Nowy, bardziej ekologiczny projekt skrzydła
Spełnienie ambitnych celów przemysłu lotniczego w zakresie osiągów i wydajności samolotów wymaga nowych projektów zmniejszających opór i zwiększających wydajność. Obiecujący pod tym względem jest projekt skrzydła o naturalnym przepływie laminarnym, pomimo występującego w przypadku takiej konstrukcji wcześniejszego i gwałtowniejszego wzrostu oporu przydźwiękowego przy prędkościach wielu Machów. Technika odbojników SCB może znacznie ograniczyć opór w warunkach przydźwiękowych, ale najlepszy sposób projektowania mocnych odbojników o szerokim zakresie stosowania sięgającym do pojawiania się bufetowania jest nieznany. Finansowany przez UE projekt NEXTWING ("Numerical and experimental shock control on laminar wing") podejmuje ten problem. W ramach współpracy dwóch partnerów za cel przyjęto stworzenie wytycznych projektowych dla odbojników SCB w różnych warunkach działania. W tym celu zastosowano metodę wspólnych obliczeń i eksperymentów. Projekt był realizowany przez trzy lata do lutego 2014 r. Członkowie zespołu przebadali możliwości ograniczania oporu przez odbojniki SCB oraz działanie odbojników w warunkach bufetowania i na tej podstawie sporządzili wytyczne w zakresie projektowania odbojników. Badanie objęło fizykę podstawowego przepływu powietrza wpływającą na oba scenariusze. Przy użyciu generycznego skrzydła o naturalnym przepływie laminarnym pokazano możliwość projektowania odbojników zapewniających większą wydajność aerodynamiczną skrzydeł skośnych. Poprawę na poziomie 18% uzyskano w warunkach szybkiego lotu dla badanego przekroju skrzydła bez wpływu na wydajność lotu. Wynik pozwolił przedłużyć obwiednie osiągów danego projektu skrzydła, mającą zastosowanie do skrzydeł skośnych oraz skrzydeł o skończonym wydłużeniu stanowiących część pełnej konfiguracji samolotu. Dalsze wyniki wykazały, że w warunkach bufetowania niektóre projekty odbojników SCB opóźniają występowanie bufetowania. Jednak ogólnie, gdy przepływ staje się słabszy, wprowadzenie odbojników powoduje nasilenie tego zjawiska. W projekcie zidentyfikowano również mechanizmy generowania współprądowych wirów przez odbojniki SCB. W połączeniu z dalszymi, bardziej szczegółowymi wynikami badań pozwala to projektować odbojniki również generujące wiry współprądowe bez uszkodzeń warstwy brzegowej. Takie wiry mogą zapewniać dodatkowe korzyści dla sterowania, porównywalne z turbulizatorami. Wyniki projektu NEXTWING doprowadziły do zwiększenia znajomości aerodynamiki skrzydeł, co oznacza większy potencjał poprawy wydajności i osiągów samolotów. W ten sposób przekładają się one na wzmocnienie zrównoważenia lotnictwa.
Słowa kluczowe
Projekt skrzydła, naturalny przepływ laminarny, samolot, odbojniki SCB, redukcja oporu, lotnictwo, osiągi samolotu, niestabilność przepływu, kontrola warstwy brzegowej, kontrola wstrząsów, warunki bufetowania, fizyka przepływu, wydajność aerodynamiczna