Путевской Виктор (vipernn) wrote,
Путевской Виктор
vipernn

Categories:

О прочности и молниях...

5 мая случилось несчастье - после взлета в самолет RRJ-95 (он же SSJ-100, он же Суперджет) попала молния, отключиласть часть оборудования (пока точно неизвестно какая) и управление перешло в режим Direct Mode. Сей режим приводит к тому, что бортовой компьютер перестает выполнять некоторые функции, в частности предотвращать выходы на предельные режимы. Проще говоря, такой режим практически эквивалентен прямо управлению на "механическом самолете". Далее самолет возвращается в аэропорт вылета, производит посадку, во время которой происходит многократное "козление" (отскок самолета от ВПП). В результате, на третьем касании происходит разрушение крепления основных опор шасси, далее разрушение стенок крыльевых топливных баков и, как следствие, вытекание топлива и пожар. Во время эвакуации с борта спаслись 37 человек, 41 человек, к сожалению погиб.

Естественно, сразу же после трагедии, в интернетах появилось множество икспердов. Чуши всякой ими накидано и разбросано очень много (и про спасательные службы и про эвакуацию и про множество других моментов) . Мы же рассмотрим три момента:

1. Прочность основных опор шасси.
2. Влияние попадания молнии на самолет.
3. Влияние нерасчетных перегрузок на самолет.

1. Прочность основных опор шасси.

Итак, иксперды утверждают, что раз стойки RRJ-100 при аварийной посадке сломались, то прочность их недостаточна и самолет плохой, его надо усилять. А какая же прочность должна быть у стоек? Отвечаю: нормированная. А нормы содержатся в АП-25. В АП-25, во-первых, задается максимальное значение эксплуатационной перегрузки. Вычисляется он по хитрой формуле в зависимости от максимальной взлетной массы. Для RRJ-95 это значение nЭ = 2.5. Оно же приведено в РЛЭ. Для опор шасси все гораздо сложнее. Здесь нормируется, так называемая приведенная вертикальная скорость. Вычисляется она по формуле:

VЭV = 0.95(VV + alphaВППVL) м/с.

здесь:

alphaВПП - величина уклона ВПП, в данном случае (аэродром с искусственным покрытием) alphaВПП = 0.025;
VL - посадочная скорость в момент касания, должна быть не менее 1.25VL1;
VV - вертикальная составляющая скорости, задается VV = 1.5 м/с.

Величина VЭV не может быть менее 3.05 м/с.

VL1 задается достаточно сложным способом. Для упрощения расчета возьмем максимально допустимую посадочную скорость для RRJ-95. По РЛЭ это 212 kt = 393 км/ч = 109 м/с. Это вариант с невыпущенными закрылками и посадочной массой 46 000 кг. Для примера, минимальная посадочная скорость (m = 26 000 кг, закрылки выпущены) 115 kt = 212 км/ч = 59 м/с. Разность почти в два раза.

Итак, считаем:

VЭV = 0.95(VV + alphaВППVL) = 0.95(1.5 + 0.025х109) = 4.0 м/с.

Эту скорость, которой соответствует некая кинетическая энергия, надо погасить. Часть энергии погасится обжатием пневматиков, часть - обжатием цилиндров основных стоек шасси. Если что-то останется то оставшаяся часть энергии будет гаситься за счет деформации конструкции (упругой). Если и этого не хватит, то деформация будет уже пластической, а далее пойдут разрушения. Не зная параметров посчитать это невозможно, однако можно прикинуть ускорения и перегрузки. Нам надо погасить вертикальную скорость. Будем считать, что для этого будет использован весь ход штоков цилиндров опор шасси. Эта величина составляет L = 400 мм = 0.4 м.

Ускорение будет равно:

a = VЭV2/(2xL) = 42/(2x0.4) = 20 м/с2.

Величина достаточно большая, соответствует примерно 2 единицам перегрузки. Расчетная перегрузка будет около 3 единиц. Реально эта величина будет скорее всего меньше за счет гашения энергии пневматиками и цилиндрами. Но самое главное, эта величина расчетной перегрузки для опор шасси не является очень уж большой. Пассажирский самолет не истребитель, ему не надо совершать маневры с перегрузкой 10 - 12 единиц. Второй момент чисто математический - ускорение (и перегрузка) зависят от квадрата вертикальной скорости, то есть, если посадочная скорость превышена в два раза от нормируемой, то перегрузка возрастет в четыре раза и составит примерно 12 единиц. Этого гарантированно хватит, чтобы развалить пассажирский самолет.

З.Ы. Длина хода штока и посадочные скорости взяты из источников, найденных в интернете и могут отличаться от действительных значений.

2. Влияние попадания молнии на самолет.

Иксперды утверждают, что попадание молнии в самолет не приводит к фатальным последствиям. Как бы все защищено, получили молнию и летим дальше. В принципе это действително так. На самолетах стоят различные защиты от ударов молний. Но молнии обладают крайне больщим мощностями и энергиями. И при "удачном" попадании в лучшем случае будет сожжена вся электроника, а в худшем будут получены еще и механические повреждения. Так что данное попадание молнии в RRJ-95 обошлось без серьезных последствий. Я имею ввиду именно сам момент попадания молнии, а не то, к чему оно привело в итоге.

У нас был случай, когда при совершении УТП в самолет попала молния. Вышли из строя все приборы а электрической основе. Экипажем было принято решение сажать самолет. После успешной посадки выяснилось, что часть приборов вышла из строя. А от удара молнии кил самолета был буквально расщеплен. Пришлось проводить восстановительный ремонт. Так что удар молнии в самолет это достаточно серьезный инцидент несмотря на все защиты.

3. Влияние нерасчетных перегрузок на самолет.

И опять возвращаемся к вопросу достаточности прочности опор шасси. Что если бы прочность опор была больше? Как это не удивительно, но это практически гарантированно привело бы к еще большей трагедии. Итак рассматриваем физику. Кинетическая энергия частично гасится обжатием пневматиков и цилиндров. Все остальное идет дальше. Если стойка окажется очень прочной, то она не сломается, но передаст силу на узлы крепления. В принципе так оно обычно и бывает - стойки остаются целыми, они как правило обладают большой прочностью во многом по причине высоких требований к жесткости, а не к прочности. Если узлы крепления также выдерживают переданную нагрузку, которая идет дальше - на крыло и фюзеляж. И вот представьте себе, что эти нерасчетные нагрузки приходят на крыло и фюзеляж, который расчитаны на перегрузку в 3.8 единицы. А нагрузки от шасси при грубой посадке могут быть очень существенными. В итоге мы ломаем крыло, фюзеляж и гарантированно убиваем всех, кто там находится. А то еще и получим переворот самолета. Вот такая цена у избыточной прочности.

В данном случае разрушились узлы крепления основных стоек шасси, а крыло и фюзеляж остались целыми. К сожалению произошли разрушения в топливном баке, результатом чего явился пожар. Но это, скорее всего, есть следствие лио гидравлического удара, либо нерасчетной перегрузки, действующей непосредственно на топливные баки.

Вот как-то так.
Tags: ssj, ssj-100, Суперджет, авиация, математика, пакости, прочность, самолет
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments