużnej działające na pasażerów w zderzeniu ze stokiem 6 stopni nachylenia.
Jak widać, na pasażerów działały przeciążenia do -10 g z uśrednioną wartością rzędu -5 g (akcelerometry umieszczone w miednicy). Po uderzeniu w pierwszy stok opadający samolot chwilę później uderzył w znacznie większy stok wznoszący się pod kątem 20 stopni. Uderzenie to spowodowało rozerwanie kadłuba na 3 części. Przeciążenia zarejestrowane w podłodze nie były większe niż około +/-10 g, podobnie jak zarejstrowane w manekinach:
Przeciążenia wzdłuż osi podłużnej działające na pasażerów przy uderzeniu w stok o pochyleniu 20 stopni
Jeśli chodzi o przeciążenia pionowe podczas uderzeń w obydwa nasypy zarejestowane wartości działające na manekiny to od 15 do 20 g z wyjątkiem jednej stacji pomiarowej, która zarejestrowała lokalną wartość przeciążenia 44 g w momencie gdy wrak samolotu przestał się poruszać. Największe przeciążenia poprzeczne wynosiły zaś do 10 g.
W innym tego typu teście zderzeniowym przeprowadzonym w 1984 roku podchodzący do lądowania z prędkością 77 m/s i prędkością opadania 5,2 m/s samolot Boeing 720 został rozbity o betonową płytę. Przeciążenia wynikające z uderzenia, mierzone w różnych miejscach kadłuba, określono jako przeżywalne. Najwyższe pionowe przeciążenia zarejestrowano w przedniej części kadłuba (14 g); w środkowej części około 7 g, natomiast w tylniej około 5 g. Przeciążenia poprzeczne wynosiły od 7 g w przedniej części kadłuba do około 4 g w środkowej i tylniej. Akcelerometry zamontowane w biodrach manekinów wykazały, że największe pionowe przeciążenie działało na pilota: 18,3 g w czasie 0,075 sekundy. Z punktu widzenia tolerancji ciała na przeciążenia tego typu wartość określona jest jako o wysokim stopniu przeżywalności z niewielkim tylko prawdopodobieństwem urazu kręgosłupa.
Przeciążenia pionowe działające na biodra manekina i fotel w przedniej części kadłuba
Co ciekawe, w eksperymencie tym samolot nie uderzył w grunt dokładnie tak, jak zamierzano. W ostatnich sekundach zaczął się on przechylać na lewe skrzydło w efekcie czego pierwszy kontakt z gruntem miał lewy silnik i końcówka lewego skrzydła, co znacząco zmniejszyło przeciążenia działające na kadłub. To jest podobny scenariusz, jak podczas katastrofy smoleńskiej, gdzie najpierw kontakt z gruntem miało mieć skrzydło oraz statecznik co musiało zmniejszyć przeciążenia działające na kadłub. Gdy prof. Wiesław Binienda stwierdził, że właśnie to wynika z wyliczeń podniósł się chór oburzonych głosów, że tak być przecież nie może. Otóż właśnie może - eksperymet z B720 tego właśnie dowodzi. Zgodnie z raportem KBWLLP pierwszymi elementami, które uderzyły w grunt były pozostała część lewego skrzydła i statecznik przez co przeciążęnia działające na kadłub musiały ulec znaczącej redukcji. Dodatkowo, raport KBWLLP jasno stwierdza, że grząski teren, w który uderzył tupolew musiał zamortyzować to uderzenie:
Samolot upadł w odległości około 500 m od progu drogi startowej (DS 26) i około 100 m w lewo od jej osi na grząski, podmokły, zadrzewiony teren, co miało wpływ na zamortyzowanie uderzenia i absorpcję energii. (Załącznik nr 4, "Technika lotnicza i jej eksploatacja" s. 33.)
Raport KBWLLP potwierdza także, że omawiane przykłady mają zastosowanie do katastrofy smoleńskiej:
Samolot zderzył się z ziemią w pozycji odwróconej, pod małym kątem i z prędkością porównywalną do prędkości przyziemienia w trakcie lądowania. (Załącznik nr 4, "Technika lotnicza i jej eksploatacja", s. 33.)
Wypadek pod Göttrora
W grudniu 1991 roku pod Sztokholmem doszło do katastrofy samolotu McDonnell Douglas MD-81. Procedura usuwania oblodzenia przed startem nie została wykonana prawidłowo wskuteg czego podczas startu kawałki lodu oderwały się od skrzydeł i uderzyły w łopatki obydwu silników powodując ich odkształcenie. Spowodowało to destrukcję silników 65 sekund po starcie, gdy samolot znajdował się na wysokości 1011 metrów. Kapitan sterując maszyną jak wielkim szybowcem wykonał awaryjne ladowanie w częściowo zalesionym terenie. Tuż przed uderzeniem w ziemię samolot ściął liczne drzewa – zgodnie z raportem maszyna wycięła 125 metrów metrów lasu o szerokości rozpietości jej skrzydeł. Większość prawego skrzydła uległo zniszczeniu, pomimo tego maksymalny zarejestrowany przechył wyniósł około 40 stopni. Lewe skrzydło pomimo zderzeń z co najmniej 30 drzewami i znacznych uszkodzeń powierzchni nośnych (dolnej części) nie oderwało się.
W momencie ścinania drzew samolot poruszał się z prędkością 224 km/h, natomiast tuż przed uderzeniem w grunt prędkośc ta wynosiła 200 km/h przy prędkości opadania około 9 m/s. Po uderzeniu w ziemię kadłub samolotu rozpadł się na 3 części. Najgłębsze wgniecenia dolnej części poszycia były w przedniej części kadłuba: około 80 cm, natomiast w tylniej około 18 cm. Wszyscy ze 129 pasażerów przeżyli, wszyscy z nich – za wyjątkiem 4 osób – byli w stanie samodzielnie wyjść z rozbitego kadłuba.
Pomimo, że wypadek ten nie spowodował żadnych ofiar śmiertelnych przeciążenia działające na samolot w wyniku uderzenia w twardy, zmrożony grunt stały sie obiektem dokładnych analiz wykonanych na zlecenie szwedzkiej agencji badania wypadków lotniczych SHK. Symulacje te z udziałem Air Accidents Investigation Branch (AAIB) przeprowadzone zostały przez Cranfield Impact Centre Limited (CIC) oraz Motor Industry Research Associacion (MIRA) w Wielkiej Brytanii. Skoncentrowano się na przedniej części kadłuba, gdzie było najwięcej rannych. W wyniku tych badań oszacowano, że maksymalne przeciążenia działające na na pasażerów były następujące:
- Podłużne (wzdłuż osi X) pomiędzy -13,5 i -20 g
- Poprzeczne (wzdłuż osi Y) pomiedzy 3,7 i +/- 5 g
- Pionowe (wzdłuż osi Z) pomiędzy +29 i -30 g.
Podsumowanie
Analizy przeciążeń działających na pasażerów uzyskane w testach zderzeniowych oraz na podstawie faktycznego wypadku o podobnych parametrach są wielokrotnie mniejsze od przeciążeń podanych przez raport MAK. Siły działające na pasażerów musiały mieć – przynajmniej w dużej części – inne źródło niż upadek samolotu w pozycji odwróconej.
