Technologia sterowania przepływem pozwala na projektowanie samolotów nowej generacji
Zainstalowanie wentylatorów o bardzo wysokim stopniu dwuprzepływowości (UHBR) jest jednym ze sposobów na rozwiązanie problemów związanych z ochroną środowiska, podatkiem węglowym i podatkiem od paliwa lotniczego. Jednak tego rodzaju instalacje kolidują z miejscową integracją mechanicznych urządzeń hipernośnych na krawędzi natarcia skrzydła. Duże gondole – obudowy mieszczące silnik lub inne urządzenia w samolocie – silników UHBR muszą być zamontowane blisko skrzydła, aby zapewnić wystarczający prześwit na ziemi bez zwiększania rozmiarów podwozia samolotu. W konsekwencji, skrzele (urządzenie hipernośne) kolidowałyby z gondolą, co oznaczałoby konieczność wycięcia części skrzeli, a przez to część skrzydła byłaby ich pozbawiona. Takie rozwiązanie prowadziłoby do sytuacji, w której fragmenty skrzydła nie byłyby chronione przez skrzela i podatne na separację przy kącie padania znacznie mniejszym niż w przypadku pozostałych odcinków skrzydła. To właśnie w tych obszarach rozwiązaniem może być aktywne sterowanie przepływem, ponieważ opóźnia ono lokalną separację (sprawiając, że zachodzi przy większym kącie natarcia) oraz zwiększając w ten sposób wydajność całego układu hipernośnego.
Projektowanie nowoczesnych systemów siłowników aktywnego sterowania przepływem
Efektywne zastosowanie aktywnego sterowania przepływem wymaga dostępności solidnych i niezawodnych siłowników. Finansowany przez Unię Europejską projekt DECOROUS poświęcony był opracowaniu takich siłowników: dwustopniowego, pozbawionego ruchomych części systemu siłowników płynnych do stosowania w aktywnym sterowaniu przepływem na połączeniu między skrzydłem i wspornikiem w samolotach cywilnych. „Takie rozwiązanie utoruje drogę do budowy silników UHBR”, mówi koordynator projektu dr Matthias Bauer. „Wykorzystując technologię badaną w poprzednich projektach, inicjatywa DECOROUS wykracza daleko poza ich zakres, uwzględniając rzeczywiste ograniczenia samolotów i trudne warunki środowiskowe, a także włączając dyscypliny inne niż aerodynamika”. Partnerzy projektu opracowali, wyprodukowali i przetestowali mały siłownik wykorzystujący pulsacyjne strumienie płynu (ang. „pulsed jet actuator”, PJA). Następnie zintegrowano go z modelem o skali 1:13,6, przeznaczonym do badań w tunelu aerodynamicznym, w celu przeprowadzenia testów kriogenicznych obejmujących sterowanie przepływem na połączeniu skrzydła i wspornika. Dokonano tego w celu ilościowego określenia efektywności prób sterowania przepływem. Badacze zoptymalizowali technologię aktywnego sterowania przepływem, uwzględniając takie aspekty jak aeroakustyka i integracja. Zespół opracował również i przetestował siłownik PJA o rzeczywistej skali pod kątem integracji z samolotem testowym Airbus 320. „Przy jego opracowywaniu uwzględniono nie tylko wymagania aerodynamiczne, ale również ogólną infrastrukturę samolotu, emisję hałasu i monitorowanie stanu systemu”, tłumaczy dr Bauer.
Postęp w projektowaniu i integracji siłowników aktywnego sterowania przepływem
Dzięki opracowaniu bardzo małego siłownika do sterowania przepływem bez elementów ruchomych lub elektrycznych, naukowcy umożliwili testowanie technologii aktywnego sterowania przepływem w warunkach kriogenicznych z modelem w skali. Uczeni przeprowadzili analizę kosztów i korzyści związanych z technologią aktywnego sterowania przepływem zastosowaną w cywilnym samolocie pasażerskim i zidentyfikowali potencjalne czynniki utrudniające jej rozwój. Zespół DECOROUS zajął się dotychczas słabo zbadanymi aspektami technologii aktywnego sterowania przepływem. Badania nad aeroakustyką ujawniły znaczące źródła hałasu, które mogą mieć wpływ na komfort pasażerów. Członkowie zespołu zaproponowali rozwiązania tego problemu, a także przeanalizowali możliwości integracji siłowników do aktywnego sterowania przepływem z ogólnym środowiskiem lotniczym, identyfikując modyfikacje niezbędne do zainstalowania wymaganych komponentów w samolocie testowym. Dr Bauer dodaje: „Dzięki wszystkim tym pracom technologia aktywnego sterowania przepływem jest niemal gotowa do wprowadzenia na rynek”. „Dzięki inicjatywie DECOROUS, europejski przemysł lotniczy jest teraz w stanie wykorzystać aktywne sterowanie przepływem jako narzędzie do projektowania ekologicznych i ekonomicznych samolotów cywilnych następnej generacji, co pomoże w utrzymaniu dynamiki rozwoju sektora”, podsumowuje dr Bauer.
Słowa kluczowe
DECOROUS, aktywne sterowanie przepływem, samolot, sterowanie przepływem, siłownik do aktywnego sterowania przepływem, skrzele, UHBR, PJA
