Narzędzia do diagnostyki przepływów służące do rozwoju ekologicznego transportu powietrznego
W swojej wizji na rok 2020 Komitet Doradczy ds. Badań Aeronautycznych w Europie (ACARE) wyznaczył ambitne cele redukcji emisji i poziomu zauważalnego hałasu. Cele te dyktują potrzebę znaczących udoskonaleń w zakresie aerodynamiki i projektowania systemu napędowego samolotu. Wymagają one z kolei zaawansowanych narzędzi do weryfikacji zjawisk przepływu związanych ze złożonymi procesami, takimi jak spalanie i aeroakustyka. Naukowcy zainicjowali finansowany ze środków UE projekt "Advanced flow diagnostics for aeronautical research" (AFDAR) w celu opracowania i oceny narzędzi do diagnostyki przepływów, służących do rozwoju przemysłu lotniczego. Projekt AFDAR w dużym stopniu przyczynił się do rozwoju opartych na obrazie, nieinwazyjnych technik pomiarowych, służących do rozwoju przyszłych samolotów i charakteryzacji tunelu aerodynamicznego. W szczególności zespół projektowy skupił się na anemometrii obrazowej (PIV) wykorzystywanej do pomiaru pola prądu wokół skrzydeł samolotu i uzyskania głębszego zrozumienia wyzwań stojących przed aerodynamiką. Owocem tych prac było uzyskanie trójwymiarowych pomiarów objętościowych nad skrzydłami i płatami nośnymi, oprócz uzyskania precyzyjnych pomiarów i aerodynamicznych analiz w znacznie krótszym czasie za pomocą systemów pomiaru w kilohercach. Zespół pracował również nad zbadaniem fizyki turbulencji w aerodynamice w radykalnie wyższej rozdzielczości (rzędy wielkości) z wykorzystaniem długodystansowej mikroanemometrii obrazowej. Oprócz udoskonalenia projektu samolotu i systemów napędowych, nowe technologie pomogły określić emisje hałasu i zoptymalizować procesy spalania w celu uzyskania niższych emisji dwutlenku węgla. Naukowcy przeprowadzili analizy przepływów odchylonego płata nośnego w wysokiej rozdzielczości obrazujące ich warstwowe rozdzielenie i przekształcenie, jak również kaskad turbin okołodźwiękowych i komór spalania o ultraniskiej emisji tlenku azotu. Udało się również poczynić postępy w zakresie diagnostyki przepływów dla aerodynamiki i aeroakustyki skrzydeł przy pomocy urządzeń hipernośnych. Eksperymenty przeprowadzone z wykorzystaniem przepływów hipernośnych wokół trójelementowej konfiguracji płata nośnego powinny służyć jako punkt odniesienia dla poprawy symulacji obliczeniowej dynamiki płynów wykorzystującej systemy hipernośne. Metody eksperymentalne zaprezentowane w ramach projektu AFDAR stanowiły połączenie analizy przepływów oraz tworzenia map termicznych i związków chemicznych w celu zrozumienia i optymalizacji procesu spalania. Połączenie zaawansowanych technik PIV dla skrzydła i aeroakustycznych analiz maszyny przepływowej umożliwiły użyteczne bazy danych eksperymentalnych. Powinny one pomóc projektantom w poprawie wydajności i ograniczeniu aerodynamicznych źródeł hałasu. Prace zrealizowane w ramach projektu powinny pomóc w wytyczeniu drogi dla przyszłej technologii transportu lotniczego, zapewniając wiele korzyści, takich jak szybsze, bezpieczniejsze, bardziej ekologiczne i prawdopodobnie tańsze samoloty.
Słowa kluczowe
Narzędzia do diagnostyki przepływów, transport powietrzny, napęd, lotniczy, anemometria obrazowa
