Jak opracować nanostruktury, które ograniczą opór powietrza w lotnictwie i produkcji?
Dzięki wysiłkom dążącym do opracowania technik ograniczenia oporu powietrza w lotnictwie w celu zmniejszenia zużycia paliwa, emisji CO2 i hałasu wykorzystanie mikrostruktur i nanostruktur staje się coraz bardziej popularne. W przypadku samolotów, odpowiedzialnych za znaczną część emisji gazów cieplarnianych w sektorze przewozowym, często wykorzystywaną metodą ograniczenia oporu powietrza są riblety. Finansowany przez UE projekt ReSiSTant ma zmniejszyć oddziaływanie statków powietrznych i przemysłu na środowisko naturalne poprzez zastosowanie nanotechnologii. Jak podano w artykule prasowym, w ramach projektu „opracowywane są nowe nanofunkcjonalizowane i zoptymalizowane powierzchnie ribletów, które mają być wykorzystane w dwóch egzemplarzach demonstracyjnych dla silników turboodrzutowych i sprężarek przemysłowych”. Riblet oznacza szereg mikroskopijnych bruzd wyrytych na powierzchni kadłuba samolotu. W tym samym artykule czytamy: „Powierzchnia ribletu składa się z bardzo małych (2–100-mikronowych) rowków wyrytych obok siebie. To jedyny pasywny system ograniczenia oporu powietrza, który jest na tyle rozwinięty, aby można było go zastosować w statkach powietrznych następnej generacji. Te struktury powierzchniowe mogą pozwolić na obniżenie oporu powietrza nawet o 8 % w warunkach przepływu turbulentnego. Właśnie dlatego ich potencjał oszczędności energii oraz ograniczenia wagi i hałasu jest tak duży w przypadku przemysłu lotniczego, podobnie jak poprawienia wydajności generatorów w przemyśle turbin wiatrowych i gazowych”.
Optymalizacja wydajności
Aby zaprojektować riblety, w ramach projektu ReSiSTant skupiono się na obliczeniach geometrycznych, numerycznej symulacji wydajności ribletów oraz doborze liczby ribletów i ich ustawienia. Partnerzy projektu przeprowadzili symulację rozmiarów ribletów dla wszystkich egzemplarzy demonstracyjnych, wykonali analizę obliczenia dynamiki płynów i zbadali techniki nanopowłok. W tym samym komunikacie czytamy: „Na podstawie wyników badań opracowywane są materiały pod kątem ribletów, nanofunkcjonalizacji i nanostruktur dla obu egzemplarzy demonstracyjnych (w silnikach turboodrzutowych i sprężarkach przemysłowych)”. „Wykorzystano nanocząstki, takie jak krzem, w celu uzyskania powierzchni nanofunkcjonalizowanych i zmniejszenia oporu powietrza w trudnych warunkach. Zbudowano powierzchnie mikrostrukturalne oporne na wysoką temperaturę i obecnie czekają one na badania”. Partnerzy projektu mają nadzieję na wdrożenie „zoptymalizowanych, powlekanych powierzchni ribletów na docelowych częściach zarówno w przemysłowych egzemplarzach demonstracyjnych, jak i na liniach pilotażowych do produkcji tych części” do zakończenia projektu w grudniu 2021 roku. „Ze względu na to, że trudne warunki pracy, na przykład wysokie temperatury, duża abrazja i erozja, warunki korozyjne itd., są dużym wyzwaniem, zatwierdzenie technologii pod kątem zoptymalizowanych powłok ribletów w danym środowisku ma podstawowe znaczenie”, podano w tym samym artykule. Partnerzy projektu ReSiSTant (Large Riblet Surface with Super Hardness, Mechanical and Temperature Resistance by Nano Functionalization) podniosą stopień gotowości technologicznej linii pilotowych do poziomu 7. Oznacza to przygotowanie prototypowego egzemplarza demonstracyjnego w środowisku operacyjnym. Więcej informacji: strona projektu ReSiSTant
Słowa kluczowe
ReSiSTant, emisje gazów, samolot, obniżenie oporu powietrza, nanotechnologia
