Charakterystyki hydromechaniczne decydujące o zachowaniu się uszkodzonego statku powietrznego na powierzchni wody Hydromechanic Characteristics Influencing the Behaviour of a Damaged Air Craft on the Free Surface of Water

Pełen tekst

(1)PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 92. Transport. 2013. Joanna Boyke Politechnika Gdaska. CHARAKTERYSTYKI HYDROMECHANICZNE DECYDUJCE O ZACHOWANIU SI USZKODZONEGO STATKU POWIETRZNEGO NA POWIERZCHNI WODY Rkopis dostarczono, stycze 2013. Streszczenie: Wypadki lotnicze zwizane z ldowaniem awaryjnym sk oni y autora do przeanalizowania czy ldowanie awaryjne na akwenie wodnym jest lepszym rozwizaniem z punktu widzenia bezpieczestwa ludzi, mienia i rodowiska naturalnego, ni ldowanie na p ycie lotniska. Jeli przyjmiemy, e miar bezpieczestwa jest ryzyko wypadku. Biorc pod uwag fakt, e autor zajmuje si problematyk bezpieczestwa obiektów oceanotechnicznych w stanie uszkodzonym, zdecydowano si na przedstawienie w artykule podstawowych elementów modelu zachowania si statku powietrznego w ostatniej fazie podchodzenia do ldowania awaryjnego na akwenie wodnym i zachowaniu si na swobodnej powierzchni wody. Podano warunki równowagi oraz opisano p ywalno i stateczno statku powietrznego po wykonaniu manewru awaryjnego ldowania na wodzie. Przedstawiono problemy zwizane z modelowaniem zachowania si statku powietrznego na swobodnej powierzchni wody w tym problemy zwizane z statecznoci i p ywalnoci zarówno w stanie uszkodzonym, jak i nieuszkodzonym. Opisano te problemy zwizane z okreleniem czasu ewakuacji i czasu ewentualnego zatapiania statku powietrznego na skutek utraty integralnoci kad uba. Sowa kluczowe: wypadek, ryzyko, ldowanie awaryjne, zatapianie, p ywalno , stateczno. 1. WSTP W minionym okresie czasu opinia publiczna mia a moliwo zaobserwowania dwóch wypadków lotniczych, które zakoczy y si szczliwie zarówno z uwagi na ludzi, mienie jak i rodowisko naturalne. Pierwszy to wypadek lotniczy blisko nowojorskiego lotniska LaGuardia, gdzie po uszkodzeniu obu silników, pilotowi uda o si szczliwie wyldowa na rzece Hudson (15 stycznia 2009) [media]. Drugi wypadek dotyczy pamitnego ldowania samolotu Polskich Linii Lotniczych na Okciu 1 listopada 2011 roku [media]. W samolocie tym, podczas podejcia do ldowania nastpi a awaria podwozia i pilot zmuszony by.

