Rozwój technologii skrzydeł laminarnych dla bardziej zrównoważonych samolotów
Światowy przemysł lotniczy jest odpowiedzialny za prawie 2,5 % wszystkich emisji CO2 spowodowanych przez człowieka i 12 % łącznej emisji CO2 pochodzącej ze wszystkich rodzajów transportu. W związku z tym rośnie wywierana na ten sektor presja, by zmniejszyć jego ślad węglowy. Oprócz stosowania paliw alternatywnych, takich jak zrównoważone paliwo lotnicze, zwiększenie wydajności samolotów jest postrzegane jako jedno z najbardziej obiecujących podejść do zmniejszenia emisji. W rzeczywistości, według ustaleń Organizacji Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego, ulepszenia w zakresie technologii aerodynamicznych, napędowych i materiałów lekkich mają bezpośredni związek z redukcją emisji z samolotów. Jednym z przykładów jest technologia skrzydła laminarnego – konstrukcja skrzydła, która zmniejsza tarcie i opór poprzez umożliwienie płynnego przepływu powietrza nad skrzydłami samolotu. „Technologia przepływów laminarnych jest postrzegana jako największe źródło redukcji oporu aerodynamicznego, mogące przyczynić się do znacznego ograniczenia spalania paliwa i emisji CO2”, mówi Jochen Wild, starszy badacz z Instytutu Aerodynamiki i Technologii Przepływów w Niemieckim Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki (DLR). Przy wsparciu finansowanego przez Unię Europejską projektu UHURA DLR poprowadziło działania przemysłowe mające na celu dopracowanie klap Kruegera. „Te urządzenia zwiększające siłę nośną, które można zamontować na krawędzi czołowej skrzydła samolotu, mają potencjał, aby być kluczowym czynnikiem umożliwiającym rozwój technologii skrzydeł laminarnych”, wyjaśnia Wild.
Niezwykle przydatny zestaw danych
Na początek badacze zajęli się kwalifikacją metod symulacyjnych do przewidywania przepływu nieustalonego w odchylających się systemach hipernośnych. „Faza ta była szczególnie ważna, ponieważ klapy Kruegera mają tendencję do częściowego osłaniania skrzydła przed przepływem powietrza, co oznacza, że nie można wykluczyć znacznej przejściowej utraty siły nośnej”, mówi Wild. Jako że brakowało dostępnych danych pozwalających udowodnić słuszność symulacji, badacze musieli stworzyć bazę danych z testów w tunelu aerodynamicznym, a następnie porównać je z wynikami symulacji. Wynikiem tych działań jest unikalne w skali światowej źródło danych o przepływach nieustalonych w systemie małych prędkości. „Ten zestaw danych okaże się niezwykle przydatny, nie tylko w przyszłych pracach badawczych nad zachowaniem aerodynamicznym klap Kruegera, ale także do walidacji metod symulacyjnych”, stwierdza Wild.
Ocena krytycznych cech przepływu nieustalonego
Korzystając z tych informacji, badacze poświęcili się odkrywaniu i ocenie krytycznych cech przepływu nieustalonego. „Chcieliśmy zrozumieć trudności występujące w przypadku różnych aspektów projektowania skrzydeł, takie jak wpływ zamachu skrzydła i prędkości odchylania. Wszystkie te elementy mogą przyspieszyć wdrożenie”, zauważa Wild. Jednym z ważnych odkryć było to, że zamach skrzydła i trójwymiarowość przepływu nie wzmacniają spadku siły nośnej. „To odkrycie podkreśla, że dane eksperymentalne i symulacyjne dają pełny obraz wpływu, jaki ruch klapy Kruegera wywiera na samolot i działań, które należy podjąć, aby zapewnić bezpieczeństwo samolotu”, dodaje Wild.
Prace nad wprowadzeniem skrzydła laminarnego
Po udowodnieniu wykonalności obecnego projektu klapy Kruegera jako środka umożliwiającego zastosowanie technologii skrzydła laminarnego, badacze opracowali wytyczne dotyczące wdrożenia tej technologii do konstrukcji samolotu, w tym zalecenia dotyczące architektury systemu. „Zespół projektu UHURA z powodzeniem wyprodukował technologię Kruegera i pomógł usunąć pewne przeszkody w jej wprowadzeniu”, podsumowuje Wild. „Jestem pewien, że dzięki temu pomogliśmy utorować drogę do wprowadzenia laminarnego skrzydła w przyszłych samolotach transportowych”.
Słowa kluczowe
UHURA, dane, samolot, klapy Kruegera, technologia skrzydeł laminarnych, technologia przepływów laminarnych, emisje CO2, transport, zrównoważone paliwo lotnicze, konstrukcja samolotu, skrzydło samolotu
