Zespół z Politechniki Warszawskiej pracuje nad układem automatycznego sterowania lotem śmigłowca

Projekt powstający na Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa wychodzi naprzeciw oczekiwaniom i potrzebom lotnictwa oraz może istotnie przyczynić się do jego rozwoju.

Większa prędkość w locie postępowym i większy zasięg – to sprawia, że śmigłowce w układzie zespolonym uznaje się za przyszłość branży. Są to jednak konfiguracje bardziej złożone od śmigłowców w układzie klasycznym, np. poprzez dodanie dodatkowego śmigła pchającego. Przez to maszyny te mają rozbudowane układy sterowania. Ze względu na dodatkowe zmienne sterujące, kluczowa staje się tu automatyzacja sterowania. I to właśnie nad nią pracują studenci i pracownicy Politechniki Warszawskiej.

Inżynierska sztafeta

– Opracowujemy system automatycznego sterowania lotem umożliwiający realizację zadanych misji – wyjaśnia dr inż. Sebastian Topczewski. – W stosunku do konfiguracji klasycznej śmigłowca (wirnik główny oraz śmigło ogonowe) w układzie uwzględniamy dodatkowe śmigło pchające, znajdujące się na końcu belki ogonowej. Założeniem takiej konfiguracji jest uzyskanie przez śmigłowiec wyższej prędkości w locie postępowym. Nasz zespół stara się wypracować efektywne rozwiązania z zakresu automatycznego sterowania, pozwalające na uzyskiwanie wysokich prędkości przelotowych przy zachowaniu bezpieczeństwa lotu.

W swoich badaniach zespół z PW wykorzystuje w pełni funkcjonalny śmigłowiec oraz jego zwalidowany model numeryczny, opracowany w środowisku FLIGHTLAB. Śmigłowiec ten powstał w ramach innego projektu prowadzonego na Wydziale MEiL. Dr inż. Przemysław Bibik wraz z grupą studentów zajmował się wówczas opracowaniem rekonfigurowalnego, zespolonego śmigłowca bezzałogowego. Dzisiaj z efektów tamtej pracy korzysta nowa grupa.

– Jest to grant przeznaczony dla studentów i to właśnie oni realizują większość przewidzianych do wykonania prac – mówi dr inż. Sebastian Topczewski. – Studenci pogłębiają swoją wiedzę z zakresu modelowania ruchu śmigłowców oraz metod automatycznego sterowania. Oprócz zagadnień technicznych poznają i wdrażają dobre praktyki zwinnego zarządzania projektem. Warto podkreślić, że prace wykonywane są w ramach cyklu grantów sponsorowanych przez firmę Boeing, przy nieocenionym wsparciu menedżera tej firmy – Szymona Trąbały.

Jak połączyć prędkość i bezpieczeństwo?

Inż. Sara Waśniewska oraz inż. Tomasz Cioć (studenci lotnictwa i kosmonautyki na specjalności automatyka i systemy lotnicze) wraz z dr. inż. Sebastianem Topczewskim realizują swoje badania w Zakładzie Automatyki i Osprzętu Lotniczego Wydziału MEiL.

Nie tylko opracowują układ automatycznego sterowania, ale też go testują. Sprawdzają, jak różne tryby sterowania wpływają na zachowanie śmigłowca. W ten sposób chcą zweryfikować, czy udaje się uzyskać pożądaną prędkość w locie postępowym, zachowując przy tym bezpieczeństwo lotu.

– Nasz układ integruje dwie metody sterowania w celu zapewnienia pożądanych odpowiedzi śmigłowca – tłumaczy dr inż. Sebastian Topczewski. – Obecnie testy skupiają się na rozpędzaniu śmigłowca do zadanej prędkości lotu, przy jednoczesnym utrzymaniu zadanych wartości innych zmiennych stanu śmigłowca, takich jak np. wysokość lotu. Testujemy wpływ sterowania, wykorzystując zmienne sterujące klasycznej konfiguracji oraz zmienne sterujące śmigła pchającego na uzyskiwaną prędkość i inne parametry.

Ambitne plany

We wrześniu zespół z PW weźmie udział w jednej z największych konferencji wiropłatowych na świecie – European Rotorcraft Forum i będzie tam prezentował wyniki swoich badań. To jednak nie koniec projektu. Trwa on do marca 2023 roku. W tym czasie nasi konstruktorzy będą dopracowywać swój układ sterowania i planują złożenie publikacji do czasopisma IEEE Access.

Wyniki i analizy zespołu z PW potencjalnie będą mogły zostać wykorzystane podczas procesu projektowania analogicznych układów sterowania, w tym dla większych i cięższych śmigłowców.

– Śmigłowce w układzie zespolonym są rozwijane przez czołowe firmy lotnicze na świecie, cały czas jest tu miejsce na usprawnienia konstrukcji, układów sterowania i automatyzacji procesów – podsumowuje dr inż. Sebastian Topczewski.