Avionul B 24 Taboo s-a prăbușit pe 5 mai 1944, după ce , conform declarațiilor martorilor, a fost lovit de un parașutist care sărise dintr-un avion avariat aflat în formația de zbor, mai sus.
De ce a căzut acest avion ?
Declarația martorilor este că s-a desprins o bucată de aripă de 3.3 m. Probabil a fost mai mare. Chiar se poate așa ceva ?
Un caz asemănator – accidentul avionului Miss Donna Mae II
Pe data de 19 mai 1944, 94th bomb group a efectuat un bombardament asupra Berlinului cu o formație de 20 avioane, fiecare având la bord câte 5 bombe de 1000 lb (453 kg).
Avionul Miss Donna Mae II 331th squadron a fost lovit în stabilizatorul stâng, de una din bombele lansate de avionul Trudy, aflat deasupra sa. Fotografiile prezintă lansarea, impactul și efectul de rupere a stabilizatorului partea stângă.
Doi profesori din cadrul Facultății de inginerie aerospațială Delft din Olanda, au făcut o analiză a acestui accident din punct de vedere al comportamentului structurii avionului la un astfel de impact vertical. [1]
Au fost analizate fotografiile, rapoartele de misiune și declarațiile a doi martori. Evenimentul a apărut la semnalul “bombs away”. Nu se pune problema lovirii de flak, atac avion de vânătoare sau explozia bombei la impact.
Secvențele accidentului
Formația de zbor
Pentru simulare, în cadrul studiului[1] a fost considerată o diferență de înălțime de doar 16 m între cele două avioane.
A fost calculat efectul căderii libere a unei bombe de 453 kg de la o înălțime de 16 m asupra stabilizatorului.
Au fost folosite valorile sarcinilor calculate la proiectarea avionului B 17.
Au fost verificate 2 scenarii posibile de rupere:
1) separare totală din încastrare
2) rupere parțială – a rezistat prinderea în 4 buloane a stabilizatorului la fuzelaj și a cedat structura stabilizatorului
Au fost făcute calculele, s-a verificat cu declarațiile și fotografiile și s-a stabilit că scenariul 2 este cel plauzibil.
Pentru o simulare a rezistenței structurii este nevoie de un calcul al forței de impact.
Un calcul simplificat:
– corpul cade de la înălțimea h
– are energia potențială E=mgh
– energia cinetică la impact E=mv2 /2
– se calculează viteza v=√2gh în acest caz 17.7 m/s (63 km/h)
Energia cinetică de la impact produce deformarea structurii pe o distanță d.
Se consideră că energia s-a transformat integral în lucru mecanic al unei forțe F .
E=Fxd
A fost estimată deformarea ținând cont de construcția nervurilor și lonjeroanelor stabilizatorului.
Pe baza acestor estimări, a fost aplicată forță rezultată în diverse puncte x, y pentru a simula un alt punct de impact și a fost modificată și mărimea deformării d.
Pentru punctele roșii structura cedează
Bombă 453 kg
A fost modificată masa bombei și a reieșit un rezultat surprinzător. Stabilizatorul se rupea și la un impact de acest gen cu o bombă de 22 kg, cu excepția lovirii în zona lonjeronului anterior.
Bomba de 22 kg căzută de la 16 m !!
Bombă 22 kg
Impactul lovirii unui avion de păsări
Pentru a înțelege mai bine ce s-a întâmplat cu avionul de la Ploiești, care a fost lovit de un corp uman și nu de o bombă, trebuie făcută o comparație cu metodologia de calcul la impactul avioanelor cu păsări.
În aceste cazuri ciocnirea este frontală și cea mai importantă este viteza avionului.
Ca și deformare, se consideră pasărea o sferă și deformarea este egală cu raza. [2]
Pentru a se determina deformarea diferitelor tipuri de materiale se folosește o metodă bazată pe măsuratori făcute cu un dispozițiv în care este lăsată sa cadă liber o masa de 4.5 kg de la o înălțime de 1 m. Este estimată deformarea și timpul de acțiune al forței.
