Modułowe modele pozwalają na przeprowadzanie elastycznych testów w tunelach aerodynamicznych
Projektowanie samolotów jest czasochłonnym i kosztownym procesem, a jednym z najbardziej kosztownych elementów jest przeprowadzanie testów w tunelach aerodynamicznych. Polegają one na ustawianiu nieruchomego modelu samolotu i kierowaniu na niego strumieni powietrza, aby dzięki tego rodzaju symulacji móc ocenić jego osiągi aerodynamiczne. Ze względu na fakt, że modele te są nieruchome, w większości przypadków tego rodzaju testy nie obejmują efektów przepływu powietrza generowanego przez silniki lub śmigła. Co więcej, modele testowe są na ogół całkowicie nieruchome, a zatem symulacje nie obejmują działania powierzchni sterowych. Inżynierowie odpowiedzialni za projektowanie testów potrzebują modeli, które pozwalają na zdalne poruszanie powierzchniami sterowymi, jak w przypadku prawdziwych samolotów.
Modułowe modele
W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu POLITE powstały możliwości, które pozwalają na zbudowanie właśnie takiego modelu. Opierając się na pracach zrealizowanych w ramach dwóch wcześniejszych projektów finansowanych przez UE – ESICAPIA oraz LOSITA, uczestnicy projektu POLITE opracowali modułowy model, obejmujący wiele wspólnych elementów, które mogą być testowane w różnych tunelach aerodynamicznych. Wśród celów, które przyświecały naukowcom, można wymienić między innymi zwiększenie oszczędności związanych z opracowywaniem modeli na potrzeby testów w tunelach aerodynamicznych poprzez zwiększenie wykorzystania takich elementów, a także usprawnienie samych testów poprzez opracowanie nowych technologii, dzięki którym będzie możliwa ich dalsza automatyzacja. Zespół projektu POLITE opracował i przetestował nową, zdalnie sterowaną klapę z napędem silnikowym. Projekt POLITE stanowił część unijnej inicjatywy Czyste Niebo 2. „Testy w tunelu aerodynamicznym muszą być przeprowadzane w warunkach przepływu jak najbardziej zbliżonych do tych występujących w przypadku samolotu w czasie lotu, jeśli mają być całkowicie reprezentatywne”, twierdzi Nicola Paletta, kierownik do spraw badań i technologii oraz koordynator projektu z ramienia firmy IBK. „Aby było to możliwe przy użyciu modelu o mniejszej skali, konieczne jest przeprowadzanie testów w środowisku kriogenicznym lub w warunkach zwiększonego ciśnienia”. Przeprowadzanie badań w ośrodkach dysponujących takimi możliwościami jest niezwykle drogie, dlatego są one zwykle ograniczone do kilku warunków przepływu i konfiguracji modelu. Co więcej, pomimo tego, że modele są czasami testowane w różnych tunelach aerodynamicznych, jedynie w nielicznych przypadkach jest to możliwe podczas testów modeli wyposażonych w napędzane silniki.
Zróżnicowane testy
Przeprowadzenie prawdziwie wszechstronnych testów wymaga wykonania badań w znacznie bardziej zróżnicowanych warunkach przepływu. Dotychczas takie podejście wymagałoby zastosowania kilku modeli. Jak twierdzi Paletta: „główną innowacją zrealizowaną w ramach naszego projektu jest możliwość wykorzystania tego samego modelu do różnych testów w tunelu aerodynamicznym – przy niskiej i wysokiej liczbie Reynoldsa”. Liczba Reynoldsa (Re) to parametr wykorzystywany w dziedzinie dynamiki płynów, służący do pomiaru stosunku sił bezwładności do sił lepkości. Model opracowany w ramach projektu POLITE może zostać wykorzystany do testów przy niskiej liczbie Reynoldsa w dużym tunelu aerodynamicznym z ciśnieniem atmosferycznym, a także badań przy wysokiej liczbie Reynoldsa w innych tunelach aerodynamicznych pod ciśnieniem. Modułowość modelu POLITE oznacza, że nawet przeszło 70 % jego elementów można wykorzystać do obu rodzajów testów, co przekłada się na dużą oszczędność kosztów. Takie podejście toruje drogę dla nowej metodologii projektowania i konstrukcji samolotów, która będzie tańsza i bardziej efektywna niż obecnie wykorzystywane podejścia. Co więcej, uczestnicy projektu POLITE opracowali szereg innowacyjnych technologii ukierunkowanych na zwiększanie sprawności testów w tunelach aerodynamicznych, takich jak zdalnie sterowane urządzenia hipernośne, które obecnie znajdują się na różnych poziomach gotowości technologicznej. Zespół zrealizował zróżnicowane prototypy zdalnie sterowanych klap w różnych konfiguracjach (z pojedynczymi i podwójnymi slotami), które zostały przetestowane w laboratorium. Opracowane rozwiązania opierają się na podejściu wykorzystującym stałe zwiększanie złożoności rozwiązań, które doprowadziło do stworzenia i przetestowania w modelu prototypu klapy z pojedynczym slotem. Członkowie konsorcjum projektu POLITE już teraz wykorzystują umiejętności i techniki opracowane i ulepszone w czasie realizacji projektu w celu opracowywania nowych modeli na potrzeby testów w tunelach aerodynamicznych. Poszczególni partnerzy czerpią korzyści ze zwiększonej widoczności oraz większych możliwości, rozwiniętych dzięki projektowi. Prace zrealizowane w ramach projektu pozwolą na rozwój i dopracowanie metodologii pozwalających na zwiększenie osiągów aerodynamicznych i sprawności samolotów. Skutkiem tego podejścia będą bardziej wydajne samoloty generujące mniejsze ilości zanieczyszczeń.
Słowa kluczowe
POLITE, model, tunel aerodynamiczny, samolot, testy w tunelu aerodynamicznym, modułowość, liczba Reynoldsa, przepływ powietrza
