Nowy model pozwoli na opracowanie nowatorskiej konstrukcji statecznika poziomego
Profile lotnicze, czyli między innymi skrzydła, stateczniki pionowe, łopaty śmigieł oraz wirników śmigłowców, to powierzchnie, dzięki którym statki powietrzne mogą unosić się w przestworzach. W typowym samolocie kształt profili lotniczych jest zaprojektowany w taki sposób, by umożliwić wykorzystanie siły nośnej powietrza opływającego skrzydła. Samolot wznosi się w górę, jeśli siły nośna i ciągu są silniejsze niż grawitacja i opór powietrza – siła, która utrudnia ruch samolotu w powietrzu. „Skrzydło generuje jedną trzecią całkowitego oporu konstrukcji statku powietrznego”, wyjaśnia Franco Auteri, koordynator projektu MONNALISA z ramienia Politechniki w Mediolanie. „Optymalizacja kształtu skrzydła z myślą o zmniejszaniu oporu powietrza ma zatem kluczowe znaczenie z punktu widzenia osiągów samolotu”. Mniejszy opór powietrza oznacza mniejsze spalanie paliwa i mniej dwutlenku węgla oraz innych zanieczyszczeń emitowanych do atmosfery. Ten sam problem dotyczy także usterzenia tylnego samolotu. Choć jego powierzchnia jest mniejsza, uzyskanie optymalnych osiągów może również przyczynić się do zwiększenia efektywności operacyjnej.
Przewidywanie osiągów aerodynamicznych
Celem finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu MONNALISA było umożliwienie realizacji prac mających na celu zaprojektowanie i realizację zaawansowanych prototypowych elementów statecznika poziomego w odpowiedzi na zapotrzebowanie głównych europejskich producentów samolotów. „Statecznik poziomy ma kluczowe znaczenie dla stabilności samolotu”, wyjaśnia Auteri. „W związku z tym jest to bardzo ważny element konstrukcji”. Realizacja celów projektu MONNALISA wymagała opracowania prostego i użytecznego modelu matematycznego, który miał umożliwić dokładniejsze przewidywanie osiągów aerodynamicznych statecznika poziomego. Zgodnie z założeniem badaczy, model ten miał umożliwić producentom samolotów realizację cykli optymalizacji w celu zaprojektowania elementów ogona charakteryzujących się odpowiednią wytrzymałością przy lepszych osiągach.
Skalibrowany model do projektowania stateczników poziomych
„Realizacja obranego celu wymagała przyjęcia bardzo innowacyjnego podejścia”, dodaje Auteri. „Zaczęliśmy prace od niezawodnego modelu matematycznego, a następnie podjęliśmy próby jego dopracowania na podstawie zbiorów danych z przeprowadzonych doświadczeń oraz numerycznych. Dane te zostały zgromadzone w ramach projektu MONNALISA”. Badacze zastosowali zaawansowane techniki ilościowej oceny niepewności różnych wyników numerycznych. Umożliwiło to zespołowi skalibrowanie modelu w celu jak najdokładniejszego przewidywania osiągów aerodynamicznych konstrukcji. Zespołowi udało się opracować nowy skalibrowany model, który może być wykorzystywany przez producentów samolotów do optymalizacji ogona samolotu. Rozwiązanie to może przyczynić się do opracowania nowych konstrukcji stateczników poziomych w przyszłości. Kolejnym rezultatem projektu, który może okazać się szczególnie cenny dla społeczności naukowej, jest obszerna baza danych zgromadzonych w ramach prac. „Nasza baza danych zostanie udostępniona społeczności akademickiej oraz przedstawicielom przemysłu”, wyjaśnia Auteri. „Uważamy, że opracowana przez nasz zespół baza danych będzie przydatnym punktem odniesienia w przyszłości”.
Innowacyjne konstrukcje ogonów samolotów komercyjnych
Auteri i jego zespół mają nadzieję, że wyniki projektu utorują drogę do opracowania innowacyjnych projektów ogonów dla samolotów komercyjnych. Pokonanie obecnych ograniczeń projektowych może w niedalekiej przyszłości doprowadzić do powstania czystszych i bezpieczniejszych statków powietrznych. Kolejnym krokiem będzie połączenie nowego modelu projektu z działaniami projektowymi producentów samolotów, aby umożliwić opracowywanie i produkcję zaawansowanych ogonów. „Myśl, że samoloty komercyjne przyszłości mogą znacząco różnić się od współczesnych konstrukcji i że mieliśmy wkład w tę zmianę, jest bardzo ekscytująca”, mówi Auteri.
Słowa kluczowe
MONNALISA, samolot, statek powietrzny, aerodynamika, samoloty, śmigłowiec, profil lotniczy
