Innowacyjna konstrukcja śmigła pozwala na montowanie silników Diesla w statkach powietrznych
W większości małych statków powietrznych stosuje się zazwyczaj silniki benzynowe/tłokowe, podobne do tych, które znamy z samochodów. W lotnictwie nie są one jednak optymalnym rozwiązaniem. Lepiej sprawdzają się tutaj siniki wysokoprężne, czyli tak zwane diesle. W takich silnikach do zapłonu dochodzi w wyniku sprężenia mieszanki paliwowo-powietrznej. Wyższy stopień sprężania w silnikach Diesla pozwala na wydajniejsze użytkowanie energii z paliwa, co zapewnia lepszą efektywność spalania i niższe zużycie paliwa. Silniki tłokowe charakteryzują się prostotą i mniejszym zużyciem paliwa, a to przekłada się na mniejszą masę i większą sprawność statku powietrznego. W efekcie samolot cechuje się lepszymi właściwościami środowiskowymi i niższymi kosztami operacyjnymi. Statek powietrzny z silnikiem wysokoprężnym spala natomiast paliwo o niskiej lotności, co podnosi bezpieczeństwo użytkowania. Z tego powodu stosowanie silników Diesla w statkach powietrznych byłoby niezwykle atrakcyjnym rozwiązaniem. By do tego doszło, trzeba jednak opracować nowe śmigło, którego konstrukcja wyeliminuje problemy związane z tego typu silnikami. Przygotowanie odpowiedniego śmigła było zadaniem finansowanego ze środków UE projektu ARGOS.
Rozwiązane problemy
Pierwszy problem z silnikiem wysokoprężnym na paliwo odrzutowe polega na tym, że pracuje on twardo w porównaniu z konwencjonalnymi konstrukcjami. Nierówne rozłożenie momentu obrotowego wywołuje wibracje, które prowadzą do osłabienia śmigła. Skraca to czas eksploatacji i zwiększa ryzyko awarii. Drugi problem leży w tym, że konstrukcja śmigła musi być dokładnie dopasowana do rodzaju silnika. Zastosowanie śmigła zaprojektowanego pod kątem silnika benzynowego w maszynie z silnikiem Diesla osłabia wytrzymałość maszyny, a przy tym jest nieefektywne. Początkowo partnerzy uczestniczący w projekcie próbowali zneutralizować wibracje za pomocą urządzenia tłumiącego. W samochodzie taką funkcję pełni skrzynia biegów. Zespół odrzucił jednak ten pomysł. Po części dlatego, że docelowy silnik ma tzw. konstrukcję z napędem bezpośrednim, w której brakuje odpowiednika skrzyni biegów. Zamiast tego zespół skupił się na przeprojektowaniu śmigła tak, by zmniejszyć masę i złożoność układu napędowego. Naukowcy zbadali wiele kombinacji różnych kształtów śmigła, materiałów i silników. „Najważniejszym wynikiem tego projektu są dane uzyskane w trakcie eksperymentów”, wyjaśnia Vilém Pompe, koordynator projektu. „Łatwo powiedzieć, że silnik wysokoprężny pracuje twardo, ale dlaczego i jak twardo?” W ramach projektu ARGOS zmierzono, jak zachowuje się śmigło w przypadku silników benzynowych i wysokoprężnych.
Nowa prototypowa konstrukcja
Wyniki testów pozwoliły na zaprojektowanie prototypu nowego śmigła, które zoptymalizowano pod kątem silników wysokoprężnych. „W naszym rozwiązaniu na łopatkach śmigieł zamontowane są łożyska retencyjne”, dodaje Pompe, „które pochłaniają energię wibracji. Znaleźliśmy również odpowiednie do budowy takich łopatek materiały i opracowaliśmy koncentrator, który dodatkowo pochłania energię”. Nowe śmigło jest cięższe i bardziej wytrzymałe niż konstrukcje stosowane w wypadku silników benzynowych o tej samej mocy. Pomimo dodatkowej masy nowe śmigło ma minimalne karby i punkty koncentracji naprężeń. W efekcie projekt jest prostszy niż jego odpowiedniki dla silników benzynowych, a koszty jego produkcji są porównywalne. Po testach pierwszego projektu oraz wyprodukowaniu i sprawdzeniu prototypu w fazie poprojektowej prowadzone są dalsze testy. Zespół zamierza uzyskać pełną certyfikację konstrukcji na podstawie prototypu i wprowadzić produkt na rynek. Posiłkując się wynikami kontynuowanych testów, naukowcy nieznacznie zmodyfikowali prototyp, który jest obecnie na etapie produkcji. Zostanie on wykorzystany w procesie certyfikacji. Zespół planuje przeprowadzić niedługo próbny lot i przetestować śmigło. Przeprojektowane śmigło ARGOS pozwoli na efektywne wykorzystywanie silników Diesla w lotnictwie. Dzięki temu niewielkie statki powietrzne staną się bardziej ekonomiczne i ekologiczne.
Słowa kluczowe
ARGOS, śmigło, konstrukcja, silnik wysokoprężny, prototyp, mały statek powietrzny, lotnictwo
