Ograniczanie oporu podczas skrętu pionowzlotu

Skoncentrowana wokół sześciu obszarów techniki inicjatywa "Czyste niebo" ma doprowadzić do opracowania demonstratorów lotu oraz naziemnych. Jednym z takich zintegrowanych demonstratorów technologii (ZDT) jest zielony wiropłat przeznaczony specjalnie dla śmigłowców i pionowzlotów. Oczekuje się, że w przyszłości liczba wiropłatów znacząco wzrośnie, dostosowując się do rosnących wymagań przemysłu transportowego.

Poprzez przechylenie gondoli wirnika prostopadle lub równolegle do kierunku lotu pionowzlot umożliwia wznoszenie i lądowanie jak w śmigłowcu oraz lot jak w samolocie.

Celem projektu DREAM-TILT (Assessment of tiltrotor fuselage drag reduction by wind tunnel tests and CFD), finansowanego ze środków UE, było przeprowadzenie testów i symulacji do oceny właściwości aerodynamicznych elementów kadłuba.

We wszystkich trybach pracy pionowzlotu najważniejszymi źródłami oporu są kadłub przedni, owiewki skrzydeł/kadłuba, elementy obudowy podwozia oraz usterzenie ogonowe. Konsorcjum Budowy Zielonego Wiropłatu 2 (GRC2) określiło już odpowiednie kształty tych elementów, umożliwiające zmniejszenie oporu stawianego przez samolot i poprawę jego sprawności aerodynamicznej.

W tym celu wykorzystano techniki obliczeniowej dynamiki przepływu (CFD) oraz innowacyjne metody projektowania oparte na ewolucyjnych algorytmach wielokryteriowych. W testach w tunelu aerodynamicznym oceniono komponenty kadłuba najnowszego pionowzlotu cywilnego zbudowanego w Europie w oparciu o koncepcję architektoniczną ERICA. Dokładniej mówiąc, partnerzy projektu ustalili stopień ograniczenia oporu w odniesieniu do konfiguracji bazowej.

W testach w tunelu aerodynamicznym oceniono wszystkie komponenty, aby otrzymać dokładny rozkład oporu i określić wkład poszczególnych elementów do ogólnej wydajności aerodynamicznej kadłuba. Oprócz globalnych pomiarów siły przeprowadzono też dodatkowe wizualizacje przepływu, aby uzyskać pełniejsze informacje na temat mechanizmów przepływu w nowych konfiguracjach mających ograniczać opór.

Do celów miejscowej walidacji narzędzi CFD przyjętych w procesie optymalizacji wykorzystano trzy komponenty pola prędkości przepływu. Następnie naukowcy wykorzystali wcześniej przetestowane i zwalidowane modele numeryczne do serii obliczeń wydajności aerodynamicznej zoptymalizowanego kadłuba ERICA w pełnej skali. Wyniki porównano z danymi otrzymanymi podczas testów w tunelu aerodynamicznym do oceny wpływu optymalizacji kształtu, z uwzględnieniem roli wirnika.

Optymalizacja aerodynamiczna elementów pionowzlotów już przełożyła się na ograniczenie oporu o -4,5% w warunkach pełnoskalowych. W projekcie DREAM-TILT zademonstrowano skuteczność podejścia CFD do optymalizacji elementów pionowzlotów, co otwiera drogę do zaprojektowania pionowzlotów przyjaznych dla środowiska. Zmniejszenie oporu stawianego przez kadłub przysłuży się również poprawie wydajności i zmniejszeniu zużycia paliwa.