În cazul avionului de la Ploiești formația folosita de 15th Air force în acea perioadă era următoarea
Pentru accidentul de la Ploiești s-a luat în calcul o cădere de la 100 m înălțime a unui parașutist cu masa de 120 kg complet echipat și parașuta nedeschisă. Dupa 100 m de cădere, respectiv 5 secunde, avea viteza de 45 m/s (160 km/h).
Practic, deformarea în cazul parașutistului este estimată prin aproximarea corpului uman cu un cilindru.
Deformarea este egală cu raza.
Se estimează și o deformare a structurii.
Pentru calculul forței cel mai simplu este de calculat timpul de impact
t= d/v deformarea/ viteză
daca deformările însumate sunt 0.4 m, timpul de acțiune la o viteză de 45 m/s, atinsă la o cădere de 100m este de 0,009 s
forța este calculată ca impuls pe unitatea de timp
F=mv/t
Având o valoare atât de mică la numitor, valoarea forței este foarte mare.
În cazul parașutistului cu o masă de 120 kg (echipat), care are o cădere liberă de 100 m atingând viteza de 45 m/s,
F=600 000 N – adică 60 tf – forța suficientă pentru a rupe vârful aripii (!!).
Chiar dacă aproximația este grosieră, este evident că forțele apărute în astfel de cazuri sunt foarte mari, datorită timpului foarte scurt de acțiune.
Calculele în regimurile dinamice, sau tranzitorii au unele rezultate care, de multe ori nu sunt în corespondență cu percepțiile noastre.
Ca și exercițiu de imaginație pentru comparație, un exemplu văzut des în filme este căderea unui corp uman de la etaj pe capota unui automobil….
În cazul automobilelor, pentru a mări timpul de impact ( valoarea de la numitor în calculul forței), se construiesc caroserii deformabile, crescând distanța de deformare și micșorând forta de impact.
Construcție structură B 24
Aripa este construită din module: central, mijlocii și de vârf
Modulul central este atașat la fuzelaj, cele mijlocii care au montate câte doua motoare si modulele de vârf, cu o încărcare de forțe mult mai mică.
Sarcini aripă model teoretic
Vârful aripii este cel mai putin solicitat si în consecința are cea mai puțin rezistentă structură.
Impactul parașutistul a fost în zona cu cea mai slabă rezistență a aripii, modulul de vârf.
Putea să fie doborât de loviturile artileriei antiaeriene ?
Tipuri de tunuri folosite – în zona Ploiesti : 20 mm, 37 mm, 88 mm, 105 mm și 128 mm
Tunurile grele, calibru 88, 105, 128 mm, foloseau muniție explozivă cu un timp presetat de explozie.
Timpul era reglat în funcție de altitudinea bombardierelor.
Practic lovirea unui bombardier însemna o explozie în proximitate și lovirea cu șrapnele. La calibru 88 mm un proiectil explodat la o distanța de 10 m de obicei dobora avionul.
În cazul unei lovituri cu o explozie chiar foarte apropiată de avion, acesta este foarte vizibilă, iar rezultatul este imediat, cu rupere neuniformă a structurii.
“STEVENOVICH II” 779th Bombardment Squadron 17 aprilie 1945
Wee-Willie 323th squadron 91st bombing group Kranenburg Germania 10 aprilie 1945
În concluzie, este foarte plauzibilă cădera avionului Taboo pe 5 mai 1944 în zona Ploiești, datorită impactului cu un parașutist.
Bibliografie
[1]https://www.researchgate.net/publication/322311223_Reengineering_history_What_can_we_learn_from_a_photographed_B-17_Flying_Fortress_in-flight_structural_failure
[2] https://www.atsb.gov.au/publications/2003/Hazard_aircraft_by_birds.aspx
[3] https://www.pcb.com/Contentstore/mktgcontent/WhitePapers/WPL_5_Impact.pdf\
https://tc.canada.ca/en/aviation/publications/sharing-skies-guide-management-wildlife-hazards-tp-13549/appendix-121-bird-impact-forces-physics
