Vær- og vindforhold ulykkesdagen

De fleste ulykker, også de med komplekse år-saksforhold, kan beskrives på enkelt vis: kollisjon med terreng eller annet luftfartøy, motorsvikt, feil på flyet eller kontrollsystemer, sammenstøt ved start el-ler landing pga. vanskelige værforhold (dårlig sikt, vind på tvers), pilotfeil osv. Feil ved fly, eller system-feil, forekommer helst ved nye flytyper (testflygning av prototyper), men den Twin Otteren som styrtet, hadde produksjonsnummer 568 og hadde vært i drift siden 1978. Det var en velprøvd flytype og mannska-pet var vel skikket til sine gjøremål.

Det var sterk vind den dagen ulykken skjedde, opp mot storms styrke, og mange mente dette kunne være årsaken⁸². Men et fly er en ”vindmaskin”, den kan fly bare fordi flyets hastighet er mye større enn hastigheten til omgivende luft. Det er denne hastig-hetsforskjell som genererer den kraft som holder fly-et oppe (her kalt løftekraft). Selv om Twin Otter er fly-et langsomtgående fly, kan det likevel nå en maksimal tillatt hastighet på 160 knop, nesten tre ganger vin-dens hastighet ved orkan. I sterk vind kan flyet vende nesa mot vinden og justere hastighet og kurs slik at avdriften kompenserer for forskjellen mellom flyets kurs og retningen mot målet. Flygning ved lav hastig-het (start og landing) er mer komplisert fordi flyet må ha retning langs rullebanen, mens vinden ofte kom-mer på tvers. Twin Otter er et kortbanefly med lav landingshastighet og store rorflater for kontroll. Ved sterk vind på tvers kan forholdene bli vanskelige, men for LN-BNKs havari var dette neppe noen direk-te årsak. Normal flyhøyde i området der flyet hava-rerte var ca. 2 500 fot. En har lenge formodet at

pilo-ten, av ukjent årsak, har tatt flyet ned til en mye lave-re høyde (1 000-1 200 fot) idet det nærmet seg Om-gangslandet, men dette kan neppe forklares på basis av vindforholdene slik de har vært kjent til nå.

I årene før ulykken skjedde, var flysikkerhetsek-sperter blitt oppmerksomme på en ny og til da lite på-aktet ulykkesårsak, først kjent som ”clear air turbu-lence”, eller CAT. Dette er sterk turbulens som uven-tet kan opptre i stor høyde uten å være observert av piloter i fly utrustet med såkalt vær-radar eller av ra-daroperatører på bakken. Man hadde også blitt klar over at store tunglastede fly ved start genererte et sys-tem av sterke virvler som i stille vær kunne forbli i nærheten av flyplassen lenge etter at flyet var for-svunnet. Disse usynlige virvlene var sterke nok til å vippe rundt både småfly og fly av moderat størrelse under uheldige omstendigheter. En rekke slike ulyk-ker av uvanlig art førte til at turbulens ble et tema som opptok sikkerhetseksperter.

Noen av ulykkene hadde sammenheng med så-kalte lebølger som dannes bak en fjellkjede utsatt for vind på tvers (mest ekstrem; Sierra Nevada i USA), andre med uventet og uforklart CAT. Turbulens kan også opptre på lav høyde pga. vind rettet mot ”krong-lete” terrengformasjoner, slik som på Værøy. Ved sterk vind fra syd vil terrenget på Omgangslandet også generere turbulens som vil avta fra strandsonen utover mot havet. Turbulens som skyldes terrenget forventes ikke å være av betydning på høyder over den høyeste terrengformasjonen. Dette gjelder ikke lebølger og dermed forbundne (turbulente) fenome-ner. Forskjell i temperatur mellom ulike luftlag kan gi opphav til såkalt termisk turbulens som gjerne for-sterkes med høyden. Varm luft vil stige opp, ikke bare i stille vær, men også når vinden blåser. Samti-dig må kald luft bevege seg ovenfra mot bakken for at massebalansen skal opprettholdes. Det gir beve-gelser på tvers av hovedbevegelsen (vinden) og dette genererer turbulens. Termisk turbulens er av størst betydning i varmere land eller ved sommerlige tem-peraturer. Tordenvær kan skape vanskelige forhold fordi det genereres både sterk oppvind og sterk ned-vind (”downdrafts”). Det siste fenomenet har forårsa-ket ganske mange ulykker. På Omgangslandet ulyk-kesdagen var temperaturen – 10^oC i lufta nær bakken og + 2^oC i sjøen, forhold som ikke forventes å produ-sere synderlig termisk turbulens, i alle fall ikke ved den aktuelle høyden for flyets bane. Ved visse vær-forhold vil temperaturen være høyere langt over bak-ken enn den er ved marbak-ken. Dette var tilfellet over Omgangslandet i den aktuelle tidsperioden ulykkes-dagen. Temperaturen steg fra – 10^oC til – 6^oC noen hundre meter over bakken, for deretter igjen å falle.

Fenomenet kalles inversjon, og i kombinasjon med sterk vind kan det føre til dannelse av atmosfæriske bølger.

82. For lesere som ikke er fortrolige med meteorologiske begre-per og metoder, kan det være nyttig først å lese den innføring som er gitt i underkapittel 9.10.

FHK fant at vind med storms styrke koblet med sterk turbulens kunne være en medvirkende havariår-sak, og mente at denne kombinasjonen hadde ført til så store aerodynamiske belastninger at vitale deler av flyet ble brutt av i lufta. Hypotesen støttes av at deler av sideror og finne ble funnet flere hundre meter øst for havaristedet. Konklusjonen ble imidlertid ikke akseptert av Widerøes piloter som hadde fløyet sam-me strekning under tilsvarende forhold, flere ganger daglig i en lang rekke år. Den ble heller ikke aksep-tert av allmennheten som hevdet å ha observert ukjente fly i området og som mente det måtte ha vært, om ikke en kollisjon, så i alle fall en form for nærkon-takt med tragisk utgang. Kommisjonen har derfor funnet det nødvendig å gjøre detaljerte undersøkel-ser, ikke bare av flybevegelser og observasjoner i området, men også av vær, vindforhold og turbulens langs flytraseen og i området der søksflyene senere utførte sine oppdrag.

9.2 Turbulens som medvirkende ulykkesårsak Turbulens er en betegnelse brukt i mange sam-menhenger, ofte upresist og uten referanse til ordets vitenskapelige betydning. Atmosfæren er preget av luftmasser i bevegelse som samtidig blandes slik at forskjeller i hastighet og temperatur utjevnes. Samti-dig genereres nye forskjeller gjennom oppbremsing mot grenseflater (mark og sjø) på grunn av friksjon mellom grenselag eller oppvarming/avkjøling som følge av stråling eller faseendringer (fordampning, kondensasjon etc.). Unormale forskjeller i lufttempe-ratur i høyderetningen kan gi oppdrift eller fallvind, men vertikalbevegelse kan også oppstå på grunn av terrengformasjoner. Friksjonseffekter av vind mot terreng kan også generere luftbevegelser på tvers av den fremherskende vindretning, gjerne i form av virvler eller bølger som gjenkjennes fra de tilhørende karakteristiske skyformasjoner. Alle disse fenomener er innbefattet i begrepet ”turbulens”. Selv innen luft-farten karakteriseres gjerne ”turbulens” på subjektiv basis; en kabinansatt beklager at sterk turbulens er til hinder for serveringen av passasjerenes måltider, en jagerpilot oppfatter turbulensen som sterk når han ikke kan låse siktet mot målet, og en vanlig passasjer synes turbulensen er sterk når han må sitte fastspent i setet og ikke kan gå omkring i kabinen. Selv om ka-rakteristikkene er nyttige referanser i sin sammen-heng, er de til liten nytte for en vurdering av turbu-lens som ulykkesårsak.

Det synes intuitivt rimelig at turbulens skaper krefter som påvirker flyets bevegelser og dermed gir tilleggsbelastninger på strukturen i forhold til de krefter som virker i ”rolig luft”. Men hvordan denne belastningen oppleves, avhenger ikke bare av ”turbu-lensen” som sådan, men også av flytypen (spesielt

vingebelastning og elastiske egenskaper) og hastig-heten. Turbulens endres over tid slik at den ikke kan studeres ved å fly samme strekning som ulykkesflyet noen timer etter ulykken. En kan heller ikke få gode og relevante opplysninger basert på observasjoner med en helt annen flytype og en helt annen hastighet.

Turbulens kan bare karakteriseres på statistisk basis ved å gjenta målinger med de samme ”objektive” in-strumenter under de samme betingelser et stort antall ganger.

FHKs vurdering av vind- og turbulensforhold i området nær Omgang ved havaritidspunktet var ba-sert på observasjoner i ettertid fra en rekke søksfly;

jagerfly av typen Starfighter CF-104, militærutgaven av en ”executive jet” DA-20 Falcon Jet, Kystvaktens helikopter Lynx og diverse sivile fly inkl. en Twin Otter og Norvings PA-31-350 (propellfly)⁸³. Rappor-tene spriker i betydelig grad. Mest dramatisk var ob-servasjonene fra jagerflypilotene. Turbulensen nord for Omgang på høyder nedenfor fjellkanten i syd, ble karakterisert som så kraftig at piloten ”ble redd for egen skute og vurderte å trekke seg ut av området”.

Norving-piloten med sin Piper Navajo karakteriserte

”forholdene som normale for strekningen Berlevåg -Mehamn under gjeldende vindforhold”, herunder at det var ”svært kraftig turbulens” i området langs strandlinja i ca. 1 000 fot. Både FHK og den utvidede FHK, begge ledet av Mohr, brukte flymeteorolog Petter Dannevig som konsulent. Han var en anerkjent spesialist både på atmosfærisk turbulens og relaterte aerodynamiske problemer. Den viten man den gang hadde, var nok i større grad enn i dag basert på en kombinasjon av erfaring og skjønn, men hans syns-punkter på vær og turbulens er i rimelig overensstem-melse med de beste beregninger en har tilgang til i dag.

Om observasjonene ulykkesdagen skriver han:

”Forskjellig størrelse og vekt gjør at de ulike flytyper vil reagere temmelig forskjellig i en og samme situa-sjon”. På denne bakgrunn er det kanskje ikke uventet at militærflygere på den ene side og Twin Otter-pilo-ter og førere av mindre taxi- og ambulansefly på den andre, har ulike synspunkter. De piloter som flyr mest i det området ulykken fant sted, er gjerne av den mening at Omgangslandet ikke er et farlig område.

Det utelukker ikke at ukjente og sjeldne fenomener kan opptre. Dette kan ha vært tilfellet for pilotene Hovring/Breines ulykkesdagen, og det ble i alle fall rapportert av Lorentzen/Floden som fløy samme tra-sé på samme tid dagen etter.⁸⁴

83. Se FHKs rapport R84, s 14-18.

84. Kaptein Odd Johansen fløy i lav høyde langs kysten av Vest-Finnmark på formiddagen, 11. mars 1982, på tokt med et Orionfly. Han forteller at turbulensen var den verste han no-ensinne hadde opplevd med dette flyet. Vinden ble målt til 55 knop fra sør.

9.3 Modeller for beregning av aerodynamisk last En vellykket flykonstruksjon må ha lav vekt og derfor må også dimensjoner og styrke være tilpasset den misjon flyet er tiltenkt. Dette krever nøyaktige beregninger av de belastninger flyet vil bli utsatt for, både på grunn av pilotens manøvrer og på grunn av luftas bevegelser. Påkjenningene kan til en viss grad måles ved såkalte g-målere (akselerometere) eller på basis av hastighetsfluktuasjoner, men i praksis har det vist seg nyttigere å basere seg på modeller av de strømningsfenomener som opptrer i atmosfæren. Så-ledes modelleres hastighetsvariasjoner (vindbyger eller ”gusts”) som en økning/minskning i relativ has-tighet langs flyretningen eller i form av oppvind/ned-vind eller oppvind/ned-vind fra siden. Maksimalverdien for til-leggshastigheten angis, samt hvordan den opptrer (gradvis/plutselig) og hvor lenge den varer. De for-skjellige parametre er basert på statistikk fra millio-ner av flytimer, og for sivilfly brukes stort sett de samme verdier over hele verden.

”Gust”-modellene dekker en rekke manifestasjo-ner av turbulent strømning i atmosfæren og har vist seg velegnet til dimensjonering av fly. Eksempelvis

vil virkningen av en vertikal oppadrettet gust, først være en økning i løftekraft som for en passasjer gir en følelse av å bli trykket ned i setet. Økt løft fører til at flyet beveger seg oppover, en bevegelse piloten mot-virker gjennom å senke nesen med høyderoret. Las-ten på vingene vil derfor variere over tid og som følge av pilotens respons. En oppadrettet last på vingene opptrer også hvis piloten setter flyet i stup og deretter trekker nesen opp med et kraftig utslag med høyder-oret. De to lasttilfellene, vertikal gust og oppretting, gir i praksis omtrent samme maksimale vingebelast-ning, men de adderes ikke. Det ville være å anta at to ekstremlaster opptrer samtidig, en usannsynlig begi-venhet som ville føre til en konstruksjon som ble alt-for tung. Bruk av modeller alt-for gusts og oppretting har vist seg å være en praktisk løsning, og parametrene i de forskjellige internasjonale forskrifter er ikke låst.

De justeres etter erfaring. For et konvensjonelt fly som Twin Otter, der lay-out og vektfordeling over-ensstemmer med praksis gjennom mange tiår, er det liten grunn til mistanke om at forskriftene til den si-vile luftfartsorganisasjonen ICAO ikke er holdbare.

Figur 9.1Tuppvirvel for beregningsmodell av Twin Otter.

Dette nevnes fordi FHKs havarirapporter for LN-BNK adderer virkningene av en tvilsom virvel-modell, av pilotens respons med sideroret og av

be-lastning fra et fremmed objekt som på et kritisk tids-punkt kolliderer med en allerede sterkt belastet kon-struksjonsdel. En havariårsak basert på at tre

usann-synlige hendelser opptrer samtidig, synes å være i strid med vanlig praksis for lastberegninger. Nå er re-sulterende last heller ikke beregnet i detalj av FHK, det antydes bare at dette må være årsaken til katastro-fen. Virvelmodeller er et vanlig redskap for analyse av strømningsfelt for å bestemme de hastigheter og krefter som opptrer. Virvelsystemet som ”bærer” et fly, kan modelleres av en ”bundet virvel” som strek-ker seg fra vingetupp til vingetupp, inne i vingen. Der vingen slutter blir virvelen ”fri”, og de to tuppvirvle-ne blir en del av ”kjølvantuppvirvle-net” (eng. ”wake”) bak fly-et, ofte synliggjort ved hjelp av røyk eller avgass fra motorene. De to tuppvirvlene er reelle, mens den bundne virvel er en matematisk forenkling eller ”mo-dell” som bidrar til å lette beregningen av løft og mot-stand.

En illustrasjon av tuppvirvelen er vist i Figur 9.1.

Figuren er basert på beregninger utført av FOI.

Virvlenes styrke er relatert til løftekraften som må være lik flyets vekt ved konstant hastighet og høyde.⁸⁵ Om man antar en rotasjonsbevegelse med sirkulære baner, vil virvelens styrke kjennetegnes ved at produktet av periferilengde og den tilsvarende periferihastighet, v er konstant, dvs. 2 π r v = konst.

Konsekvensen er at når radien, r øker, må periferihas-tigheten, v bli mindre. I den utvidede FHKs rapport R88, side 58, er illustrert en beregningsmodell med en roterende strømning omkring en vertikal akse.

Strømningen er begrenset av en ytre diameter, D lik vingens spennvidde⁸⁶, der rotasjonshastigheten settes lik null. Hastigheten stiger til en maksimalverdi ved r = D/4 og reduseres igjen til null ved r = 0. Hastig-hetsvariasjonen er gitt på samme form som ICAOs

”gust”-modell, dvs. den varierer som (1-cos).⁸⁷ Et fly som passerer igjennom denne tenkte strømningen vil derfor bli utsatt for først en gust av type (1-cos) og umiddelbart etter av en tilsvarende gust med motsatt fortegn.

Dette er imidlertid i strid med grunntanken bak

”gust”-modellen som forutsetter ”discrete gusts”;

dvs. virkningen av en gust må være redusert til null før flyet treffer en ny. Strømningsformen som anty-des av ”dobbel-gust”-modellen er ikke kjent fra at-mosfæriske observasjoner, og den vil også være van-skelig å realisere i et laboratorium. Strømningsbildet kan ha en viss likhet med en ”roller” eller rotor, men der er dimensjonene gitt av den utløsende fjellforma-sjonen og ikke av flyets størrelse.⁸⁸ Rotasjonsaksen vil normalt også være horisontal. FHK mente at den valgte modell illustrerer hvordan aerodynamiske

krefter kan bryte ned finne og sideror idet det genere-res store og raskt vekslende sidekrefter. De har imid-lertid ikke undersøkt om sidekraften begrenses av

”stall”, noe som vil skje ved de store innfallsvinkler som oppstår. En reell virvelstrømning vil, i motset-ning til den modellen som beskrives, ikke ha hastig-het null ved en gitt endelig diameter. I stedet vil peri-ferihastigheten reduseres proporsjonalt med (1/r) ifølge de hydrodynamiske lover for virvelstrømning som allerede er antydet.