(2) 6. Joanna Boyke. ostatecznie do podjcia decyzji o ldowaniu na p ycie lotniska bez wysunitego podwozia. W obu wymienionych przypadkach okolicznoci w jakich dosz o do wypadku by y inne. Ich wspóln cech by a konieczno podjcia decyzji o sposobie sprowadzenia statku powietrznego na ziemi. W pierwszym, decyzj trzeba by o podj bardzo szybko z uwagi na moliwo utraty si y nonej na p atowcu na skutek utraty cigu w obu silnikach. Jedyn szans na szczliwe zakoczenie lotu by o przeprowadzenie operacji ldowania na akwenie wodnym. W drugim natomiast, pocztkowo podejmowano próby wysunicia podwozia, ostatecznie jednak pilot podj decyzj o ldowaniu na specjalnie przygotowanej p ycie lotniska bez wysunitego podwozia. Powysze wypadki lotnicze sk oni y autora do zastanowienia si, czy ldowanie akwenie wodnym jest rozwizaniem lepszym z punktu widzenia bezpieczestwa ludzi, mienia i rodowiska naturalnego. Jeli przyjmiemy, e miar bezpieczestwa jest ryzyko wypadku. Poniej opisano ruch statku powietrznego w ostatniej fazie podchodzenia do ldowania na akwenie wodnym, podano warunki równowagi oraz przedstawiono zagadnienia p ywalnoci i statecznoci, obowizujce zarówno w przypadku statku powietrznego uszkodzonego, jak i nieuszkodzonego na swobodnej powierzchni wody.. 2. OPIS RUCHU STATKU POWIETRZNEGO W OSTATNIEJ FAZIE PODCHODZENIA DO LDOWANIA AWARYJNEGO NA AKWENIE WODNYM Opis ruchu statku powietrznego w ostatniej fazie podchodzenia do ldowania awaryjnego na akwenie wodnym jest problemem z oonym, poniewa statek powietrzny znajduj si na granicy dwóch orodków, wody i powietrza. Do jego rozwizania naley opracowa modele matematyczne s uce do oceny zachowania si obiektu w pobliu swobodnej powierzchni wody, a nastpnie wykorzysta je przy tworzeniu nowoczesnych narzdzi do projektowania rodków transportu powietrzno-wodnego. Narzdzia te powinny by oparte na metodach wykorzystujcych równania róniczkowe, lub na numerycznej mechanice p ynów oraz umoliwia ocen zachowania omawianego obiektu zarówno na etapie projektowania, jak i podczas eksploatacji. Stanowi one baz do przeprowadzenia precyzyjnej symulacji zmiany swobodnej powierzchni wody dla przewidywania si hydrodynamicznych podczas procesu ldowania. W czasie zbliania si do powierzchni wody ruchowi statku powietrznego towarzysz liczne zjawiska, które maj wp yw na zachowanie si statku w powietrznego w kocowej fazie lotu, dwa zasadnicze to: - wp yw rozpitoci p ata znajdujcego si w pobliu swobodnej powierzchni wody na obnienie oporu D; - wp yw ciciwy p ata znajdujcego si w pobliu swobodnej powierzchni wody na wzrost si y nonej L..

(3) Charakterystyki hydromechaniczne decydujce o zachowaniu si uszkodzonego …. 7. 1. wpyw rozpitoci pata znajdujcego si w pobliu swobodnej powierzchni wody Opór p ata sk ada si z dwóch zasadniczych komponentów: - oporu tarcia; - oporu indukowanego. Opór tarcia spowodowany jest tarciem czsteczek powietrza op ywajcych p at i dlatego zaley od chropowatoci powierzchni tego p ata oraz liczby Reynolds’a. Opór indukowany okrela si jako opór powsta y na skutek generowania si y nonej L. Si a ta wynika z rónicy cinie tworzcej si podczas ruchu p ata – obszaru obnionego cinienia nad oraz obszaru podwyszonego cinienia pod p atem (rys.2). Rónica ta przyczynia si równie do powstawania wirów na krawdzi sp ywu w pobliu wierzcho ka p ata, co zak óca jego prac, powodujc zmniejszenie jego sprawnoci poprzez zmniejszenie efektywnej powierzchni. W przypadku, gdy p at znajduje si blisko swobodnej powierzchni wody wiry wierzcho kowe nie mog rozwin si do takich rozmiarów jak w przep ywie niezak óconym, dlatego opór indukowany p ata poruszajcego si w pobliu swobodnej powierzchni wody jest mniejszy w stosunku do oporu p ata poruszajcego si w znacznej odleg oci od tej powierzchni. Opór indukowany zaley od rozk adu si y nonej po rozpitoci p ata i wyd uenia p ata, zdefiniowanego jako stosunek rozpitoci p ata (ang. span) do jego ciciwy (ang. chord), tak jak to przedstawiono na poniszym rysunku (rys.1). Opór indukowany jest wikszy, w przypadku p atów o ma ym wyd ueniu.. Rys.1. Rozpito p ata (span), ciciwa p ata (chord). 2. Wpyw ciciwy pata znajdujcego si w pobliu swobodnej powierzchni wody Innym zjawiskiem, które naley rozpatrzy jest wp yw ciciwy p ata, co zwizane jest ze wzrostem si y nonej. Pod p atem, formuje si obszar powietrza o podwyszonej wartoci cinienia, z uwagi na fakt, e powietrze w tym rejonie jest praktycznie wciskane pod p at. Zatem, ronie napór powietrza na p at od spodu. Zjawisko naporu powietrza od spodu p ata nazywa si „efektem spitrzenia” lub „efektem naporu” (ang. Ram Effect)..

