Szanowni Państwo!

Zapraszamy do obejrzenia zamieszczonej w wideoblogu Zespołu prezentacji, opartej na referacie Macieja Cona przedstawionym na prestiżowej XVI Konferencji Naukowej Mechanika w Lotnictwie, która odbyła się w Kazimierzu Dolnym pod koniec maja tego roku. Poniżej zamieszczamy skrótową wypowiedź autora.

WERYFIKACJA SYMULACJI W. BINIENDY

Temat weryfikacji symulacji wykonanej przez eksperta Zespołu Parlamentarnego, profesora Uniwersytetu w Akron dr inż. Wiesława Biniendę po raz pierwszy pojawił się w roku 2011, gdy światło dzienne ujrzała pierwsza z animacji zderzenia skrzydła samolotu Tu-154M z brzozą. Niestety, mimo wielu apeli o opublikowanie danych wejściowych do programu LS Dyna, prof. Binienda takowych nie przedstawił, utrzymując, że wszelkie potrzebne informacje znajdują się w ogólnodostępnych prezentacjach, pokazywanych m.in. w trakcie posiedzeń Zespołu Parlamentarnego, czy też Konferencji Smoleńskich. Czy oby na pewno dane te są wystarczające?

Informacje w prezentacjach Wiesława Biniendy

W ogólnodostępnych materiałach przygotowanych przez prof. Biniendę znajdują się parametry wielkości siatki obliczeniowej, prędkości lotu oraz dane materiałowe.

Omawiając te wartości, szczególną uwagę należy zwrócić na prędkość samolotu. Otóż W. Binienda zaimplementował jedynie poziomą składową prędkości (80 m/s), natomiast pominięta została składowa pionowa. Takie działanie jest niezgodne ze sztuką przygotowywania obliczeń metodą elementów skończonych. Otóż w procesie przygotowywania pliku wsadowego analizy należy dążyć do jak najwierniejszego odzwierciedlenia danych zjawisk fizycznych, gdyż każde odchylenie od rzeczywistych parametrówpogarsza wierność symulacji przebieg danego zdarzenia. Dlaczego parametr prędkości nie odzwierciedlał prawdziwego stanu lotu PLF 101 w chwili zderzenia z brzozą?

Jak można przeczytać w raporcie Komisji Badań Wypadków Lotniczych Lotnictwa Państwowego i odczytać z wykresów umieszczonych w załącznikach, prędkość 269 km/h (czyli 74,72 m/s) nie była prędkością poziomą. Była to wypadkowa prędkość lotu, składająca się z prędkości poziomej i pionowej. Fakt ten potwierdza informacja o kącie natarcia samolotu, który wynosił ok. 15 stopni. W związku z powyższym zaimplementowany przez Biniendę parametr był niezgodny ze stanem faktycznym.

Ponadto w pracach profesora brakuje weryfikacji wprowadzonych modeli materiałowych. Co prawda zaprezentowana została ilustracja oparta na modelu matematycznym drewna zwanym MAT 143, jednakże została ona zaczerpnięta z Manual for LS-Dyna wood material model 143, gdzie zawarty jest opis numeryczny drewna sosny, a nie brzozy. Dlatego też zgodność modelu materiałowego brzozy zaimplementowanego przez Wiesława Biniendę z rzeczywistymi parametrami oraz faktycznym zachowaniem owego drzewa stoi pod znakiem zapytania.

W prezentacji W. Biniendy zawarto ilustrację analizy CFD (badanie przepływu), przedstawiającą rozkład ciśnień na skrzydle. Zgodność tej analizy z rzeczywistościąjest również niemożliwa do zweryfikowania ze względu na nieudostępnienie danych o geometrii płata, które wykorzystano w badaniu. Problem polega na tym – a w tym przypadku jest to kwestia newralgiczna – że informacje o koordynatach profilu aerodynamicznego skrzydła Tu-154M nie są dostępne; możliwe jest jedynie wykorzystanie danych innego, znanego profilu, mającego charakterystyką aerodynamiczną zbliżonądo skrzydła Tu-154M. Jakie dane o geometrii skrzydła wykorzystał w swej analizie prof. Binienda?

Jakich parametrów oczekujemy

Nawiązując do faktu, iż prof. Binienda kategorycznie odmawia udostępnienia pliku wsadowego symulacji, postanowiłem wymienić kilka kluczowych parametrów ustawień symulacji, które ów winien przedstawić, by weryfikacja jego wyników była choć w drobnym stopniu możliwa.

Pierwszym z istotnych parametrów jest *CONSTRAINED (więzy), który w przypadku omawianej symulacji odgrywa rolę przy zdaniu więzów dla modelu drzewa połączeń poszczególnych elementów płata.

Rysunek 1: Typy wiązań (spis z LS Dyna Manual Vol. I

Następnie winny być przedłożone informacje dotyczące parametru *CONTACT. Jest to jedna z najistotniejszych wartości dla symulacji typu impact. Determinuje on sposób kontaktu dwóch ciał ze sobą w trakcie zderzenia.

Istotny dla badania zderzenia jest również parametr *CONTROL, a w szczególności podgrupa TERMINATION. Określa ona parametry, przy których następuje koniec obliczeń. Ów może nastąpić dla zadanego czasu trwania symulacji, liczby kroków czasowych, procentowej zmiany energii, procentowej zmiany masy.

Ze względu na wykorzystanie *MAT_JOHNSON_COOK (MAT 15) konieczne jest rówież przedstawienie parametru *EOS (equation of state), a dokładniej *EOS_LINEAR_POLYNOMIAL.

Przedstawione powyżej parametry są jedynie najważniejszymi, lecz nie wszystkimi koniecznymi do pełnej weryfikacji symulacji przedstawionej przez prof. Biniendę, jednakże przybliżyłyby one sposób przygotowywania właściwości symulacji danego zdarzenia fizycznego.

Błędy w parametrze materiału

W opisie MAT 15 przedstawionym w prezentacji pojawił się błąd przy parametrze rateop. Jego zaimplementowana wartość to 0.1, jednakże parametr ten w programie LS PrePost wybierany jest z listy rozwijanej, w której dostępne są jedynie wartości 0, 1, 2, 3, 4, co jest zgodne z instrukcją dotyczącą MAT 15 (patrz rysunek 3).

Rysunek 2: Parametry MAT 15 w prezentacji Biniendy

Rysunek 3: Wielkości dostępne dla parametru RATEOP według manuala dla modeli materiałowych dostępnych w LS Dyna

Przy ręcznym poprawieniu parametru RATEOP w pliku wsadowym i wprowadzeniu wartości 0.1 po włączeniu obliczeń w LS Dyna pojawia się Error Termination ze względu na niepoprawną wielkość owego parametru.

Najważniejszy jest jednak plik wsadowy

Gdyby nawet prof. Binienda przedstawił wymienione powyżej parametry, to i tak nie moglibyśmy mówić o pełnej weryfikacji symulacji. Do tego niezbędny jest plik wsadowy użyty przez Biniendę. Niestety, profesor zasłania się NASA, która według niego musiałaby wydać zgodę na udostępnienie tego pliku. Cóż więc za tajne informacje się w nim znajdują? Na pewno nie chodzi o geometrię skrzydła, która jest błędna, co niejednokrotnie wykazywał np. Michał Setlak, tymczasem prof. Binienda nie skorzystał z możliwości użycia danych pozyskanych od Prokuratury lub producenta samolotu. Definicja MAT 143 też nie jest tajna; jest dostępna w oprogramowaniu LS PrePost – wystarczy jedynie zaimplementować parametry właściwego drewna. Plik wsadowy nie jest również chroniony jakąkolwiek licencją. Jest on generowany przez LS PrePost, będący darmowym oprogramowaniem.

Dlaczego więc profesor Binienda nie chce udostępnić pliku wsadowego? Nie mam pojęcia. To chyba największa zagadka związana z katastrofą smoleńską...