Skip to main content

TItanium COmposite Adhesive JOints

Article Category

Article available in the folowing languages:

Kompozytowo-tytanowa hybrydowa konstrukcja skrzydła samolotu z małymi otworami zmniejsza opór powietrza dzięki przepływowi laminarnemu

Konstrukcje skrzydeł z przepływem laminarnym przewyższają konstrukcje konwencjonalne pod względem stosunku nośności do oporu, będącego miarą sprawności aerodynamicznej. Projektanci samolotów mogą zbliżyć się do optymalnych osiągów dzięki konstrukcjom wykorzystującym przepływ laminarny, w których przyklejona cienka warstwa tytanu z małymi otworami pomaga ustabilizować przepływ powietrza i dodatkowo minimalizuje opór aerodynamiczny.

Transport i mobilność
Technologie przemysłowe

Przepływ laminarny jest swego rodzaju świętym Graalem w dziedzinie konstrukcji skrzydeł, ponieważ zmniejsza opór powietrza i pomaga inżynierom zmniejszyć negatywne oddziaływanie lotnictwa na środowisko. W warunkach przepływu laminarnego powietrze stykające się ze skrzydłem zachowuje się jak struktura wielowarstwowa – każda z przylegających do siebie warstw przesuwa się względem innych podobnie jak karty do gry. Utrzymanie przepływu laminarnego na całej powierzchni skrzydła lub ogona jest trudne, a każda najdrobniejsza wada produkcyjna, ostra krawędź czy nawet uderzenie ptaka w poszycie samolotu wystarczy, aby zaburzyć płynny przepływ i zwiększyć opór powietrza. Powietrze zaczyna gwałtownie wirować, tworząc plątaninę maleńkich zawirowań, które ostatecznie zwiększają opór powietrza i pogarszają osiągi.

Nowe, kompozytowe konstrukcje skrzydeł poprawiają efektywność lotu

„Przyszłość zrównoważonego transportu lotniczego wymaga zwrócenia się ku nowym i bardziej wydajnym samolotom, które będą spalały mniej paliwa. Ulepszenia konstrukcji skrzydeł mogą poprawić sprawność aerodynamiczną i zmniejszyć zanieczyszczenie. Hybrydowa technologia sterowania przepływem laminarnym, która zmienia ciśnienie powietrza na krawędzi natarcia skrzydła, może w znacznym stopniu poprawić wydajność aerodynamiczną i zredukować opór powietrza na skrzydle”, mówi Wouter van den Brink, koordynator finansowanego przez UE projektu TICOAJO. Hybrydowa technologia sterowania przepływem laminarnym to technika, w której część turbulentnego przepływu powietrza wokół samolotu jest zasysana przez mikroperforacje w jego poszyciu. Te maleńkie otwory w sposób ciągły usuwają warstwę graniczną, w której powstają turbulencje, i tworzą bardziej stabilny przepływ aerodynamiczny. W ramach projektu TICOAJO poczyniono znaczne postępy w zakresie hybrydowej technologii sterowania przepływem laminarnym, badając połączenie między cienką blachą tytanową, posiadającą na całej powierzchni niezliczoną ilość mikroskopijnych otworów, a częścią kompozytowego skrzydła samolotu. „Perforowane powierzchnie tytanowe to cienkie metalowe płyty, które pokrywają krawędź natarcia skrzydła i mają drobne otwory (o średnicy około 0,1 mm), dzięki czemu zmieniają przepływ powietrza nad skrzydłem", wyjaśnia van den Brink.

Mocne połączenie między niepodobnymi do siebie materiałami

W ramach projektu zbadano, jak różne formuły kleju zachowują wytrzymałość podczas łączenia materiału kompozytowego i tytanu, aby zapobiec rozdzieleniu się tych dwóch materiałów podczas lotu. „Co się stanie, gdy ptak uderzy w skrzydło, i jak będzie wyglądać struktura skrzydła po 20 latach latania?”, pyta van den Brink. Naukowcy starali się odpowiedzieć na te pytania , przeprowadzając analizy statyczne, dynamiczne i zmęczeniowe na nowo opracowanym panelu demonstracyjnym skrzydeł z przepływem laminarnym. Zespół przetestował odpowiednie receptury i techniki klejenia, a także zastosował w swoim prototypie zaawansowane techniki obróbki wstępnej. Jedną z nich jest oczyszczanie strumieniowo-ścierne, proces obróbki powierzchni pozwalający na modyfikację jej właściwości, w którym cząsteczki ścierne są wyrzucane przez dyszę przy użyciu sprężonego powietrza. Inna to proces czyszczenia ozonem w obecności promieniowania ultrafioletowego, który bardzo skutecznie usuwa różne zanieczyszczenia z powierzchni. Wiele szczegółów projektu utrzymywanych jest tajemnicy, ale według koordynatora projektu nowe kombinacje rozwiązań w zakresie klejenia i obróbki wstępnej przewyższają te aktualnie dostępne na rynku.

Słowa kluczowe

TICOAJO, skrzydła samolotu, kompozyt, opór, klej, małe otwory, hybrydowe sterowanie przepływem laminarnym, obróbka powierzchni, piaskowanie, mikroperforacje, przepływ powietrza

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania