„Analiza właściwości nośnego wirnika śmigłowca z uwzględnieniem efektów aeroelastycznych” – obrona pracy doktorskiej

W dniu 15 stycznia 2018 roku (poniedziałek) odbędzie się publiczna obrona rozprawy doktorskiej mgr. inż. Adama Sieradzkiego na temat: „Analiza właściwości nośnego wirnika śmigłowca z uwzględnieniem efektów aeroelastycznych”.

Obrona odbędzie się o godz. 11:00 w Instytucie Lotnictwa, Warszawa, Al. Krakowska 110/114 w sali konferencyjne nr 4 w budynku Centrum Innowacyjnych Technologii Lotniczych i Kosmicznych X2.

Praca podejmuje tematykę analizy nośnego wirnika śmigłowca z uwzględnieniem efektów aeroelastycznych i poświęcona jest opracowaniu oraz walidacji nowych metod obliczeniowych.

Proces projektowania nowoczesnych łopat wirnika śmigłowca wymaga uwzględnienia złożonych zjawisk aeroelastycznych. Zaawansowane sprzężone modele obliczeniowe mechaniki płynów i dynamiki ruchu łopat pozwalają na przeprowadzenie tego typu analizy z bardzo dużą dokładnością. Koszt obliczeniowy takich symulacji jest jednak zwykle bardzo wysoki i z tego powodu modele te nie mogą być z powodzeniem stosowane w procesie projektowania interaktywnego lub optymalizacji. Złożone modele interakcji przepływowo-strukturalnych (Fluid Structure Interaction) są doskonałymi narzędziami do celów weryfikacji, natomiast proces projektowania wymaga prostszych metod o niższym koszcie obliczeniowym, ale nadal stosunkowo dużej dokładności i możliwościach.

Głównym celem przeprowadzonych prac było opracowanie nowej, efektywnej metody wyznaczania obciążeń wirnika śmigłowca, odkształceń łopat i osiągów. Wykorzystuje ona znany komercyjny solver równań Naviera-Stokesa – ANSYS Fluent oraz zmodyfikowany model wirtualnej łopaty (Virtual  Blade  Model, oparty na teorii elementu łopaty) do obliczeń aerodynamiki wirnika. Dedykowany  solver  odkształceń  łopat,  stworzony  w  oparciu  o  model  belkowy  i  metodę  różnic
skończonych został zintegrowany ze środowiskiem ANSYS Fluent za pomocą funkcji użytkownika (User Defined Functions). Połączenie dwóch modeli niższego rzędu (reduced order models) zapewniło duże możliwości w stosunku do czasu symulacji.

 
IS-2 (fot. CLI (praca własna)/GFDL/Wikimedia Commons); UH-60A Black Hawk (fot.SSGT Suzanne M.Jenkins, USAF/Domena publiczna/Wikimedia Commons)

Opracowany moduł obliczeniowy zwalidowano na podstawie badań eksperymentalnych modelowego wirnika śmigłowca IS-2 i wirnika śmigłowca UH-60A, dla warunków zawisu oraz lotu poziomego. Przeprowadzono również weryfikację metody w oparciu o analizę wirnika teoretycznego Ormistona, stworzonego specjalnie do testowania pakietów obliczeniowych. Porównania ujawniły dobrą zgodność otrzymanych wyników z danymi eksperymentalnymi i wskazały dalsze możliwe kierunki rozwoju uproszczonego modułu. W ramach prowadzonych badań opracowano także drugi moduł obliczeniowy oparty na dokładnym odwzorowaniu pola przepływu wokół łopat. Pozwolił on na pełniejszą weryfikację metody uproszczonej, identyfikację jej ograniczeń, a także dokładne oszacowanie wpływu odkształcalności łopat na osiągi wirnika.

Zaproponowana  koncepcja  uproszczonego modelowania wirnika śmigłowcowego łączy w sobie większość zalet związanych z wykorzystaniem trójwymiarowego solvera równań Naviera-Stokesa, krótki czas obliczeniowy oraz dobrą dokładność. Możliwe powinno być zatem jej wykorzystanie w trakcie procesu projektowania i optymalizacji nośnego wirnika śmigłowca.

Więcej informacji na stronie www.ilot.edu.pl