Kompozytowo-tytanowa hybrydowa konstrukcja skrzydła samolotu z małymi otworami zmniejsza opór powietrza dzięki przepływowi laminarnemu
Przepływ laminarny jest swego rodzaju świętym Graalem w dziedzinie konstrukcji skrzydeł, ponieważ zmniejsza opór powietrza i pomaga inżynierom zmniejszyć negatywne oddziaływanie lotnictwa na środowisko. W warunkach przepływu laminarnego powietrze stykające się ze skrzydłem zachowuje się jak struktura wielowarstwowa – każda z przylegających do siebie warstw przesuwa się względem innych podobnie jak karty do gry. Utrzymanie przepływu laminarnego na całej powierzchni skrzydła lub ogona jest trudne, a każda najdrobniejsza wada produkcyjna, ostra krawędź czy nawet uderzenie ptaka w poszycie samolotu wystarczy, aby zaburzyć płynny przepływ i zwiększyć opór powietrza. Powietrze zaczyna gwałtownie wirować, tworząc plątaninę maleńkich zawirowań, które ostatecznie zwiększają opór powietrza i pogarszają osiągi.
Nowe, kompozytowe konstrukcje skrzydeł poprawiają efektywność lotu
„Przyszłość zrównoważonego transportu lotniczego wymaga zwrócenia się ku nowym i bardziej wydajnym samolotom, które będą spalały mniej paliwa. Ulepszenia konstrukcji skrzydeł mogą poprawić sprawność aerodynamiczną i zmniejszyć zanieczyszczenie. Hybrydowa technologia sterowania przepływem laminarnym, która zmienia ciśnienie powietrza na krawędzi natarcia skrzydła, może w znacznym stopniu poprawić wydajność aerodynamiczną i zredukować opór powietrza na skrzydle”, mówi Wouter van den Brink, koordynator finansowanego przez UE projektu TICOAJO. Hybrydowa technologia sterowania przepływem laminarnym to technika, w której część turbulentnego przepływu powietrza wokół samolotu jest zasysana przez mikroperforacje w jego poszyciu. Te maleńkie otwory w sposób ciągły usuwają warstwę graniczną, w której powstają turbulencje, i tworzą bardziej stabilny przepływ aerodynamiczny. W ramach projektu TICOAJO poczyniono znaczne postępy w zakresie hybrydowej technologii sterowania przepływem laminarnym, badając połączenie między cienką blachą tytanową, posiadającą na całej powierzchni niezliczoną ilość mikroskopijnych otworów, a częścią kompozytowego skrzydła samolotu. „Perforowane powierzchnie tytanowe to cienkie metalowe płyty, które pokrywają krawędź natarcia skrzydła i mają drobne otwory (o średnicy około 0,1 mm), dzięki czemu zmieniają przepływ powietrza nad skrzydłem", wyjaśnia van den Brink.
Mocne połączenie między niepodobnymi do siebie materiałami
W ramach projektu zbadano, jak różne formuły kleju zachowują wytrzymałość podczas łączenia materiału kompozytowego i tytanu, aby zapobiec rozdzieleniu się tych dwóch materiałów podczas lotu. „Co się stanie, gdy ptak uderzy w skrzydło, i jak będzie wyglądać struktura skrzydła po 20 latach latania?”, pyta van den Brink. Naukowcy starali się odpowiedzieć na te pytania , przeprowadzając analizy statyczne, dynamiczne i zmęczeniowe na nowo opracowanym panelu demonstracyjnym skrzydeł z przepływem laminarnym. Zespół przetestował odpowiednie receptury i techniki klejenia, a także zastosował w swoim prototypie zaawansowane techniki obróbki wstępnej. Jedną z nich jest oczyszczanie strumieniowo-ścierne, proces obróbki powierzchni pozwalający na modyfikację jej właściwości, w którym cząsteczki ścierne są wyrzucane przez dyszę przy użyciu sprężonego powietrza. Inna to proces czyszczenia ozonem w obecności promieniowania ultrafioletowego, który bardzo skutecznie usuwa różne zanieczyszczenia z powierzchni. Wiele szczegółów projektu utrzymywanych jest tajemnicy, ale według koordynatora projektu nowe kombinacje rozwiązań w zakresie klejenia i obróbki wstępnej przewyższają te aktualnie dostępne na rynku.
Słowa kluczowe
TICOAJO, skrzydła samolotu, kompozyt, opór, klej, małe otwory, hybrydowe sterowanie przepływem laminarnym, obróbka powierzchni, piaskowanie, mikroperforacje, przepływ powietrza