(4) 8. Joanna Boyke. Przyk ad naporu powietrza, w przypadku gdy ten sam p at porusza si raz w obszarze niezak óconym a za drugim razem w pobliu powierzchni przedstawiono na rysunku poniej. Obszary wzgldnie wysokiego cinienia oznaczono ciemniejszym kolorem.. Rys.2. Zmiana cinienia powstajcego na p acie nonym w wyniku pojawienia si efektu przypowierzchniowego. Stosunek L/D okrela si mianem efektywnoci p ata. Wiksza warto tego stosunku oznacza wiksz efektywno . Mona powiedzie , e p at poruszajcy si w pobliu swobodnej powierzchni wody ma wiksz efektywno ni ten poruszajcy si w duej odleg oci od tej powierzchni. Si a oporu D i si a nona L s sk adowymi si y aerodynamicznej dzia ajcej na cia o w czasie ruchu nad swobodn powierzchni wody. Si a oporu D dzia a równolegle do kierunku ruchu cia a, si a nona L prostopadle do kierunku ruchu, jak to przedstawiono na rys.3.. Rys.3. Si a oporu D i si a nona L powstajce na p acie nonym. Pozwala to na jak najd usze zachowanie lotu szybowcowego, a tym samym na wiksze wytracenie prdkoci przy podchodzeniu do ldowania. Odpowiednie wyhamowanie samolotu jest konieczne, aby posadzi tyln cz kad uba na wodzie. W innym przypadku moe doj do dezintegracji poszycia kad uba statku powietrznego. Dodatkowo wane jest, aby silniki, które znajduj si poniej linii kad uba dotkn y poziomu wody jednoczenie. Jeli jedno ze skrzyde zahaczy o wod katastrofa jest nieunikniona..

(5) Charakterystyki hydromechaniczne decydujce o zachowaniu si uszkodzonego …. 9. 3. WARUNKI RÓWNOWAGI STATKU POWIETRZNEGO PO ZAKO CZENIU PROCESU LDOWANIA NA SWOBODNEJ POWIERZCHNI WODY Po wykonaniu manewru ldowania awaryjnego na swobodnej powierzchni wody statek powietrzny bdzie dy do osignicia po oenia równowagi, czyli zrównowaenia poprzecznego i pod unego. Warunki równowagi mona przedstawi jako sum si i momentów zewntrznych, równ zeru, przy czym momenty wyznacza si wzgldem przyjtego bieguna A. Ogólnie warunki te mona zapisa w sposób nastpujcy:. ¦ i. ¦. G Fi G M. 0. (1) Ai. 0. i. gdzie: G Fi - si y zewntrzne dzia ajce na statek powietrzny [N]; G M Ai - momenty zewntrzne dzia ajce na statek powietrzny wyznaczone wzgldem przyjtego bieguna A [Nm]. Z uwagi na zachowanie si statku powietrznego, po pojawieniu si chwilowego wymuszenia zewntrznego mona wyróni trzy stany równowagi: sta , obojtn i chwiejn. Naley podkreli , e statek powietrzny na swobodnej powierzchni wody moe posiada równowag sta , chwiejn i obojtn rozpatrujc wszystkie, lub wybrane stopnie swobody. Dla statku powietrznego znajdujcego si na swobodnej powierzchni wody najwaniejsze jest zachowanie równowagi sta ej na kierunku osi ‘z’ (zapewnienie p ywalnoci), wzgldem osi ‘x’ (zapewnienie statecznoci poprzecznej) i wzgldem osi ‘y’ (zapewnienie statecznoci pod unej). Przy czym powysze stopnie swobody naley przyj tak jak to przedstawiono na rys.4.. Rys.4. Osie uk adu wspó rzdnych i stopnie swobody statku powietrznego.

(6) 10. Joanna Boyke. O równowadze sta ej mówimy, gdy po pojawieniu si pewnego zak ócenia statek powietrzny wychyli si z po oenia równowagi, a po ustpieniu tego zak ócenia wróci do po oenia pocztkowego. Jest to moliwe tylko wtedy, gdy przy wychyleniu pojawi si si y i momenty przywracajce, których zwroty s przeciwne do wychyle ‘s’, co mona zapisa nastpujco: wFS 0 ws. i. wM S 0 ws. (2). Dla statku powietrznego znajdujcego si na swobodnej powierzchni wody pierwszy warunek w równaniu (1) mona zapisa w sposób nastpujcy:. ¦. G F xi. 0 ;. ¦. G F yi. 0 ;. i. i. ¦. G F zi. 0. (3). i. Mona za oy , e statek powietrzny nie porusza si w p aszczynie swobodnej powierzchni wody, wobec czego dwa pierwsze warunki w uk adzie (3) s zawsze spe nione. Po przesuniciu obiektu wzd u osi ‘x’ i ‘y’ kszta t zanurzonej czci kad uba statku powietrznego nie zmienia. W zwizku z tym nie wystpuj dodatkowe si y przywracajce, co powoduje, e statek powietrzny na danej osi posiada stan równowagi obojtnej. Powysze mona zapisa w postaci: wFx wx. 0 i. wFy wy. 0. (4). Statek powietrzny bdzie te posiada stan równowagi obojtnej w przypadku odchylenia o kt wzgldem pionowej osi ‘z’: wM w\. \. 0. (5). W przypadku pozosta ych ruchów (obrót wzgldem osi ‘x’ i osi ‘y’ oraz przemieszczenia wzd u osi ‘z’) dochodzi do zmiany kszta tu podwodnej czci kad uba statku powietrznego, a tym samym do powstawaniem dodatkowych si przywracajcych. Gwarantuje to zapewnienie równowagi trwa ej, w sytuacji gdy nie dosz o do dezintegracji poszycia kad uba statku powietrznego. Natomiast, gdy do wntrza kad uba dostaj si due iloci wody zaburtowej zapewnie równowagi trwa ej moe by trudne do spe nienia, a czsto nawet niemoliwe..

(7) Charakterystyki hydromechaniczne decydujce o zachowaniu si uszkodzonego …. 11. 4. P YWALNO

(8) STATKU POWIETRZNEGO NA SWOBODNEJ POWIERZCHNI WODY Spe nienie warunku równowagi trwa ej na kierunku osi ‘z’ wie si ze zrównowaeniem dwóch si : si y cikoci P oraz si y wyporu hydrostatycznego D:. ¦. G F zi. G G P D. 0. (6). i. gdzie: G P G D. G g Ms G Uw g . G g – przyspieszenie ziemskie [m/s2]; Ms – masa ca kowita statku powietrznego [kg];

(9) w - gsto wody [kg/m3]; - objto zanurzonej czci kad uba statku powietrznego [m3].. Zrównowaenie to pozwala na utrzymanie si statku powietrznego na swobodnej G G powierzchni wody, czyli na zachowanie p ywalnoci. W przypadku, gdy P ! D statek powietrzny tonie, lub zanurza si g biej jeli posiada zapas p ywalnoci. Natomiast, gdy G G P D bdzie si on wynurza do chwili zrównowaenia ciaru statku pomniejszon wartoci si y wyporu. W praktyce zapewnienie p ywalnoci moe odbywa si poprzez uycie pustych zbiorników lub przestrzeni wype nionych pian poliuretanow. Zapas p ywalnoci mona zwikszy przy uyciu powietrznych zbiorników elastycznych uruchamianych po wyldowaniu. Dodatkow wyporno mona uzyska równie poprzez wykorzystanie zjedalni pompowanych powietrzem podczas ewakuacji. Brak p ywalnoci zapasowej statku powietrznego bdzie skutkowa utrat równowagi trwa ej i skróceniem czasu zatapiania statku powietrznego. Moe to uniemoliwi. przeprowadzenie skutecznej akcji ratunkowej, gdzie warunkiem koniecznym jest, aby czas potrzebny do przeprowadzenia ewakuacji by krótszy od czasu zatapiania. Mona zatem stwierdzi , e zapewnienie odpowiedniego charakteru równowagi na kierunku osi ‘z’ jest podstawow miar bezpieczestwa statku powietrznego znajdujcego si na swobodnej powierzchni wody. Zaleca si, eby obliczenia czasu zatapiania i czasu ewakuacji stanowi y element procedur projektowych i eksploatacyjnych zwizanych z ocen bezpieczestwa statku powietrznego na swobodnej powierzchni wody. Niestety zachowanie p ywalnoci moe okaza si niewystarczajce do zadawalajcego zakoczenia akcji ratunkowej, ze wzgldu na moliwo wczeniejszej utraty statecznoci..

