Kolejny krok w kierunku stworzenia inteligentnego helikoptera
Projekt COMROTAG (Opracowanie i testowanie metod obliczeniowych do symulacji wirników helikoptera z aktywną listwą Gurneya) był częścią wspólnego przedsięwzięcia „Czyste niebo” (Clean Sky Joint Undertaking). Zespół skupił się na systemach łopat wirnika helikoptera z aktywną listwą. Wdrożenie tych systemów nie jest łatwym zadaniem ze względu na ogromne siły generowane podczas obrotu łopat. Dzięki symulacjom komputerowym i danym z badań w tunelu aerodynamicznym zespół zbadał konfigurację tych urządzeń podczas lotów w różnych warunkach. „Podczas symulacji lotu dostosowano systemy regulacji kąta ustawienia łopat w celu uzyskania odpowiedniej siły ciągu i momentów wirnika. Porównano tak zwane obciążenie mocy dla różnych konfiguracji” – wyjaśnia kierownik badań, dr Wieńczysław Stalewski z polskiego Instytutu Lotnictwa. Aktywne listwy Gurneya Spośród wszystkich aktualnie opracowywanych systemów aktywnych wirników aktywna listwa Gurneya (AGF) została wybrana w podprogramie „Zielony wiropłat” w ramach inicjatywy „Czyste niebo” jako zintegrowany demonstrator technologii. O wyborze zadecydował jej potencjalny wpływ na wydajność śmigłowca i gotowość do wdrożenia technologii. Aktywne załączanie listew Gurneya na łopatach powracających wirnika zwiększa siłę nośną wiropłatu oraz jego ogólną wydajność. Ta technologia jest już w zaawansowanym stadium rozwoju. Jednakże wymagane są jeszcze liczne badania i testy łopat wirnika w tunelu aerodynamicznym w celu jej weryfikacji. „Celem projektu COMROTAG była ocena zalet aktywnych listew Gurneya na łopatach wirnika podczas lotów helikoptera w skali rzeczywistej” – mówi dr Stalewski. Oprócz uwzględnienia różnych sił aerodynamicznych zespół musiał określić możliwości rozszerzenia mechanizmu, kierunek przepływu powietrza i prędkość. „Na szczęście pokonaliśmy trudności z odtworzeniem przeciągnięcia dynamicznego na pełnoskalowym modelu łopaty powracającej wirnika i osiągnęliśmy również odpowiednie wyważenie wirnika helikoptera w tych niebezpiecznych warunkach. Wymagało to więcej wysiłku podczas obliczeń niż w przypadku symulacji lotów bez przeciągnięcia dynamicznego” – dodaje. Obliczeniowa mechanika płynów (CFD) w lotnictwie Moduł symulacyjny „wirtualnego wirnika” opracowywany w Instytucie Lotnictwa został zmodyfikowany, tak aby dokładnie odzwierciedlał ustawianie w chorągiewkę i wahanie pionowe łopat wirnika, a także cykliczny ruch aktywnych listew Gurneya. Ten zestaw funkcji zdefiniowanych przez użytkownika został połączony z komercyjnym oprogramowaniem CFD Ansys Fluent, powszechnie stosowanym w inżynierii lotniczej. „Ruch listew został odtworzony poprzez miejscowe deformacje na otaczającej siatce obliczeniowej. Metoda deformacji siatki obliczeniowej została opracowana specjalnie dla projektu COMROTAG i okazała się skuteczną alternatywą dla metod wykorzystujących nakładanie na siebie siatek obliczeniowych” – wyjaśnia dr Stalewski. Wyniki symulacji to cenny materiał dla naukowców pracujących nad wprowadzeniem aktywnych listew Gurneya do łopatek wirnika. „Można zaplanować testy na helikopterach, aby uzyskać takie warunki lotu, w których zalety takiego rozwiązania będą jeszcze bardziej widoczne lub uniknąć niebezpiecznych sytuacji i zapewnić bezpieczeństwo podczas lotu”. Nowa metoda obliczeniowa może pomóc w opracowywaniu systemów uruchamiania, które spełniają wymagania w zakresie trwałości i niezawodności w przemyśle lotniczym. Nowa generacja inteligentnych helikopterów wkrótce pojawi się na niebie.
Słowa kluczowe
Inteligentny helikopter, COMROTAG, aktywne listwy Gurneya, obliczeniowa mechanika płynów, przemysł lotniczy
