Próby w locie demonstratora technologii.
Przed podjęciem prób w locie wymagane było opracowanie dokumentów formalnych, jak Tymczasowa Instrukcja Obsługi Technicznej oraz Tymczasowa Instrukcja Użytkowania w Locie dla sprzętu latającego, który – z punktu widzenia nadzoru – jest już jednoznacznie zdefiniowany poprzez oznaczenie fabryczne producenta oraz znaki rejestracyjne, nadane przez Urząd Lotnictwa Cywilnego. W instrukcjach zawarte są zestawienia czynności objętych przeglądem dziennym oraz przedlotowym. Opracowano również terminarz czynności kontrolno-obsługowych na czas eksploatacji nadzorowanej, zawierający przewidywane maksymalne okresy, po których należy wstrzymać eksploatację i przeprowadzić oględziny. Szczególnym elementem instrukcji jest suplement, dotyczący realizacji procedur startów skróconych. Na tym etapie prób nad wiatrakowcem ten rodzaj startów formalnie wykracza poza przepisy budowy wiatrakowców, ze względu na zmianę skoku ogólnego łopat wirnika.
Z powodów zarówno formalnych, jak i bezpieczeństwa, w pierwszym etapie realizowany był – opracowany specjalnie dla konstrukcji – program prób w locie na wiatrakowcu skonfigurowanym jak dla klasy B tj. z łopatami o standardowym profilu i głowicą o stałym skoku, ale z nietypowym układem kadłuba, którego zachowanie było przedmiotem pierwszych prób. Po uzyskaniu pozytywnej opinii, co do podstawowych własności demonstratora technologii, sprawdzano wybrane elementy z programu prób dowodowych, niezbędne do oblotu wiatrakowca w konfiguracji badawczej, umożliwiające rozpoczęcie prób startów skróconych. Testowano m.in. zachowanie wiatrakowca z większymi prędkościami, podstawowe manewry oraz pracę zespołu napędowego. Nie stwierdzono zachowań nietypowych, niebezpiecznych lub wymagających szczegółowej analizy i wykonania dodatkowych prób lub modyfikacji.
Po rekonfiguracji na wariant badawczy przeprowadzono próby wg programu jak w wersji bazowej, ale z różnymi wariantami prerotacji aż do średniej. Modyfikacje nie wpłynęły znacząco na własności wiatrakowca. W kolejnych fazach realizowane były próby rozbiegów wiatrakowca z prerotacją wysoką, startów wiatrakowca z prerotacją na rozbiegu oraz startów bezrozbiegowych. W każdym z wariantów uzyskano taką kombinację prerotacji i rozbiegu, że start skrócony był wykonalny. Jako najlepszą typuje się technikę z wysoką prerotacją i wstępnym rozbiegiem, gdzie wszystkie czynności odbywają się automatycznie, zgodnie z założeniami Projektu i nie jest wymagana żadna inna technika sterowania oprócz typowej. W ten sposób zademonstrowano osiągnięcie, w warunkach rzeczywistych, głównego celu Projektu tj. możliwości wykonania startów skróconych przez opracowaną konstrukcję z dwułopatowym wirnikiem i z automatyczną realizacją zmian sterowania w krytycznej fazie zamiany energii kinetycznej wirnika na energię potencjalną startu.
Aktualnie wiatrakowiec w wersji bazowej jest w trakcie eksploatacji nadzorowanej i rozpoczęto formalny program lotów próbnych na potwierdzenie zdatności lotnej w kategorii K6E, który będzie kontynuowany w kolejnym sezonie lotnym i wymaga wykonania co najmniej 100 godz. lotu bez zaistnienia zdarzeń lotniczych związanych z wadami projektu, wadami wykonania wyrobu lub niewłaściwymi zapisami instrukcji. Docelowo eksploatacja nadzorowana posłuży zniesieniu ograniczeń i podjęcia certyfikacji w komercyjnej kategorii K4.
Na obecnym etapie ilość dokumentacji fotograficznej, w szczególności całego wiatrakowca, jest celowo ograniczona ze względu na zamiar zastrzeżenia wzoru użytkowego na konfigurację wiatrakowca i wynikające z niej cechy użytkowe. Zgłoszenie jest planowane po rozpoczęciu okresu trwałości Projektu, a po nim będzie rozpoczęta rozszerzona kampania informacyjna na temat rezultatów Projektu, w tym promocja nowej konstrukcji.
Próby demonstratora technologii.
Efektem końcowym prac wytwórczych była kompletacja finalna demonstratora technologii, który przestaje być traktowany jedynie jako obiekt badawczy, a zaczyna stanowić konstrukcję lotniczą, podlegającą ustalonym regulacjom. Stąd ostatni etap Projektu to prace polegające na testowaniu docelowych prototypów w warunkach narzuconych przepisami budowy sprzętu latającego. Mają one inny charakter od prac typowo badawczych, ponieważ są sformalizowane wymaganiami obowiązującego prawa lotniczego.
Jedną z pierwszych prób dowodowych, charakterystyczną tylko dla wiatrakowców jest tzw. hang-test. Polega on na wykazaniu, że przy każdym przewidzianym załadowaniu wiatrakowca, od minimalnej do maksymalnej masy użytecznej, zmiana położenia kątowego kadłuba, swobodnie, przegubowo podczepionego pod wirnikiem, nie powoduje wyjścia głowicy z zakresu możliwego do wysterowania wiatrakowca do lotu poziomego oraz z opadaniem i wznoszeniem.
