Zagadkowy zanik prądu
Środa, 31 października 2012 (02:02)Z prof. dr. hab. inż. Jackiem Gierasem, wykładowcą z Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy, rozmawia Piotr Falkowski
Dlaczego zajął się Pan naukowo katastrofą smoleńską, choć do niedawna nikt nie wspominał, że mogła ona mieć coś wspólnego z układami elektrycznymi w samolocie?
- Jestem Polakiem, na bieżąco śledzę sprawy polskie i interesuję się nimi, czytam regularnie prasę internetową. Gdy wydarzyła się katastrofa, przebywałem na wschodnim wybrzeżu USA, w stanie Connecticut. Więc tę straszną wiadomość otrzymałem z pewnym opóźnieniem, dopiero gdy w USA zaczął się dzień. Był to dla mnie głęboki wstrząs. Intensywnie śledziłem wszystko, co się dzieje. Na pierwszy rzut oka, obserwując zdjęcia satelitarne wykonane kilka dni po katastrofie i dostępne w internecie, rozrzut szczątków dawał mi dużo do myślenia. Ale głośno nie chciałem wysuwać zbyt daleko idących wniosków. Czekałem cierpliwie, co powiedzą na ten temat specjaliści. Dużo by można mówić o nieprawdziwych informacjach mainstreamowych mediów, o tym całym szumie i dezinformacji. Zostawmy to jednak. Zacząłem zbierać informacje. Ściągałem pracowicie, głównie ze stron rosyjskich, bo jako tako znam język, wszystkie informacje o konstrukcji samolotu Tu-154M. Dużo rzeczy można znaleźć. Było na przykład opracowanie na temat systemu elektroenergetycznego zasilania samolotu. Ponieważ na tym właśnie się znam i zajmuję zawodowo, to zacząłem się temu bliżej przyglądać. W szczególności budowie generatorów zasilania. Zastanawiałem się, czy dałoby się na podstawie istniejących danych odtworzyć ten generator, przynajmniej w postaci modelu komputerowego. Chodziło mi o to, żeby poznać wymiary gabarytowe konstrukcji i charakterystyki techniczne.
I udało się?
- Tak. Byłem w dość dobrej sytuacji, gdyż miałem do dyspozycji stare generatory do samolotów DC-9 i MD-80. Zaprojektowano je jeszcze w latach 50. XX wieku, prawie takie same są w Tu-154M. Jest to generator o mocy 40 kW, napięciu 115/220 V i częstotliwości 400 Hz. Jest napędzany przez silnik turbowentylatorowy z prędkością 6000 obr./min. Jego parametry są niemal takie same jak generatora zamontowanego w tupolewie. Znalazłem w internecie rysunek przedstawiający jego przekrój podłużny. Byłem więc na dobrym tropie. Mając wcześniej opracowane programy do projektowania generatorów, metodą prób i błędów mogłem wstrzelić się we właściwe parametry. W literaturze znalazłem pewne dane materiałowe. Odtworzyłem wszystkie wymiary i parametry uzwojeń. Metodą elementów skończonych prowadziłem obliczenia symulujące stany elektromagnetyczne tego generatora i doszedłem do dokładnej charakterystyki działania generatora w różnych stanach.
Do czego to jest potrzebne?
- Mając dokładny model tego generatora w komputerze, mogę symulować jego zachowanie w przypadku różnych awarii. Szczególnie interesujące są w takich przypadkach charakterystyki dynamiczne w stanie zwarcia, ponieważ jeżeli zdarzy się jakakolwiek awaria układu elektroenergetycznego, zwykle następuje zwarcie. Prądy zwarciowe przekraczające kilkunastokrotnie prądy znamionowe są bardzo groźne i mogą wywołać pożar.
Tak się stało 1 stycznia ubiegłego roku w Surgucie.
