Istotny krok w kierunku precyzyjnej symulacji oblodzenia
Ponieważ oblodzenie stanowi jedno z najpoważniejszych zagrożeń dla silników lotniczych, a co za tym idzie – dla bezpieczeństwa lotu, proces certyfikacji nawet najbardziej zaawansowanych technologiczne silników lotniczych jest – mówiąc oględnie – bardzo wymagający. Zanim nowy silnik zostanie zamontowany w samolocie odrzutowym w celu umożliwienia mu podróży z punktu A do punktu B, musi on spełnić rygorystyczne wymogi certyfikacyjne. Jednym z etapów tego wielopłaszczyznowego procesu jest certyfikacja pod kątem eksploatacji w warunkach oblodzenia, a biorąc pod uwagę złożony charakter tego zjawiska, trudno się dziwić, że testy przeprowadzane w ramach procedury certyfikacyjnej są równie skomplikowane. Główne wyzwanie w zakresie oblodzenia i jego wpływu na silniki lotnicze stanowi fakt, iż konstruktorzy mają bardzo ograniczony dostęp do rozwiązań wspierających proces prognozowania. W obliczu tej sytuacji muszą oni polegać na bardzo fragmentarycznej wiedzy opartej na zdobytych wcześniej dowodach empirycznych. Wraz z rozwojem silników nowej generacji pojawiła się pilna potrzeba stworzenia skuteczniejszych metod prognozowania różnych aspektów oblodzenia już na wczesnym etapie projektowania, a następnie budowy nowoczesnych systemów przeciwoblodzeniowych w oparciu o zgromadzone dane. Dzięki nowej metodyce symulacji opracowanej w ramach finansowanego z funduszy unijnych projektu STORM, konstruktorom łatwiej jest teraz przewidywać rozmaite procesy związane ze zjawiskiem oblodzenia. Opracowane rozwiązanie symulacyjne dostarcza precyzyjnych prognoz dotyczących odrywania się lodu, obrastania powierzchni lodem i trajektorii brył lodu. Wzbogacając wiedzę z zakresu pracy komponentów silnika w warunkach oblodzenia projekt ten stworzył fundament dla szeregu innowacyjnych rozwiązań przeciwoblodzeniowych. „Badania przeprowadzone w ramach inicjatywy STORM w dużym stopniu przyczyniają się do zwiększenia efektywności kosztowej przyszłych silników i osiągnięcia wyższego poziomu konkurencyjności w dziedzinie systemów przeciwoblodzeniowych” – mówi koordynator projektu, Morgan Balland. Baza wiedzy W obrębie każdego z trzech głównych obszarów tematycznych – tj. odrywania się lodu, obrastania lodem i trajektorii brył lodu – uczeni zgromadzili, a następnie poddali analizie i skonsolidowali wszystkie dostępne informacje. W ten sposób powstała rozbudowana baza wiedzy, na której mogą opierać się testy symulacyjne, projekty i nowe technologie. Przykładowo, gruntowny przegląd literatury pozwolił zespołowi biorącemu udział w projekcie STORM wskazać różne metody pomiaru przyczepności lodu. „W oparciu o szereg materiałów referencyjnych i określone warunki badania udało się nam wprowadzić standardową metodę pomiaru procesu odrywania się lodu” – wyjaśnia Balland. Podczas badania trajektorii lotu oderwanych brył naukowcy zidentyfikowali pięć kształtów charakterystycznych dla warstwy lodu obrastającej silniki i konstrukcję samolotu. „Dostęp do tej wiedzy w początkowej fazie procesu projektowania pozwoli konstruktorom opracowywać silniki lotnicze odporne na lód o każdym z tych kształtów, eliminując w ten sposób konieczność zgadywania” – wyjaśnia Balland. Nowe technologie Prowadzone badania stworzyły fundament dla rozwoju nowych technologii mających na celu ograniczenie zagrożeń związanych z oblodzeniem. Na przykład, w zakresie technologii powlekania uczeni opracowali kartę wyników obejmującą szereg wymogów dla określonych zastosowań. „Jednocześnie w oparciu o wyniki wcześniejszych projektów i opinie partnerów sporządziliśmy listę najbardziej obiecujących powłok” – dodaje Balland. W dziedzinie systemów aktywnej ochrony przed oblodzeniem zespół projektowy zidentyfikował trzy potencjalne rozwiązania, a następnie przetestował zarówno komponenty zapewniające ochronę silnika, jak i te chroniące kadłub. Szeroki wachlarz korzyści Dzięki osiągnięciom projektu konstruktorzy silników lotniczych zyskali dostęp do obszernej bazy danych dotyczących właściwości mechanicznych lodu. Na jej podstawie powstała również zatwierdzona symulacja oraz standardowa europejska procedura dla testów w zakresie odrywania się lodu. Obejmuje ona nie tylko szczegółowe modele tego zjawiska, lecz także najlepsze praktyki. „Informacje te pozwolą skrócić fazę projektu koncepcyjnego zarówno dla silników modernizowanych, jak i zupełnie nowych modeli, zapewniając przy tym krótszy czas realizacji i mniejsze koszty testów wspomnianych konstrukcji” – podsumowuje Balland. „Jednak co najważniejsze, pozwolą one opracować bardziej bezpieczne silniki lotnicze i zwiększą bezpieczeństwo podróży powietrznych”.
Słowa kluczowe
STORM, lotnictwo, silniki lotnicze, transport lotniczy, oblodzenie, oblodzenie silników lotniczych
