Większa wydajność śmigłowców nowej generacji
Podczas pierwszego lotu testowego lub podczas serii kolejnych testów mogą czasami wystąpić poważne przeszkody, z którymi muszą się zmagać projektanci nowych śmigłowców. W zależności od powagi danego problemu może on wymagać drobnej lub nawet znaczącej zmiany w projekcie, aby opracowywana konstrukcja była bezpieczna, ekonomiczna, szybka i cicha. Tego typu dodatkowe prace mogą skutkować kosztownymi opóźnieniami, zwłaszcza jeśli problem ujawni się dopiero na końcowym etapie całego procesu. W ramach finansowanego przez UE projektu CA3TCH opracowano zaawansowaną technologię symulacji, która pozwala przewidzieć interakcje aerodynamiczne i aeroakustyczne całkowicie nowych konfiguracji wiropłatów, takich jak w przypadku śmigłowca RACER (ang. Rapid and Cost-Effective Rotorcraft) – szybkiego i ekonomicznego wiropłatu opracowanego przez przedsiębiorstwo Airbus Helicopters. „Celem projektu było jak najbardziej realistyczne odtworzenie pełnej konfiguracji w formie komputerowego modelu aeromechaniki i aeroakustyki”, mówi Manuel Kessler, koordynator projektu CA3TCH i kierownik grupy roboczej ds. śmigłowców i aeroakustyki w Instytucie Aerodynamiki i Dynamiki Gazów Uniwersytetu w Stuttgarcie. Jedną z kluczowych zalet śmigłowca RACER jest fakt, że udało się w nim połączyć dużą prędkość z możliwością pionowego startu i lądowania (VTOL), co pozwala na wykorzystanie go na obszarach oddalonych i znaczne zwiększenie szybkości i zasięgu misji poszukiwawczych i ratowniczych. „Konfiguracja obejmuje skrzydła i śmigła wspomagające napęd zamiast konwencjonalnego wirnika ogonowego, w związku z czym przewiduje się, że wiropłat osiągnie prędkość przelotową wynoszącą ponad 400 km/h”, zaznacza Kessler.
Szybszy i bardziej wszechstronny
RACER rozwija większe prędkości niż klasyczne śmigłowce, a w przeciwieństwie do konwencjonalnych samolotów daje możliwość pionowego startu i lądowania. „Umożliwia to wykorzystanie takiego wiropłatu w misjach na większą skalę, w których duża prędkość jest równie ważna, co elastyczność rozwiązania VTOL w przypadkach braku specjalnej infrastruktury, np. podczas akcji ratowniczych na obszarach oddalonych. Nadal istnieją jednak pewne wyzwania na drodze do pełnego sukcesu, takie jak efektywność zużycia energii i minimalizacja poziomu hałasu”, tłumaczy Kessler. Chcąc ostatecznie rozwiązać te kwestie, uczeni dopracowali swoją technologię symulacji o wysokiej dokładności, konieczną na etapie projektowania i tworzenia aerodynamicznej konstrukcji śmigłowca RACER. Założeniem było przejście od wstępnych danych szacunkowych do szczegółowego projektu i analizy w odniesieniu do różnych etapów lotu, aż do momentu pierwszego przelotu wiropłatem. Opracowane podejście wykorzystujące „cyfrowe testy lotnicze” umożliwia dokładne zbadanie osiągów wiropłatu na długo przed wyprodukowaniem sprzętu. „Przeprowadzamy symulacje całego systemu w zakresie aerodynamiki i aeroakustyki”, podkreśla Kessler. „Początkowo skupialiśmy się na stabilności mechanicznej lotu i interferencji aerodynamicznej wirnika i skrzydła”. Jako że od śmigłowa RACER będzie się oczekiwać bardzo szerokiego zakresu zastosowań, w przeprowadzonych analizach uwzględniono różnorodne warunki lotu, w tym lot do tyłu i lot nawigacyjny. Dalsze prace skupiały się na rozwiązaniach oferujących największą wydajność przy dużych prędkościach oraz na analizie akustycznej”.
Większe bezpieczeństwo i niższe koszty
Wysoka dokładność symulacji obliczeniowej dynamiki płynów pełnej konfiguracji ze wszystkimi podzespołami, z uwzględnieniem oddziaływania płyn-struktura na elastycznych łopatach wirnika mechanicznie wyważonych podczas lotu w zawisie, pozwoliła na uzyskanie dokładnych i wiarygodnych danych na temat przewidywanego zachowania śmigłowca RACER. „Pomogło to określić punkty krytyczne na wczesnym etapie projektowania, a tym samym znacznie zmniejszyć ryzyko występujące podczas pierwszego lotu, ostatecznie skutkując skróceniem czasu i oczywiście zmniejszeniem kosztów”, podsumowuje Kessler.
Słowa kluczowe
CA3TCH, śmigłowiec, symulacja, RACER, wiropłat, aeroakustyczny, aerodynamiczny