- No właśnie. Surgut leży w Chanty-Mansyjskim Okręgu Autonomicznym nad rzeką Ob. Tupolew Tu-154B podchodził do startu w kierunku Moskwy. Kolejno włączano poszczególne linie energetyczne, czyli silnik pierwszy, generator pierwszy, silnik drugi, generator drugi, silnik trzeci, generator trzeci. Niestety stycznik w generatorze nr 3 na skutek braku konserwacji był wadliwy. Zamiast załączyć generator na sieć, powstało równoległe połączenie generatora nr 2 i nr 3. Popłynęły wysokie prądy zwarciowe i silnik nr 3 zapalił się. Zapłonął łatwopalny olej do chłodzenia. Od silnika nr 3 zapaliły się pozostałe elementy samolotu. Cała maszyna spłonęła. Na pokładzie były 124 osoby. Większość udało się ewakuować, ale pożar był tak duży, że trzy osoby zginęły.
To nie jedyny przypadek z ostatniego czasu, gdy awaria elektryczna spowodowała katastrofę.
- Owszem. W miejscowości Iżma w republice Komi doszło 7 września 2010 roku do lądowania awaryjnego dokładnie takiego samego tupolewa jak nasz. Wystartował z miejscowości Udacznyj na Dalekim Wschodzie w kierunku Moskwy. Nie wiadomo dlaczego, ale cała instalacja elektryczna wysiadła. Nie było w ogóle prądu. Pilot zszedł poniżej chmur i zaczął rozpaczliwie szukać jakiegoś miejsca do lądowania. Znalazł porzucony pas startowy w pobliżu miejscowości Iżma. Pas był za krótki dla tupolewa, poza tym samolot stracił częściowo sterowność. Pilot nie mógł poruszać klapami, które wprawdzie są sterowane hydraulicznie, ale wyłączniki są elektryczne. Dlatego też podchodził ze zbyt dużą prędkością, ale udało mu się trafić w pas, przez który przejechał i zupełnie wyhamował na sosnowym zagajniku. Warto przy okazji zauważyć, że po ścięciu kilkudziesięciu drzew skrzydła były zaledwie lekko wgniecione. Na szczęście nie było ofiar.
Dlaczego w tym samolocie doszło do zupełnego zaniku prądu?
- Tego nie wiadomo i jest to bardzo dziwne. Instalacja elektryczna prądu przemiennego 115/220 V jest zdublowana instalacją prądu przemiennego 36 V, istnieje jeszcze instalacja 27 V prądu stałego, poza tym jest awaryjna instalacja prądu przemiennego 36 V, która zasila najważniejsze urządzenia. Jednak w tym locie wszystkie przestały działać.
Sądzi Pan, że także w katastrofie smoleńskiej instalacja elektryczna mogła odegrać jakąś rolę?
- Jestem elektrykiem i poszukuję zawsze czegoś w instalacji elektrycznej. Myślę, że w tym przypadku, gdy mamy tak minimalne dowody rzeczowe, nie można niczego pominąć.
Komisja Millera nie zajmowała się instalacją elektryczną, chociaż raport ATM, jak to niedawno ujawniono, zawierał informację o awarii generatora nr 1.
- W załączniku nr 4 jest wzmianka, że oglądano wiązki przewodów, zrobiono zdjęcia skrzynek rozdzielczych, skrzynek sterowania i baterii akumulatorów. Na zdjęciach silników są też uwidocznione generatory. Śmiem twierdzić, że nikt ich nie badał, gdyż nie ma o tym żadnej wzmianki. Trzeba byłoby zmierzyć opór uzwojeń, ich indukcyjność, oporność izolacji od zacisków do obudowy, rozebrać generator oraz zobaczyć, czy są zarysowania na wewnętrznej części stojana. Jeżeli przed upadkiem samolotu silnik pracował i jego wirnik kręcił się, generator był napędzany i kręcił się, to w chwili uderzenia w ziemię uległby skrzywieniu wał wirnika generatora. To zostawia charakterystyczne rysy. Na tej podstawie można określić, czy silnik napędowy samolotu w chwili zderzenia z ziemią pracował, czy nie. To się jeszcze da zrobić, trzeba tylko dysponować wrakiem. Dużo da się odczytać z przewodów. Ich stan świadczy o tym, czy zniszczenie samolotu było mechaniczne, czy jakieś inne: na skutek reakcji chemicznej, zjawisk termicznych czy bardzo wysokich prądów. Zbadałbym też wszelkiego rodzaju aparaturę stykową, o ile jeszcze istnieje. A komisja Millera tylko w kilku punktach napisała, że instalacja elektryczna działała poprawnie, że generatory załączono w poprawnej kolejności, że jednostka zasilania awaryjnego nie była włączana i nie były włączane układy odmrażania oraz usuwania oblodzenia. To wszystko. Ale to, po pierwsze, za mało. A po drugie, z przedstawionych przez dr. Nowaczyka informacji wynika, że nastąpiła awaria silnika nr 1 i awaria generatora nr 1. Komisja założyła sobie tezę, iż samolot był sprawny i nic nie mogło tego podawać w wątpliwość.
