Skip to main content

Article Category

Article available in the folowing languages:

Zaawansowane symulacje aerodynamiczne uwalniają potencjał nowego szybkiego śmigłowca „RACER”

Pomysł stworzenia statku powietrznego latającego z prędkością samolotu, ale mogącego też zawisnąć w powietrzu jak śmigłowiec, nie jest niczym nowym, jednak nie osiągnął on jeszcze etapu komercyjnego. Finansowany przez UE projekt PROPTER jest odpowiedzią na nietypowe wyzwania aerodynamiczne, które koncepcja ta stwarza dla jego projektantów.

Transport i mobilność

Proces projektowania wiropłatu jest trudny z wielu powodów – ze względu na potrzebę zmniejszenia spalania oraz zwiększenia udźwigu i zasięgu. W ramach programu badawczego „Czyste Niebo 2” projektanci statków powietrznych wprowadzają właśnie ostatnie poprawki do nowej konstrukcji śmigłowca, która łączy w sobie zastosowanie ciągu przedniego z możliwością unoszenia w pionie. Nowy demonstracyjny śmigłowiec wypełnia lukę pomiędzy tradycyjnymi śmigłowcami a stałopłatami. Demonstracyjny wiropłat zespolony o nazwie RACER jest jednym z dwóch egzemplarzy demonstracyjnych opracowywanych na potrzeby platformy demonstracyjnej innowacyjnych statków powietrznych „Fast Rotorcraft” w ramach programu „Czyste Niebo”. Ten zoptymalizowany do podróżowania z prędkością powyżej 400 km/h (216 węzłów), o 50 % większą niż w przypadku konwencjonalnych śmigłowców, statek powietrzny ma na celu obniżenie kosztów przebytej odległości o 25 %, przy zachowaniu zwrotności i zdolności do zawisania w powietrzu, jakimi dysponują konwencjonalne śmigłowce.

Odkrywanie aerodynamiki dla tej złożonej konfiguracji

Unia Europejska sfinansowała projekt PROPTER w celu opracowania złożonych interakcji aerodynamicznych prezentowanych w śmigłowcu zespolonym RACER, aby zapewnić znaczącą zmianę w zakresie wydajności i prędkości śmigłowców nowej generacji. Projekt został zrealizowany przez PROPTER, konsorcjum zrzeszające ośrodek Royal Netherlands Aerospace Centre (NLR) i Uniwersytet Techniczny w Delfcie w ramach określonych przez firmę Airbus Helicopters. Śmigłowiec zespolony wyposażony jest w wiele różnych powierzchni aerodynamicznych, w tym górny wirnik (podobnie jak w śmigłowcu konwencjonalnym), płaty o niskim wydłużeniu z dwoma śmigłami zamontowanymi na ich końcach oraz stateczniki poziome. Wspólnie dostarczają one sił i momentów niezbędnych do przelotów, zawisania w powietrzu, autorotacji i wykonywania manewrów. Śmigła (zwane również wirnikami bocznymi) napędzane są przez te same silniki turbowałowe, które napędzają wirnik. „Dogłębne zrozumienie interakcyjnych pól przepływu ma decydujące znaczenie dla powodzenia śmigłowca zespolonego”, zauważa Bambang Soemarwoto, starszy naukowiec w NLR. „Silne interakcyjne pola przepływu powstające pomiędzy śmigłami zamontowanymi na skrzydłach, głównym wirnikiem górnym i płatowcem muszą zostać dokładnie wyliczone, ponieważ mogą one znacznie odbiegać od charakterystyk poszczególnych elementów”, dodaje Soemarwoto. W ramach projektu PROPTER przeprowadzono szeroko zakrojone symulacje komputerowe o wysokiej dokładności z wykorzystaniem najbardziej zaawansowanego dostępnego oprogramowania do obliczeniowej mechaniki płynów i wysokowydajnego klastra obliczeniowego. Projekt doprowadził do odkrycia nowych informacji na temat fizyki przepływu. Pozwolił on też na uzyskanie wiarygodnych danych liczbowych dzięki wykorzystaniu ENFLOW – kodu badawczego opracowanego w NLR w ramach różnych europejskich i krajowych programów badawczych. Ponadto w ramach projektu PROPTER zajęto się przeprojektowaniem śmigła w celu zmniejszenia zużycia paliwa, a ostatecznie emisji CO2 i NOx.

Fascynujący potencjał śmigłowca zespolonego

„W kontekście europejskiego lotnictwa wiropłat ten może umożliwić odbywanie lotów międzymiastowych na kursach takich jak Paryż-Londyn czy Paryż-Bruksela w czasie nieprzekraczającym jednej godziny, oferując dodatkową zaletę w postaci pionowego startu i lądowania umożliwiającego dostęp nawet do miast położonych na nierównym terenie” – zauważa Soemarwoto. W przypadku medycznych lotów ratunkowych oznacza to możliwość docierania do potrzebujących na większe odległości i w krótszym czasie, realizując założenia „złotej godziny”. W wyniku projektu PROPTER ugruntowano wiedzę na temat złożonej aerodynamiki śmigłowca zespolonego, zapewniając mu tak wszechstronne możliwości. Znaczenie pracy wykonanej w ramach projektu PROPTER odzwierciedla komentarz Jeana-Michela Billiga, byłego wiceprezesa wykonawczego firmy Eurocopter ds. badań i rozwoju: „Od lat pięćdziesiątych XX wieku w powietrze wzbiło się kilka zespolonych wiropłatów, ale żaden z nich nie trafił na rynek. Po co więc próbować ponownie teraz? Dzisiejsze możliwości obliczeniowe i symulacyjne są dla nas bardzo pomocne”. Śmigłowiec zespolony RACER ma wzbić się w powietrze w 2020 roku.

Słowa kluczowe

PROPTER, śmigłowiec zespolony, wiropłat, RACER, Royal Netherlands Aerospace Centre (NLR), obliczeniowa mechanika płynów, obliczenia o wysokiej wydajności, wiropłat

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania