Pierwsze wrażenia z III Konferencji Smoleńskiej: kilka doskonałych referatów zarówno na tematy techniczne oraz medyczne i prawne. Teraz, na gorąco, wezmę na warsztat dwa pierwsze referaty Glenna A. Jørgensena, który przedstawił wyniki zaawansowanych symulacji CFD (obliczeniowej dynamiki płynów) bazujące na bardzo dokładnym modelu Tu-154M mające odpowiedzieć na pytanie czy po utracie końcówki lewego skrzydła tupolew mógł wykonać półbeczkę jak to opisuje oficjalna wersja. Odpowiedź była jednoznaczna: nie.
Duński inżynier z doświadczeniem w mechanice płynów oraz pilot Glenn Jørgensen ponad rok temu przedstawił analizę hipotezy półbeczki, jaką miał wykonać Tu-154M w wyniku hipotetycznej utraty końcówki lewego skrzydła skutkiem uderzenia w pancerną brzozę. Jørgensen zainteresował się tematem Smoleńska na skutek pytań polskiego kolegi z pracy, który wyraził wątpliwości wobec oficjalnych wersji przebiegu tragedii. Jako, że Jørgensen nie lubi teorii spiskowych postanowił on przekonać swojego kolegę, że oficjalna wersja jest jak najbardziej sensowna. Jednak gdy wgłębił się w wyliczenia sam zaczał mieć wątpliwości, które doprowadziły go do konkluzji, że oficjalna wersja nie trzyma się kupy.
Przypomnijmy, że zgodnie z oficjalnymi raportami samolot uderzyć miał lewym skrzydłem w dużą brzozę na wysokości 5-7 m. W wyniku tego uderzenia oderwana została końcówka o rozpiętości około 5,5 metra. Miało to spowodowac asymetrię sił nośnych pomiędzy nieuszkodzonym prawym i krótszym lewym skrzydłem. Asymetria sił nośnych spowodowała gwałtowny przechył samolotu na lewe skrzydło. Piloci próbowali przeciwdzialać narastającemu przechyleniu poprzez wychylenie prawej lotki i steru kierunku, ale nie byli w stanie opanować niekontrolowanego przechyłu. W konsekwencji samolot na wysokości kilkunastu metrów wykonał półobrót i uderzył w ziemię w pozycji odwróconej. Oficjalne komisje nie zaproponowały jednak jakichkolwiek wyliczeń na poparcie tej hipotezy, nie wspominając nawet o poważniejszych aerodynamicznych symulacjach. Jedyne "dowody" jakie przedstawiono to grafiki rosyjskiego fotoamatora Siergieja Amielina, który "wpasowywał" często niezwymiarowaną grafikę samolotu do fotografii przyciętych gałęzi i drzew. Te montaże zostały "na żywca" skopiowane do raportu komisji Millera.
Z analizy Glenna Jørgensena wynikało, że tak gwałtowny przechył, jak to sugerują oficjalne wyjaśnienia nie jest możliwy przy utracie około 30% rozpiętości lewego skrzydła. Owszem, mógłby wystąpić przechył, ale nic w rodzaju gwałtownej półbeczki, którą miał jakoby wykonać tupolew. Oryginalna praca Jørgensena (wykonana w środowisku MathCad) bazowała na numerycznym całkowaniu zmian siły nośnej po powierzchni skrzydła z uwzględnieniem szeregu czynników, jak zmiana lokalnego kąta natarcia w danym punkcie skrzydła w wyniku przechyłu czy uwzględneniu roli klap przy założonym proporcjonalnym rozkładzie siły nośnej na powierzchni skrzydła.
Analiza Jørgensena wywołała ożywioną debatę i zmotywowała prof. Grzegorza Kowaleczkę do opracowania własnej analizy, w której argumentował, że bardzo silny przechył jest jednak możliwy w wyniku utraty trzeciej częsci lewego skrzydła. Na podstawie wykonanej symulacji CFD prof. Kowaleczko wyliczył, że utrata siły nośnej w związku z utratą końcówki skrzydła wynosić musiała 12,5% i wyjaśnia większość końcowego kąta przechylenia samolotu (choć nie w całości). Analiza prof. Kowaleczki zamieszczona została na stronach zespołu dr. inż. Macieja Laska. Opracowanie prof. Kowaleczki stało się obiektem szczegółowej krytyki ze strony Jørgensena (oraz kilku skromnych blogerów) jednak pod wzgledem użytego aparatu matematycznego była ona najbardziej zaawansowana.
Do teraz. Na III Konferencji Smoleńskiej Glenn Jørgensen przedstawił wyniki zaawansowanej symulacji CFD wykonanej z użyciem bardzo dokładnego modelu Tu-154M w konfiguracji do lądowania. Symulację CFD przeprowadziła firma wykonująca od lat tego typu komercyjne modelowania dla takich kontrahentów jak Boeing. Model samolotu uwzględniał wysunięte podwozie, wysunięte do pozycji 36 stopni podwójne klapy typu Fowlera, wysunięte do pozycji 22 stopni przednie sloty oraz odtwarzał dokładną geometrię skrzydła włączając w to uwzględnienie gondol podwozia, kąta skrętu, zaklinowania i wzniosu skrzydła czy grzebieni aerodynamicznych na skrzydłach. Co więcej, model samolotu uwzględniał dużą powierzchnię stabilizatora poziomego, który zgodnie z dokumentacją Tu-154M generuje część siły nośnej i ma istotne znaczenie w stabilizacji lotu. Jeszcze więcej, analiza uwzględniała wychylenie prawej lotki i interceptora prawej lotki. Wiemy z zapisów parametrycznych czarnych skrzynek, że w ostatnich sekundach lotu prawa lotka i jej interceptor (urządzenie zaburzające opływ powietrza wokół górnej powierzchni skrzydła, zatem wspierające pracę lotki) były wychylone, co zmniejszało siłę nośną prawego skrzydła. Symulacja ta pozwoliła na dokładne wyliczenie momentów sił działających na samolot, w tym momentu przechylającego, który nas najbardziej tutaj interesuje.
Dla odmiany model Tu-154M przygotowany przez prof. Kowaleczkę był znacznie bardziej uproszczony. Użył on oprogramowania KK-AERO stworzonego przez dr. inż. Krzysztofa Kubryńskiego. Symulacja w ogóle pomijała wpływ poziomego stabilizatora. Jesli weźmiemy pod uwagę, że powierzchnia tego stabilizatora to 42 m2 w porównaniu do powierzchni utraconego fragmentu skrzydła (około 16 m2) można łatwiej zrozumieć znaczenie tego elementu. Prawdopodobnie ze względu na ograniczenia oprogramowania prof. Kowaleczko musiał użyć także proste klapy zawiasowe zamiast bardziej zaawansowanych klap Fowlera. Inne ograniczenie oprogramowania powodowało, że niemożliwe było modelowanie asymetrycznych skrzydeł - prof. Kowaleczko musiał skrócić symetrycznie obydwa skrzydła i następnie pośrednio wyliczyć utratę siły nośnej. Bardziej zaawansowane modelowanie przedstawione przez Jørgensena było pozbawione tego ograniczenia.
Model stworzony przez prof. Kowaleczkę. Widać brak uwzględnienia ogona i uproszczony model skrzydeł.
Glenn Jørgensen w swojej krytyce pracy prof. Kowaleczki wyliczył kilkanaście takich uproszczeń. Pechowo wszystkie one miały wspólny mianownik: powodowały, że rozkład siły nośnej zawsze przesuwał się bardziej ku końcówkom skrzydeł przez co utrata fragmentu skrzydła powodowała proporcjonalnie większy ubytek siły nośnej. Pomimo tych wszystkich "życzliwych założeń" symulacja prof. Kowaleczki i tak sugerowała wyraźnie mniejszy kąt przechyłu niż znany z oficjalnych raportów. I to przy wprowadzonej zagadkowej "sile od uderzenia w brzozę", której fizycznej natury prof. Kowaleczko nigdy nie wyjaśnił, a która to siła znacząco zwiększa przechył.
Walidacji modelowania CFD zaprezentowanego przez Jørgensena dokonano przez symulację lotu w konfiguracji przelotowej (to jest ze schowanym podwoziem, klapy w pozycji neutralnej, itp.). Uzyskana w ten sposób krzywa współczynnika siły nośnej w funkcji kąta natarcia doskonale pasuje do krzywej znanej z rosyjskiej dokumentacji.
