Modelowanie zderzeń skrzydeł przyszłych samolotów z ptakami
UE uruchomiła swój najbardziej ambitny program, Czyste niebo, aby radykalnie ograniczyć emisje zanieczyszczeń i hałasu związane z transportem powietrznym. Koncepcja skrzydła o naturalnym przepływie laminarnym (NLF) stanowi jedną z najbardziej obiecujących spośród aktualnie opracowywanych koncepcji, mających na celu ograniczenie oporu, zużycia paliwa i związanych z tym emisji. NLF skrzydła samolotu uzyskuje się poprzez zastosowanie zintegrowanej kompozytowej struktury krawędzi natarcia (LE), która ma idealnie gładką powierzchnię bez elementów łączących, takich jak nity i śruby. Jednakże wprowadzenie kompozytowego odcinka skrzydła samolotu i brak listwy krawędzi natarcia skutkuje geometrią niespełniającą wymogów walidacji z użyciem bieżących modeli numerycznych i symulacji zderzenia z ptakiem. Celem finansowanego przez UE projektu BIRDSTRIKE (Investigation of bird strike criteria for natural laminar flow wings) było stworzenie zwalidowanej metody analizy zderzenia z ptakiem, aby umożliwić partnerom programu na rzecz inteligentnego stałopłatu (SFWA) symulować zderzenie ptaka z krawędzią natarcia z polimeru wzmocnionego włóknem węglowym (CFRP) skrzydła o NLF. Udało się to osiągnąć poprzez ustanowienie łączonego programu testów i analizy / symulacji, aby określić zakres uszkodzeń i zwalidować kryteria defektów materiału kompozytowego, użyteczne w symulacji zderzenia ptaka z panelem krawędzi natarcia skrzydła o NLF. Zespół wybrał materiały i projekty na potrzeby testowanych komponentów odpowiadające najnowocześniejszym panelom skrzydeł o naturalnym przepływie laminarnym. Wyprodukowano płaskie, nieusztywnione i usztywnione panele z epoksydowych, wstępnie impregnowanych elementów Hexcel HexPly M21E wzmocnionych uzupełniającymi włóknami węglowymi HexTow IMA. Przeprowadzono testy doświadczalne zderzenia ptaka z nieusztywnionymi i usztywnionymi panelami, po zaprojektowaniu i wyprodukowaniu odpowiedniej ramy podpierającej. Przeprowadzono ponadto testy nieniszczące paneli przed testami zderzeń i po nich metodą szerografii laserowej. W celu symulacji numerycznej zderzeń ptaków ze strukturami kompozytowymi opracowano podejście nawarstwianych powłok i zastosowano je jako obiecującą, wydajną obliczeniowo alternatywę dla klasycznej metody elementów bryłowych i powłokowych. Modele elementów końcowych (FE) stworzono w celu wykonywania symulacji zderzeń płaskich, nieusztywnionych i usztywnionymi paneli z ptakami, w tym modelowania ptaka, uszkodzeń materiału i rozwarstwienia. Aby zwalidować modele do symulacji numerycznej, badacze porównali wyliczone zachowanie ogólne paneli i obrazy z kamery o dużej szybkości, wykonane podczas wszystkich symulowanych testów. Ustalono, że deformacje uzyskane w analizie FE były zgodne z odnośnymi obrazami z kamery o dużej szybkości. Wprowadzenie laminarnego odcinka skrzydła samolotu i brak listwy krawędzi natarcia skutkowały geometrią niespełniającą wymogów walidacji z użyciem bieżących modeli numerycznych i symulacji zderzenia z ptakiem. Jednakże przeprowadzone w ramach projektu BIRDSTRIKE badania i opracowane narzędzia do symulacji numerycznej pozwoliły zamknąć istniejące luki w wiedzy. W ten sposób wyniki projektu przyczynią się do realizacji celu, jakim jest ograniczenie zużycia paliw i emisji zanieczyszczeń poprzez użycie naturalnego przepływu laminarnego w samolotach bliskiego zasięgu.
Słowa kluczowe
Symulacja zderzenia z ptakiem, testy zderzenia z ptakiem, skrzydło z naturalnym przepływem laminarnym, BIRDSTRIKE
