Jak wydłużyć czas bezawaryjnej pracy samolotu? Czy helikopter może pracować ciszej? Jak wyeliminować drgania, które upodabniają podróże powietrzne do jazdy po wybojach? Czy samolot może być efektywniejszy, a jednocześnie zużywać mniej paliwa? Odpowiedzią na wyzwania współczesnego przemysłu lotniczego mogą być badania praw rządzących przepływem powietrza przez elementy konstrukcyjne samolotu. <strong>Reguły opisującej przepływ gazu przez ścianę modelu - np. skrzydła samolotu, łopatki turbiny - oraz opisującej wpływ takiego przepływu na to, co dzieje się wokół modelu, poszukuje Jan Artur Szumski, laureat III edycji programu stypendialnego "InnoDoktorant".</strong>
PERFORACJA CZYLI OTWORY - JAKIE PRAWA RZĄDZĄ PRZEPŁYWAMI?
"Wentylacja odbywa się poprzez perforację. Perforacja to otwory nawiercone lub wydrążone inną techniką w ścianie modelu. Średnica tych otworów, ich wzajemne rozmieszczenie, gęstość "upakowania" na powierzchni oraz nachylenie do powierzchni modelu, pod którym zostały wykonane, ma bardzo istotny wpływ na charakter oddziaływania przepływu przez ściankę z przepływem opływającym model" - tłumaczy PAP Szumski.
W analizowanej przez niego dziedzinie powstały prawa bazujące na zależnościach geometrycznych, takich jak średnica otworu lub stosunek długości otworu do jego średnicy. Jednak, jak ocenia naukowiec, rzeczywiste wartości geometryczne otworów perforacji są bardzo trudne do ustalenia - szczególnie dla dużej liczby małych otworów (rzędu 0.1mm) drążonych np. laserowo.
Podejście prezentowane w pracy Innodoktoranta eliminuje do minimum parametry geometryczne i bazuje na różnicy ciśnień po obu stronach badanej płytki perforowanej oraz natężenia przepływu przez nią. Jest to więc podejście bardziej przepływowe niż "mechaniczne". Badacza szczególnie interesują przypadki, w których płytki opływane są przez strumień powietrza o prędkościach ponaddźwiękowych.
BEZPIECZNIEJ, TANIEJ, EFEKTYWNIEJ - KORZYŚCI Z WDROŻENIA WYNIKÓW
"Turbiny wytwarzające energię elektryczną zaczynają pracować w coraz bardziej niekorzystnych z punktu widzenia materiałowego warunkach. Chodzi przede wszystkim o temperatury. Zastosowanie perforacji może istotnie wspomóc proces chłodzenia łopatek w trakcie eksploatacji, co wydłuży czas bezawaryjnej pracy całej maszyny" - mówi młody badacz, tłumacząc praktyczne znaczenie swoich naukowych poszukiwań.
Dodaje, że wielkim problemem w lotnictwie jest hałas. Stosowanie perforacji pozwala "rozbić" silną prostopadłą falę uderzeniową na serię mniejszych skośnych fal. Przez to skok ciśnienia jest rozproszony w czasie i przestrzeni. W efekcie wirnik helikoptera może generować dużo mniejszy hałas.
Kolejny problem, jaki przywołuje naukowiec, to tzw. oderwania, które pojawiają się pewnych warunkach pracy na skrzydłach. Są to miejsca, gdzie przepływ przestaje "przylegać". Obszary takie mają tę niewdzięczną cechę, że "lubią" drgać i pulsować. Takie zachowanie przy pewnych niekorzystnych warunkach może doprowadzić do bardzo dużych obciążeń konstrukcji samolotu.
"Podróżowanie w warunkach przypominających jazdę po wyboistej drodze nie jest przyjemne. Umieszczenie perforacji przed obszarem oderwania stabilizuje i zmniejsza obszar oderwania" - wyjaśnia doktorant.
Rozmówca tłumaczy, że perforacja pozwala na tzw. laminaryzację skrzydła. W jego ocenie, umiejętne odsysanie lub wydmuch przez ściankę skrzydła pozwala na uzyskanie lepszych własności aerodynamicznych, czyli poprawę udźwigu skrzydła, skrócenie drogi startowej przy określonej masie samolotu, czy też zmniejszenie kosztów eksploatacji poprzez redukcję zapotrzebowania na paliwo.
"Są to tylko nieliczne z możliwych zastosowań perforacji do kontroli przepływu. Za każdym z nich kryją się korzyści finansowe, eksploatacyjne bądź bezpieczeństwa" - laureat konkursu InnoDoktorant nie wątpi, że takie badania warto finansować.
Jan Szumski jest zainteresowany współpracą z podmiotami gospodarczymi, by wdrożyć wyniki prac zespołu do praktyki. Uważa, że nawet najbardziej wartościowy model posiada niewielką wartość, jeśli nie znajdzie zastosowania w rzeczywistych aplikacjach. Równocześnie przypomina, że Instytut Maszyn Przepływowych PAN jako członek konsorcjum Dolina Lotnicza AeroNET współpracuje z wieloma podmiotami naukowo-badawczymi.
Zdaniem badacza, wdrażaniem jego prac powinien być zainteresowany głównie sektor energetyczny oraz lotnictwo - firmy tworzące konstrukcje lotnicze, konsorcja lotnicze, producenci kodów obliczeniowych wykorzystujących metody Numerycznej Mechaniki Płynów i biura konstrukcyjne.
Stypendium uzyskane w programie wsparcia dla innowacyjnych doktorantów z regionu pomorskiego pozwoliło mu na usystematyzowanie pracy nad doktoratem i wyeliminowało konieczność rozpraszania się w celu pozyskiwania środków finansowych. Dodatkowe finansowanie uprawdopodobni wyjazd na konferencje międzynarodowe, gdzie Innodoktorant będzie miał szansę zaprezentowania pracy szerszemu gronu naukowemu.
PAP - Nauka w Polsce, Karolina Olszewska
agt/bsz
Fundacja PAP zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: naukawpolsce.pl, a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - naukawpolsce.pl. Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów wideo.
