Łożysko silnika w plątaninie rurek

Reporterzy "Naszego Dziennika" odwiedzili laboratorium prof. Wiesława
Biniendy w Akron. Badanie zderzeń i złamań to jego specjalność.

Budynek Wydziału Inżynierii Lądowej Uniwersytetu w Akron, którym kieruje prof.
Wiesław Binienda, sąsiaduje z ogromnym kompleksem Instytutu Polimerów,
najbardziej renomowanego na uniwersytecie. Ale ten wydział i cały college
techniczny (odpowiednik politechniki) też notuje duże sukcesy. W USA mierzy się
je ilością pieniędzy kierowanych na badania przez biznes i agencje rządowe.
Wzrost tego wskaźnika jest jednym89 z największych w całych Stanach
Zjednoczonych. Binienda ma w tym spory udział. Specjalnie dla niego i
współpracującego z nim innego profesora sześć lat temu wybudowano laboratorium
zajmujące się silnikami odrzutowymi. Kosztowało milion dolarów.
Amerykańskie uniwersytety są ogromne. Nie szczędzi się pieniędzy na dziesiątki
budynków laboratoriów, sal wykładowych, bibliotek, różnego rodzaju zaplecza. W
Akron uczelnia zajmuje prawie całe centrum miasta. W Stanach Zjednoczonych nie
ma oddzielnych uczelni humanistycznych, technicznych, medycznych itd.
Uniwersytet zajmuje się wszystkim. Stąd taki rozmach. Specjalnością Uniwersytetu
w Akron jest chemia polimerów. To miejscowa tradycja mająca ponad 100 lat. Akron
nazywane było gumową stolicą świata. To właśnie tutaj powstało kilka światowych
koncernów przemysłu gumowego, znanych głównie jako producenci opon. Goodrich,
Firestone, Goodyear wywodzą się właśnie stąd. Ale nie tylko oni. Jedną z siedzib
ma tu producent F-16, Lockheed Martin, który do Ohio przeniósł laboratorium
radarów morskich.
Prace Biniendy łączą badania teoretyczne i praktyczno-eksperymentalne. Ich celem
jest projektowanie materiałów do silników samolotów odrzutowych, rakiet
kosmicznych itd. Polski naukowiec jest na przykład twórcą materiału, który
stanowi osłonę silnika zastosowanego w najnowszej konstrukcji Boeinga, samolocie
B787 Dreamliner. Gdy tworzy się taki materiał z włókien węglowych i kewlarowych
oraz żywicy epoksydowej, różne warianty składników i sposobów ich mieszania dają
w efekcie rozmaite właściwości produktu. Ma on być odporny na uderzenie z bardzo
dużą prędkością. W praktyce laboratorium służy do badania właściwości
materiałów. Jest też możliwość wykonywania próbnych zderzeń, ale głównie robi
się je za pomocą komputera, który symuluje zderzenia w różnych warunkach.
Binienda pokazuje nam film, na którym jeden z producentów silników, aby spełnić
wymogi konieczne do uzyskania certyfikacji produktu, wywołuje oderwanie łopatki
turbiny prawdziwego silnika odrzutowego. Okazuje się, że osłona wytrzymała i
oderwana część jej nie przebiła. Taka próba kosztuje 20 mln dolarów, poza tym
nie ma możliwości obserwacji, mierzenia parametrów, widać tylko wybuch, ogień i
dym. W Akron i podobnych ośrodkach ten sam eksperyment można wykonywać
dziesiątki razy, dobierając różne wskaźniki, a jedyny koszt to praca asystenta,
który wpisuje dane do komputera.

Laboratorium jak hala fabryczna
Ale zespół Biniendy nie siedzi tylko przy komputerach. Laboratorium przypomina
halę fabryczną. Pracownicy robią badania materiałów używanych w lotnictwie i
kosmonautyce. Są rozciągane, zginane, skręcane, poddawane zmianom temperatur i
ciśnienia. Potem specjalnymi kamerami poszukuje się mikrouszkodzeń, pęknięć.
Jeden z projektów polega na powtórzeniu miliony razy ugięcia tworzywa, które
znajdzie się w systemie zasilania statku kosmicznego. Od tej części zależy
powodzenie trwającej wiele lat misji związanej z badaniem obrzeży układu
słonecznego. Dlatego NASA zamówiła wykonanie próby, ile ugięć i przez jaki czas
wytrzyma. O tym eksperymencie Binienda opowiada, ale za drzwiami słychać
systematycznie jakieś uderzenia. To także zamówienie rządowe, ale naukowcowi nie
wolno o nim rozmawiać. Tajemnica wojskowa i ochrona dorobku naukowego USA przed
niechcianym wyciekiem. Trudno. Ale i tak udaje nam się zobaczyć jeden z
projektów wojskowych. W plątaninę rurek i przewodów za 1,5 mln dolarów włożono
łożysko silnika odrzutowego samolotu. Jeżeli ulegnie awarii, maszyna spadnie, a
pilot ma szansę przeżyć tylko dzięki katapulcie. Dlatego naukowcy próbują
znaleźć oznaki pozwalające na przewidzenie, że materiał za chwilę pęknie. Jeżeli
będzie wiadomo, jak zachowuje się łożysko na przykład pół godziny przed
rozpadem, będzie można zainstalować odpowiednie czujniki i ostrzec pilota.

Próżnia i sprężony azot
Schodzimy do piwnicy przypominającej schron. Tu wykonuje się próbne zderzenia.
Działo gazowe to po prostu rura przedzielona zaporą, do której wkłada się
pocisk. Z jednej strony wytwarzana jest próżnia, a do drugiej wpompowuje się
sprężony azot. Po usunięciu zapory gaz wyrzuca pocisk w kierunku ustawionej obok
tarczy z badanym materiałem. Wszystko obserwuje kamera, która rejestruje 200
tys. klatek w ciągu sekundy. Dla porównania kamera telewizyjna zapisuje 24
klatki na sekundę. Przygotowanie do wystrzału z działa trwa kilka dni, a potem
analiza danych wiele tygodni. Na czas zderzenia nikogo nie ma w laboratorium, a
operator steruje eksperymentem z innego pomieszczenia. Potem trzeba je jeszcze
długo wietrzyć, bo powietrze z azotem nie nadaje się do oddychania.
Czasem przebieg zderzeń w tak ekstremalnych warunkach jak te wytwarzane w
laboratorium Biniendy jest sprzeczny ze zdrowym rozsądkiem. Widzimy na przykład
gumową piłeczkę bez żadnych wygięć czy zadrapań. Okazuje się, że przeleciała
przez grubą deskę, robiąc w niej otwór. Twarde drewno nie zostawiło żadnych
śladów na gumie. Spektakularny i dramatyczny przykład z dziedziny lotnictwa to
przebieg zamachu na World Trade Center. Tam skrzydła samolotu przebiły wykonane
ze stali i strunobetonu kolumny utrzymujące konstrukcję drapacza chmur.

"Pesymistyczne" dane
Może – zastanawia się Binienda – jest to przyczyna, dla której wyniki jego
symulacji uderzenia skrzydła Tu-154M w brzozę natrafiają na takie
niedowierzanie. Naukowiec zrobił wszystko, żeby wynik symulacji był wiarygodny.
Nawet przyniósł do laboratorium pień prawdziwej brzozy, żeby zmierzyć jego
parametry. Co więcej, do komputera wprowadził dane "pesymistyczne", to znaczy
brzoza jest znacznie twardsza i szersza niż w rzeczywistości, a skrzydło
słabsze. Sztuka dobrego przygotowania symulacji to takie dobranie siatki, za
pomocą której w komputerze została zobrazowana rzeczywistość, by rezultat był
zgodny z eksperymentami, a czas obliczeń do zaakceptowania. Im gęstsza siatka,
tym dokładniej opisuje materiał, ale wtedy obliczenia trzeba powtarzać dla
większej ilości jej węzłów i dłużej trwają. Dlatego stosuje się rozwiązanie
pośrednie. W częściach bardziej istotnych dla symulowanego zdarzenia siatka jest
gęstsza, a w innych rzadsza. Najmniej istotne są pomijane. W symulacji zderzenia
skrzydła z brzozą też są takie uproszczenia. Na przykład brakuje wystających z
tyłu kadłuba silników, a jedynie uwzględniono ich wagę. Binienda uznał, że ich
kształt nie ma wpływu na uderzenie samolotu w brzozę, które nastąpiło w zupełnie
innej części konstrukcji.
Binienda jest też autorem drugiej, znacznie trudniejszej symulacji. Zadał sobie
najpierw pytanie, gdzie upadłby kawałek skrzydła, gdyby jednak oderwała go
brzoza. Okazało się, że opór powietrza zaraz by go zatrzymał i leżałby tuż za
brzozą. Wówczas profesor postanowił policzyć, skąd musiało wylecieć skrzydło, by
upaść w miejscu, gdzie je rzeczywiście znaleziono. Okazuje się, że znacznie
wyżej i dalej, niż wynika to z raportu Millera. Zatem samolot mógł w ogóle nie
uderzyć w brzozę, a urwanie fragmentu skrzydła spowodowało coś zupełnie innego.
Co ciekawe, punkt, który według Biniendy mógł być miejscem oderwania części
skrzydła, leży na trajektorii lotu według dr. Kazimierza Nowaczyka, a nie
komisji Jerzego Millera i w tym miejscu odnotowany jest jeden z dwóch wyraźnych
– dotąd niewytłumaczonych – wstrząsów.
Wbrew propagandzie przeciwników Biniendy jest on osobą w Akron i lokalnym
środowisku powszechnie uznawaną i szanowaną. Po otrzymaniu nagród podczas
konferencji w Pasadenie do Biniendy zaczęły napływać listy z gratulacjami. Od
rektora, od zastępcy gubernatora. Rozmawiamy z Denise Henry, rzecznikiem
prasowym uniwersytetu. Zapewnia, że władze uczelni wiedzą o zaangażowaniu
jednego z profesorów w sprawę katastrofy smoleńskiej i je w pełni popierają.
Binienda cały czas się dziwi, dlaczego jego wyniki nie spotykają się z żadną
fachową dyskusją. Nikt z komisji Millera czy MAK nie chce z nim rozmawiać,
spierać się na argumenty, zaproponować własnej symulacji, która pokazałaby inne
wyniki. A przecież raport zawiera wiele sprzeczności i kwestii niewyjaśnionych.
Na przykład ogromna prędkość zniżania, odmienna trajektoria lotu według MAK i
komisji Millera od zapisanej w TAWS i odtworzonej przez dr. Kazimierza Nowaczyka
z Baltimore. Nikt się tak naprawdę poważnie tymi pytaniami nie zajął. Wiesław
Binienda ma żal do polskich władz, że wolą dezawuować jego wyniki, zamiast na
przykład udostępnić mu bardziej dokładne dane o budowie skrzydła, jakimi zapewne
dysponuje komisja Millera.
Chyba że za taką formę dialogu należy uznać propozycję wizyty i współpracy ze
strony pewnej firmy rosyjskiej. Zgłosili się do kolegi Biniendy z innego
uniwersytetu zaraz po pierwszej prezentacji naukowca. Twierdzili, że chcą
zbudować nowy silnik odrzutowy. Ale spółka dotąd zajmowała się wyłącznie
sprzedażą samochodów. Natomiast właściciel jest byłym oficerem rosyjskich sił
powietrznych, obecnie biznesmenem miliarderem. Binienda odmówił, powołując się
na konflikt interesów, a Rosjan ów kolega zabrał do innego ośrodka zajmującego
się silnikami odrzutowymi. Podobno byli bardzo niezadowoleni.

 

Piotr Falkowski Akron, USA