Analizował Pan także instalację paliwową Tu-154M, zresztą bardzo powiązaną z elektryczną. Do jakich wniosków Pan doszedł?
- Chodziło mi o zbadanie możliwości wybuchu oparów paliwa. Najlepiej byłoby zbadać wrak. Bez niego pozostają tylko spekulacje. Mogło być tak, że zbiornik nr 3 w lewym skrzydle został rozerwany. Komisja Millera mówi, że z powodu uderzenia w brzozę. Zastanawiałem się nad tym, jakie są inne możliwości. I jedną z nich jest wybuch paliwa. Takie rzeczy zdarzały się. Bardzo podobny samolot, Boeing 727, na lotnisku w Bangalore 4 maja 2006 roku uległ zniszczeniu z tego powodu. Doszło do zwarcia w elektrycznej pompie paliwowej. Przewody doprowadzające prąd do pomp prowadzone są w rurkach aluminiowych. W takim przewodzie doszło do zwarcia, zaiskrzenia, wybuchu mieszanki paliwa i powietrza właśnie w lewym skrzydle. W rezultacie struktura skrzydła została zniszczona. W przypadku katastrofy smoleńskiej raczej nie podejrzewam zwarcia. Bardziej prawdopodobne jest gromadzenie się ładunków statycznych. Jest to zjawisko znane w przemyśle chemicznym, petrochemicznym i w produkcji transformatorów. Gdy płyn o bardzo niskiej przewodności - prawie izolator - przepływa przez rurki i kanały, to na ściankach tych rurek gromadzą się ładunki elektryczne. Jeżeli nagromadzi się odpowiednio dużo tego ładunku, może nastąpić wyładowanie elektryczne od powierzchni paliwa do ścianek zbiornika. Sprzyjające do tego warunki to sytuacja, gdy w zbiorniku jest mało paliwa. Według moich obliczeń w lewym zbiorniku o numerze 3 tupolewa poziom paliwa wynosił od 14 do 16 mm. Wtedy mieszanka powietrza i oparów paliwa nad powierzchnią paliwa jest bardzo łatwopalna. Są na ten temat prowadzone badania i potwierdzają one, że do takich zapłonów może dojść łatwo. Dlatego stosuje się obowiązkowo środki zapobiegawcze, mianowicie przepisy lotnicze nakazują dodawanie do paliwa środków zmniejszających konduktywność elektryczną paliwa, aby nie dopuścić do zapłonu na skutek gromadzenia się ładunków statycznych. Charakterystyczne wybrzuszenie górnej powłoki skrzydła świadczy o tym, że eksplozja jednak musiała być. Wszystkie teoretycznie możliwe przypadki należy w tej sytuacji zbadać. Instalacja paliwowa Tu-154M jak i każdego samolotu pasażerskiego jest skomplikowana. Wystarczy powiedzieć, że pomp paliwowych napędzanych silnikami elektrycznymi jest w niej aż 18.
Gdyby wreszcie oddano Polsce wrak i można byłoby go zbadać, czy Pan profesor mógłby podjąć się wykonania badań instalacji elektrycznej, generatorów czy zasilania pomp paliwowych?
- Jak najbardziej jestem tym zainteresowany i mogę to zrobić całkowicie bezinteresownie. Zachęcam też innych uczonych do podejmowania badań różnych aspektów katastrofy. Bardzo pozytywnie oceniam wyniki konferencji smoleńskiej 22 października. Ale zaprezentowane tam badania można uznać jedynie za wstęp. Dobrze, że w planach są kolejne sesje naukowe na ten temat.