Virvler kan oppstå nær hjørner eller utstående terrengformasjoner, men de frigjør seg gjerne fra ter-renget ved hindringer og følger deretter vinden. Hvor vinden slår ned i sjøen, vil virvlene stå mer eller min-dre vertikalt. Dette er virvler uten oppdrift (sug), og de kjennetegnes ved at vindfeltet er utadrettet der en rosse slår ned. Dette er gjerne synlig på sjøens over-flate. Virvler som dannes ved oppdrift, har innstrøm-ning mot sentrum og kan opptre når temperaturen i sjøen er mye høyere enn i lufta. Ut fra foreliggende data og beregninger må et slikt fenomen ha vært mar-ginalt 11. mars 1982. Kraftige virvler kan utløses nær fjelltopper, men slike virvler vil ha horisontal akse.

Lebølger som går over til virvler er også en mulig mekanisme for virveldannelse, men disse vil da ha horisontal akse som ligger på tvers av fremherskende vindretning. Østsiden av Omgangslandet mot Tana-fjorden har visse bratte bergformasjoner der virvler med vertikal akse muligens kan utløses. På grunn av at vindhastigheten øker hurtig med høyden, vil virve-lens øvre del bevege seg med størst hastighet og vir-velen vil etter hvert legge seg mot en horisontal posi-sjon samtidig med at den strekkes. På grunn av usik-kerheten omkring terrengets effekt på strømningsfor-holdene, og da spesielt med hensyn til fallvind og eventuelle virvler, har kommisjonen latt utføre detal-jerte beregninger av vindforholdene over Omgangs-landet på den dagen ulykken skjedde. Siden tempera-turen i et begrenset intervall øker med høyden (inver-sjon) finnes det også muligheter for bølger og hy-drauliske sprang, fenomener som er kjent for å gene-rere sterk turbulens.

9.4 Rekonstruksjon av værforholdene 11. mars 1982

Utviklingen av datateknologi og numeriske be-regningsmetoder gjør det mulig å rekonstruere vær-forholdene over Omgangslandet den dagen ulykken skjedde. Utgangspunktet er et verdensomspennende datasett av værparametre for hver 6. time, lagret i en database for alle år fra 1959. Datasettet er laget ved innsamling av alle tilgjengelige observasjoner i alle disse årene, og ikke minst ved meget omfattende kjø-ringer av værmodeller der observasjonene inngår for å gi et best mulig resultat. Datasettet har en forholds-vis grov oppløsning, ca. 100 km mellom hvert

data-85. Frie tuppvirvler observeres ofte ved roing i stille vann idet åren løftes ut av vannet.

86. Avstand fra vingetupp til vingetupp.

87. Den matematiske formen (1-cos ) er den som foreskrives av ICAO.

88. En kommer tilbake til disse fenomener i kapittel 10.2.1.

punkt horisontalt, og gir derfor bare informasjon om værfenomener på denne skalaen, som vindforhold, temperatur og nedbør. Lokale effekter av for eksem-pel topografi vil ikke komme med i et slikt datasett.

En ønsker å beregne værforholdene, helst med så mange detaljer som mulig, i et forholdsvis begrenset område rundt Omgangslandet, for eksempel i et 10 km x 10 km område.

En kan da ikke bruke det ovennevnte datasettet direkte, men i stedet vil det brukes til startverdier og randverdier for modeller med finere horisontal og vertikal oppløsning som løser numerisk de differen-sialligninger som værmodellen inneholder. Proses-sen der en bruker data med forholdsvis grov oppløs-ning til start- og randverdier for en modell med finere oppløsning, kalles modell-nesting. Denne prosessen kan foregå i flere trinn slik at en etter hvert får produ-sert data med oppløsning på for eksempel 1 km eller bedre. Dette kan en da bruke til å få detaljert informa-sjon om værforholdene rundt Omgangslandet. Antall gitterpunkter øker sterkt med avtakende gitteravstand slik at en er nødt til å avgrense modellområdet for å få en praktisk, men stadig svært krevende, beregning.

Den fineste oppløsningen en kan bruke i praksis be-stemmes da av størrelsen på det aktuelle området, av oppløsningen i de digitale kart av topografien, og dessuten av beregningseffektiviteten i modellene.

For å kjøre værmodeller med fin oppløsning, for eksempel 1 km eller mindre, trengs det grunnlagsdata som topografi som nevnt foruten tematisk

informa-sjon med den oppløsningen modellen bruker. Med te-matisk informasjon menes i praksis landskapstype, så som dyrket mark, barskog, lynghei og tundra. For

informa-sjon med den oppløsningen modellen bruker. Med te-matisk informasjon menes i praksis landskapstype, så som dyrket mark, barskog, lynghei og tundra. For