Wnioski z modelowania CFD przedstawionego przez Jørgensen są następujące: przy utracie około 5,6 metra rozpiętości lewego skrzydła nie ma szans na wykonanie przez samolot półbeczki. Utrata siły nośnej dla Tu-154M w konfiguracji do lądowania wynosi 9%, a zatem wyraźnie mniej niż wyliczył to prof. Kowaleczko. To niewątpliwie duża satysfakcja dla Glenna Jørgensena, że wyniki zaawansowanej symulacji potwierdziły dosyć dokładnie jego wcześniejsze wyliczenia, bazujące na znacznie prostszych metodach. Nawet bez reakcji pilotów pojawiający się przechył nie jest na tyle duży by możliwe było dopasowanie go do oficjalnych wyjaśnień. Uwzględniając zaś reakcję pilotów - a wiemy z zapisów parametrycznych czarnych skrzynek, że ona nastąpiła poprzez wychylenie prawej lotki i interceptora - przechył ten jeszcze się zmiejsza. Jørgensen wskazał wykres kąta przechylenia zapisanego w parametrycznej czarnej skrzynce. Otóż pokazuje on niewielkie narastanie kąta przechylenia, a następnie wyhamowanie tego przechylenia i nawet chwilowy powrót do bardziej poziomego lotu. Zdaniem Jørgensena może to świadczyć, że reakcja pilotów faktycznie chwilowo zapobiegła przechyłowi samolotu. Poniżej krzywa kąta przechylenia. Widać jego wzrost, a następnie zmniejszenie się. Czerwona linia, wyznaczona przez PKBWLLP wskazuje hipotetyczny moment uderzenia w pancerną brzozę:
Skoro utrata fragmentu skrzydła rozpiętości 5,6 metra nie spowoduje tego typu gwałtownego obrotu, to co go może spowodować? Glenn Jørgensen próbował także znaleźć odpowiedź na to pytanie: okazuje się, że utrata 10 metrów skrzydła czyni samolot niekontrolowalnym, niezależnie od reakcji pilotów. Jørgensen zasugerował w związku z tym następujący możliwy scenariusz: pierwszy wstrząs zapisany przez akcelerometr, który najprawdopodobniej nastąpił przed brzozą i na znacznie większej wysokości niż znamy to z raportów MAK/PKBWLLP, mógł świadczyć o pierwszym uszkodzeniu lewego skrzydła. W tym momencie samolot był jeszcze kontrolowalny, a reakcja pilotów wyhamowała pojawiający się przechył. Drugi, głębszy wstrząs zapisany przez akcelerometr mógł świadczyć o zniszczeniu większości lewego skrzydła i w tych warunkach samolot stał się niekontrolowalny: następuje gwałtowny przechył na lewe skrzydło, a jego końcowa wartość przy uderzeniu w grunt wynosi około 90-110 stopni. Jørgensen sugeruje, że niektóre ślady na ziemi mogą świadczyć o takiej właśnie pozycji samolotu. Jego zdaniem końcowa eksplozja w kadłubie nastąpiła tuż przed uderzeniem maszyny w grunt, ale temat śladów na ziemi i ich interpretacji to temat na osobną notkę.
Podsumowując zaś obecną: symulacje CFD przedstawione przez Glenna Jørgensena są jak dotąd najbardziej zaawansowanymi ze wszystkich dotychczasowych wyliczeń i badań tego zagadnienia. Jednoznacznie wskazują one, że utrata 5,6 metra końcówki lewego skrzydła w wyniku hipotetycznego uderzenia w pancerną brzozę nie mogła spowodować gwałtownego i niekontrolowanego przechyłu samolotu. Taki przechył mogło jednak wymusić utrata około 10 metrów rozpiętości skrzydła.
Dodane 24/10/2014: Glenn Jørgensen przedstawił także podczas swojej drugiej prezentacji skompilowany przez siebie materiał dotyczący kwestii działania gazów wylotowych silników samolotu, które powinny rozrzucić i nadpalić przedmioty znajdujące się na działce Bodina:
