Udoskonalone narzędzie projektowe opracowane przez UE pomaga usprawnić systemy napędowe statków powietrznych
UE domaga się od przemysłu lotniczego większej efektywności. Inżynierowie mają wiele pomysłów na osiągnięcie tego celu, w tym opracowanie całkowicie nowej architektury samolotów i systemów napędowych. Jednak projektanci muszą najpierw modelować matematycznie proponowane zmiany. Każdy projekt związany z lotnictwem wymaga zastosowania wysoce zaawansowanego modelowania i symulacji przez cały okres jego trwania. W ramach poprzedniego projektu UE, VIVACE, opracowano europejski standard oprogramowania symulacyjnego PROOSIS przeznaczony do tego typu modelowania.
PROOSIS do projektowania statków powietrznych
W finansowanym ze środków UE projekcie DEMOS wykorzystano osiągnięcia projektu PROOSIS do projektowania i optymalizacji różnych zaawansowanych systemów napędowych. Projekt DEMOS jest częścią technologicznego strumienia innowacyjnej architektury samolotów Airframe ITD w ramach unijnego programu „Czyste niebo 2”. Zespół badał dwa nowe systemy napędowe. Pierwszym z nich był przeciwbieżny, otwarty wirnik (ang. counter-rotating open rotor, CROR). Jest to śmigło z dwoma rzędami łopat obracającymi się w przeciwnych kierunkach. Łopatki wymiatające wirnika pozwalają na wykorzystanie większej objętości powietrza niż porównywalne wirniki. Wirnik wytwarza więcej ciągu, zużywając przy tym o 25–30 % mniej paliwa w porównaniu z innymi dostępnymi systemami. Drugi system napędowy to silniki turbowentylatorowe o ultrawysokim współczynniku dwuprzepływowości (ang. ultra-high bypass ratio, UHBR). Siniki turbowentylatorowe UHBR działają jak konwencjonalne silniki turbowentylatorowe, ale mają współczynnik dwuprzepływowości większy niż 15. Nowa konstrukcja zwiększa ilość powietrza zasysanego do silnika, poprawiając wydajność napędu. Inżynierowie rozpoczynają nowatorski projekt z założeniami dotyczącymi wydajności i ograniczeń technologicznych. W miarę postępów analizy założenia mogą wymagać aktualizacji, prowadzących do powstania nowych wersji projektu. „W projekcie DEMOS opracowaliśmy jednoetapowe podejście łączące termodynamiczne i aerodynamiczne dziedziny projektowania”, mówi Alexios Alexiou, kierownik techniczny projektu. „Zwiększyliśmy również poziom integracji, aby umożliwić multidyscyplinarne oceny na poziomie statków powietrznych. Pozwala to na przemyślenie i stałą optymalizację projektów nowatorskich systemów napędowych”, dodaje badacz.
Optymalizacja konstrukcji
Zespół zoptymalizował silnik turbowentylatorowy z przekładnią, aby zminimalizować ilość spalanego paliwa, wykorzystując nowe ramy projektowe. Obniża to zarówno emisje CO2 jak i koszty paliwa. Uzyskana konstrukcja zapewnia wyższy współczynnik dwuprzepływowości niż obecne silniki. W porównaniu z konwencjonalnymi silnikami turbowentylatorowymi, optymalna konstrukcja DEMOS może przyczynić się do zmniejszenia spalania paliwa i redukcji emisji CO2 o 18 % w porównaniu do silników sprzed 20 lat. Zespół projektu DEMOS zbadał również kluczowe technologie pochodne pozwalające na optymalizację CROR i UHBR podczas eksploatacji. Obejmują one dyszę wentylatora o zmiennej powierzchni, mechanizm regulacji nachylenia łopatek i przekładnie napędowe. Firma Empresarios Agrupados Internacional, będąca właścicielem PROOSIS, jest również wiodącym partnerem konsorcjum DEMOS. Firma publikuje co roku aktualizacje, aby zapewnić aktualność narzędzi. Prace w ramach projektu DEMOS doprowadziły do dodania do oprogramowania kilku zaawansowanych modułów, co zaowocowało nowymi funkcjami projektowania. „Rozwój projektu DEMOS daje nowe możliwości eksploracji projektów pod kątem możliwych rozwiązań i optymalizacji wydajności dla praktycznie każdej przyszłej koncepcji napędu”, dodaje Alexiou. Nowe ramy są solidne, elastyczne, modułowe i rozszerzalne, co gwarantuje ich długotrwałe zastosowanie do projektowania aplikacji symulacyjnych. „Opracowane narzędzie jest więc idealną platformą do wspólnej pracy przy ocenie innowacyjnych konfiguracji silników”. Po sukcesie projektu DEMOS konsorcjum zdobyło kolejne fundusze. W ramach nowego projektu UTOPEA będą rozwijane systemy napędowe UHBR i zostanie oceniony ich potencjał.
Słowa kluczowe
DEMOS, projektowanie, układ napędowy, PROOSIS, lotnictwo, modelowanie, aerodynamika, projektowanie statków powietrznych