(10) 12. Joanna Boyke. 5. STATECZNO

(11) STATKU POWIETRZNEGO NA SWOBODNEJ POWIERZCHNI WODY Pomimo tego, e statki powietrzne nie s projektowane z uwagi na stateczno na swobodnej powierzchni wody, naley skorzysta z definicji i poj obowizujcych dla okrtów i statków podwodnych. W zwizku z tym stateczno statku powietrznego mona zdefiniowa jako zdolno powrotu do po oenia pierwotnego, jeli zaniknie przyczyna, która spowodowa a to wychylenie, co zwizane jest z zachowaniem równowagi sta ej.. Rys.5. Przechy i przeg bienie okrtu dla ma ych któw [4]. W przypadku okrtów (patrz schemat na rys.5), w wyniku pojawienia si zak ócenia w G postaci momentu M p ) statek przechyla si o kt . Wie si to ze zmian kszta tu zanurzonej czci kad uba, a tym samym z przesuniciem rodka wyporu B, w którym G przy oona jest si a wyporu (na rysunku oznaczona jako D ). W efekcie powstaje moment G G G prostujcy MI , jako moment pary si W (ciar) i D (wypór), dziki czemu moliwy jest powrót statku do stanu pierwotnego. Wykorzystanie w artykule rysunków przedstawiajcych statek morski jest zamierzone dla podkrelenia podobiestw pomidzy obiektami, takimi jak statki i samoloty, znajdujcymi si na swobodnej powierzchni wody. Dla kszta tów okrg ych, takich jak kszta t przekroju poprzecznego kad uba statku powietrznego, równowaga przy przechy ach obiektu znajdujcego si na swobodnej powierzchni wody moe mie charakter obojtny. Zaley to od tego, czy skrzyd a samolotu nadal pe ni rol elementów wypornociowych. Jest to zwizane z tym, e rodek wyporu przemieszcza si po uku ko a o rodku w punkcie G, co oznacza, e si y ciaru i wyporu dzia aj zawsze wzd u jednej prostej. Schemat tak po oonych sil przedstawiono na rys.6..

(12) Charakterystyki hydromechaniczne decydujce o zachowaniu si uszkodzonego …. 13. Rys.6. Przechy w przypadku cia a o kszta cie zaokrglonym [4]. W opisanym przypadku nie powstaje aden moment prostujcy przeciwdzia ajcy momentowi przechylajcemu, jednak sytuacj mog poprawi skrzyd a, które poza moliwoci zapewnienia dodatkowej wypornoci mog pe ni rol stabilizatorów.. 6. METODA OCENY BEZPIECZE STWA STATKU POWIETRZNEGO NA SWOBODNEJ POWIERZCHNI WODY Do g ównych zagroe w czasie eksploatacji statku powietrznego mona zaliczy : 1. zagroenia zwizane z czynnikiem ludzkim; 2. zagroenia zwizane ze statkiem powietrznym: uderzenie o przeszkod, poar, eksplozja, przesunicie adunku, utrata zdolnoci nawigacyjnych, uszkodzenie konstrukcji kad uba; 3. zagroenia zwizane z uszkodzeniami podsystemów statku powietrznego:, uszkodzenie napdu, uszkodzenie systemu sterowniczego, uszkodzenie generatorów prdu; 4. zagroenia zwizane z atakami bezprawia: terroryzm, piractwo. W czasie eksploatacji statku powietrznego, po wystpieniu danego zagroenia, w sytuacji gdy statek powietrzny zosta zmuszony do wykonania manewru ldowania awaryjnego na swobodnej powierzchni wody, proces zatapiania statku moe by. nastpstwem: 1. wystpienia jednego lub kilku wyej wymienionych zdarze/zagroe przed wykonaniem manewru ldowania awaryjnego lub 2. utraty integralnoci kad uba po wyldowaniu na swobodnej powierzchni wody. Schemat systemu zagroe dla statku powietrznego przedstawiono na rysunku 7..

(13) 14. Joanna Boyke. Rys.7. System zagroe statku powietrznego. Przebieg procesu zatapiania zaley od wielu czynników o charakterze wewntrznym i zewntrznym. Do czynników wewntrznych zalicza si midzy innymi: wiek obiektu, g ówne parametry, stany za adowania ( adunek, rozk ad adunku), po oenie i wielko. uszkodzenia, wspó czynniki zatopienia, podzia przestrzenny), czynniki zewntrzne to g ównie wiatr i falowanie). Jednak, decydujce znaczenie dla procesu zatapiania statku powietrznego na swobodnej powierzchni wody maj si y hydromechaniczne. Wspomniane si y to: 1. si a grawitacji; 2. si a od dzia ania wiatru; 3. si y hydro-dynamiczne: - si y od dzia ania sfalowanej powierzchni wody, która nie jest zak ócona obecnoci cia a; - si y reakcyjne, dotyczce zak óce, jakie ko yszcy si na swobodnej powierzchni wody statek powietrzny wprowadza do sfalowanej powierzchni wody; - si y od dzia ania prdu wody; - si y od przesunicia rodka cikoci statku powietrznego; - si y od dzia ania wody dostajcej si do i wydostajcej si z zatapianego statku powietrznego (w stanie uszkodzony); 4. inne wymuszenia. Metoda oceny bezpieczestwa statku powietrznego na swobodnej powierzchni wody polega na ocenie zachowania si statku, rozumianej jako ocena jego statecznoci i p ywalnoci w czasie procesu zatapiania oraz na ocenie ryzyka wypadku. Ogólny schemat metody oceny bezpieczestwa statku powietrznego na swobodnej powierzchni wody przedstawiono na rysunku 8..

(14) Charakterystyki hydromechaniczne decydujce o zachowaniu si uszkodzonego …. 15. Rys.8. Schemat metody oceny bezpieczestwa statku powietrznego na swobodnej powierzchni wody po wykonaniu manewru ldowania awaryjnego. Obecny etap bada dotyczy modelowania zachowania si statku powietrznego na swobodnej powierzchni wody. Zasadnicze elementy zwizane z tymi badaniami przedstawiono w rozdziale 7.. 7. MODELOWANIE ZACHOWANIA SI STATKU POWIETRZNEGO NA SWOBODNEJ POWIERZCHNI WODY PO WYKONANIU MANEWRU LDOWANIA AWARYJNEGO Powyej wymienione wymuszenia w postaci si i momentów si wchodz w sk ad równa róniczkowych opisujcych ruch obiektu na swobodnej powierzchni wody, zarówno w stanie uszkodzonym, jak i nieuszkodzonym. Równania te mona zapisa w nastpujcej postaci [2]: m x1 m y1. F x1. m z1. F z1. F y1. I SWx ) M x I SWy 4 ( I SWz I SWx ) ) < ( I I SWz < I SWy ) ) 4 SWx. (7) M. y. M. z.

(15) 16. Joanna Boyke. gdzie: m – masa statku; ISWx, ISWy, ISWz – g ówne centralne momenty bezw adnoci statku wzgldem osi wzd unej, poprzecznej i pionowej (dla jego rodka cikoci G(xG, yG, zG). Na obecnym etapie bada bierze si pod uwag analiz zachowania si statku powietrznego w stanie uszkodzonym rozwizujc powyszy uk ad równa, lub rozwizujc równania przep ywu, stosujc jedn ze znanych metod numerycznej mechaniki p ynów Analiza zachowania si statku powietrznego na swobodnej powierzchni wody przy pomocy numerycznej mechaniki p ynów wymaga bardzo dok adnego zdefiniowania siatki obliczeniowej. Ze wzgldu na konieczno modelowania ruchu statku powietrznego na swobodnej powierzchni wody, przy uyciu metod numerycznej mechaniki p ynów (CFD) naley rozway uycie nastpujcych rodzajów siatek obliczeniowych [3]: 1. siatka "sztywna" poruszajca si wraz z obiektem (patrz rysunek 9), której zastosowanie charakteryzuje si prostym przygotowaniem danych do oblicze, niewielkimi kosztami obliczeniowymi oraz ma dok adnoci przy duych amplitudach ruchu obiektu; 2. siatka "deformowalna" (patrz rysunek 10), która charakteryzuje si du stabilnoci i dok adnoci oblicze dla niewielkiego zakresu ruchu cia a; przy czym silnie ograniczony jest zakres ruchu cia a a koszt obliczeniowy jest duy; 3. siatka "nak adajca si" (ang. overlapping mesh), (patrz rysunek 11), która z kolei charakteryzuje si du stabilnoci i dok adnoci oblicze dla dowolnego zakresu ruchu cia a; algorytm numeryczny jest skomplikowany; siatka jest raczej niedostpna w oprogramowaniu komercyjnym; 4. siatka „przegubowa” (ang. sliding mesh), (patrz rysunek 12), która umoliwia wyznaczenie dowolnego zakresu ruchów ktowych obiektu; umoliwia znaczne zwikszenie dok adnoci oblicze w stosunku do siatki „sztywnej”; uycie tej siatki moe powodowa problemy ze stabilnoci oblicze; skomplikowany jest te proces przygotowania danych.. Rys. 9. Schemat podejcia do opisu siatki „sztywnej” poruszajcej si wraz z obiektem ród o: opracowanie w asne (uyto oprogramowania STAR-CCM+) [3].

(16) Charakterystyki hydromechaniczne decydujce o zachowaniu si uszkodzonego …. Rys. 10. Schemat podejcia do opisu siatki „deformowalnej” ród o: opracowanie w asne (uyto oprogramowania STAR-CCM+) [3]. Rys. 11. Schemat podejcia do opisu siatki typu „overlapping mesh” ród o: opracowanie w asne (uyto oprogramowania STAR-CCM+) [3]. Rys. 12. Schemat podejcia do opisu siatki typu „sliding mesh” ród o: opracowanie w asne (uyto oprogramowania STAR-CCM+) [3]. 17.

(17) 18. Joanna Boyke. Na obecnym etapie bada proponuje si zastosowanie siatki „przegubowej” (ang. sliding mesh). Na rysunku 13 przedstawiono elementy symulacji komputerowej zachowania si statku powietrznego na powierzchni wody przez firm Numeca [5]:. Rys.13. Elementy symulacji komputerowej zachowania si samolotu na swobodnej powierzchni wody [5]. Do podstawowych charakterystyk statku powietrznego na swobodnej powierzchni wody zaliczono hydrodynamiczn si pod un Fx (hamujca) i prdko postpowa Vx (patrz rysunek 14). Rys.14. Hydrodynamiczna si a pod una Fx (hamujca) i prdko postpowa Vx [5].. Z powyszych wykresów wynika, e przebieg czasowy wartoci si y Fx ma charakter oscylacyjny. Pocztkowy etap pogrania statku powietrznego w wodzie charakteryzuje si duymi przyrostami danej si y, a po zatrzymaniu si statku powietrznego jej warto. dy do zera. Zmianom si y Fx towarzyszy malejca prdko ruchu postpowego statku Vx, przy czym najwiksze spadki prdkoci ruchu postpowego wystpuj w pocztkowej fazie ruchu statku powietrznego. Z oblicze firmy Numeca wynika, e maksymalne.

(18) Charakterystyki hydromechaniczne decydujce o zachowaniu si uszkodzonego …. 19. opónienie ruchu statku powietrznego przy pograniu statku powietrznego w wodzie wynosi oko o 1,4 przyspieszenia ziemskiego.. Rys.15. Hydrodynamiczna si a pionowa Fz i ko ysania pod une wzgldem osi ‘y’ [5]. Pocztkowy etap ldowania statku powietrznego na swobodnej powierzchni wody charakteryzuje si znacznymi ko ysaniami zarówno wzd u osi ‘z’, jak i wzgldem osi ‘y’(patrz rysunek 4) W miar up ywu czasu ko ysania pionowe i pod une malej do zera wzgldnego. Maksymalne przyspieszenie pionowe jest oko o piciokrotnie wiksze od przyspieszenia ziemskiego. Maksymalny kt ko ysa pod unych to oko o 0,4 radiana.. 8. PODSUMOWANIE W przypadku awaryjnego ldowania statku powietrznego na swobodnej powierzchni wody wystpuj liczne zagroenia wp ywajce na jego bezpieczestwo. Analiza bezpieczestwa wymaga dok adnej analizy zachowania si statku powietrznego przed i po awaryjnym ldowaniu na swobodnej powierzchni wody, przy uwzgldnieniu czynników pochodzcych z wielu róde (czynniki zewntrzne i wewntrzne). Proponuje si by do tej analizy wykorzysta elementy dotyczce p ywalnoci i statecznoci obiektów oceanotechnicznych. W przedstawionej pracy zaproponowano oryginalne podejcie do analizy zachowania si statku powietrznego wraz z analiz ryzyka wypadku, w celu oceny bezpieczestwa statku powietrznego W historii lotnictwa pasaerskiego niewiele by o awaryjnych ldowa na wodzie równie szczliwych i spektakularnych jak wspomniane styczniowe wodowanie na rzece Hudson. Warto jednak przypomnie , e 27 listopada 2008 roku we Francji, podczas lotu technicznego, próba wodowania tego samego typu samolotu skoczy a si katastrof i mierci wszystkich siedmiu cz onków za ogi. Niepomylnie jednak koczy y si równie próby ldowania awaryjnego statku powietrznego na p ycie lotniska. Czsto pomimo przeprowadzenia szczegó owych analiz i pozytywnej oceny odnonie bezpieczestwa to o rzeczywistym jego poziomie stanowi g ównie wiedza i dowiadczenie pilota..

(19) 20. Joanna Boyke. Bibliografia 1. Dudziak J.: Teoria okrtu, Fundacja Promocji Przemys u Okrtowego i Gospodarki Morskiej, Gdask 2008. 2. Gerigk M.: Kompleksowa metoda oceny bezpieczestwa statku w stanie uszkodzonym z uwzgldnieniem analizy ryzyka. Wydawnictwo Politechniki Gdaskiej, Gdask 2010. 3. Gerigk M., Kraskowski M.: Analizy numeryczne zachowania statku na fali w stanie uszkodzonym. Materia y wewntrzne Wydzia u Oceanotechniki i Okrtownictwa. projekt badawczy nr N N509 570 339 pt. Opracowanie modelu do analizy i oceny zachowania si statku w czasie katastrofy z wykorzystaniem modelu ryzyka nieprzetrwania kolizji przez statek (zadanie nr 5). Politechnika Gdaska 2010-2012. 4. We nicki W.: Mechanikia ruchu okrtu. Wydawnictwo Politechniki Gdaskiej, Gdask 1989. 5. Materia y NUMECA INTERNATIONAL: A new wave in fluid dynamics, Advanced Developments for Better Products, 2012.. HYDROMECHANIC CHARACTERISTICS INFLUENCING THE BEHAVIOUR OF A DAMAGED AIR CRAFT ON THE FREE SURFACE OF WATER Abstract: The accidents connected with an emergency landing of the air craft have been the reason to analyze if the emergency landing on the free surface of water is a better form the safety of human, property and environment point of view than landing in the airport. Assuming that the measure of safety is the risk. Taking into account that the author work is connected with the safety of ocean engineering objects in damaged conditions a decision has been made to present in the paper the major elements of the model for analyzing the motions of a air craft in close proximity to the water surface. The buoyancy conditions have been given and the floatability and stability conditions have been described for the conditions after the air craft landing on the free surface of water. The problems regarding the time for evacuations and the so-called time for flooding after the loss of air craft hull integrity is described. Keywords: accident, risk, emergency landing, flooding, floatability, stability.

(20)