Następnie przeprowadzono próbę statyczną kompletnego wiatrakowca na przeciążenia eksploatacyjne +3g, poprzez podwieszenie wiatrakowca za przegub wahań wirnika i sprawdzenie wytrzymałości struktury wiatrakowca przy maksymalnym obciążeniu statycznym, tj. dla 100% pełnego obciążenia dopuszczalnego. W próbie uzyskano wynik pozyty tj. wykazano, że wszystkie odkształcenia konstrukcji pod wpływem obciążeń dopuszczalnych pozostają w zakresie sprężystym pracy struktury kompozytowej. Struktura została obciążona łącznie do masy 1675 kg, a obciążenie było symulowane przez 12 mas zastępczych, którymi były worki ze żwirem, układane na strukturze lub do niej podwieszane w przekrojach, gdzie były środki ciężkości mas zastępczych.
Przed próbą dokonano niwelacji kadłuba w płaszczyźnie jego symetrii za pomocą przymiarów liniowych i laserowej poziomicy. Ponownej niwelacji dokonano po przeciążeniu wiatrakowca, a następnie po zdjęciu obciążenia. Badanie wykazało sztywność konstrukcji i odkształcenia tylko w zakresie sprężystym.
Kolejnym z wymogów przepisów była próba wytrzymałości pasów bezpieczeństwa oraz węzłów ich mocowania w strukturze kompozytowej na przeciążenia, jakie mogą wystąpić w trakcie rozbicia wiatrakowca. Wartości tych przeciążeń oraz dodatkowe współczynniki bezpieczeństwa definiują przepisy budowy wiatrakowców, na wszystkich możliwych kierunkach działania, jakie mogą się potencjalnie wydarzyć. Elementem zastępującym pasażera/pilota i symulującym jego pozycję był wzmocniony włóknem szklanym manekin (tors) przygotowany tak, aby wytrzymał zadane obciążenia i przeniósł je poprzez pasy na konstrukcję wiatrakowca w sposób zbliżony do rzeczywistego rozkładu kierunków pasów. Przeprowadzone badania wykazały wystarczającą wytrzymałość pasów bezpieczeństwa oraz ich okuć w zakresie dopuszczalnych przeciążeń.
Zespołem konstrukcyjnym każdorazowo podlegającym próbom dowodowym na kompletnym wiatrakowcu jest układ sterowania, który we wszystkich kanałach musi przenieść obciążenia od tzw. maksymalnego wysiłku pilota, określone w przepisach budowy wiatrakowców. Jednocześnie należy wykazać, że sztywność układów pod działaniem maksymalnych sił jest wystarczająca i nie powoduje kolizji ze strukturą, zakleszczania, wzrostu oporów ruchu i trwałych odkształceń elementów układu i struktury wspierającej. Wszystkie kanały przeszły pozytywnie próby statyczne. Dodatkowo prowadzone były badania wytrzymałości zderzaków ograniczających wychylenia organów sterowania pod działaniem odpowiednio zwiększonych obciążeń (160%).
Niezależnie od naziemnych prób dowodowych demonstratora na platformach badawczych (wiatrakowcach certyfikowanych) przeprowadzono próby w locie łopat o geometrii dostosowanej do autorotacji oraz osłony głowicy mechanizmu zmiany skoku łopat wirnika w trakcie startu skróconego. Miało to na celu sprawdzenie czy elementy znacząco innowacyjne na tle stosowanych w dotychczasowych wiatrakowcach nie wpływają negatywnie na jakiekolwiek charakterystyki w locie. Próby w locie potwierdziły prawidłowe własności lotne wiatrakowca z modyfikacjami i mogły być one bezpiecznie zabudowane na demonstratorze technologii.
Budowa demonstratora technologii.
W ramach prac technologicznych prowadzono wieloetapowy etap prac nad budową demonstratorów technologii, w tym wersji makietowej do prób ergonomii oraz aranżacji struktury kompozytowej kadłuba, do prób statycznych oraz docelowej do prób w locie.
W ramach prac wykonano badania materiałowe kilkunastu zestawów próbek kompozytów węglowo-epoksydowych wg norm ASTM D3039 i D3410, które pozwoliły wybrać optymalny materiał do budowy demonstratora oraz dostarczyć dane niezbędne do analiz wytrzymałościowych MES, poszczególnych elementów kompozytowych. W tym etapie prac dużą część czasu zajęło opracowanie modeli bryłowych do poszczególnych podzespołów wiatrakowca, którymi są: kadłub – podzielony niekonwencjonalnie na część górną i dolną, a nie jak w typowych konstrukcjach lewą i prawą, część wewnętrzna kabiny, golenie podwozia (lewa + prawa), statecznik (lewy + prawy), ster, oparcie siedziska, maszt i jego osłona, drzwi (lewe + prawe), pokrywy bagażnika (lewa + prawa), pokrywy silnika (lewa + prawa), pokrywa dolna, kierownica powietrza do chłodnicy, kołpak śmigła, osłona tylna kadłuba oraz 3 wręgi ogonowe. Na podstawie modeli wykonywano oprzyrządowanie wykonawcze, zawierające wszystkie niezbędne elementy pomocnicze i ustawcze do wylaminowania kompozytowych podzespołów wiatrakowca. Te podzespoły były kolejno wykonywane i poddawane próbom stanowiskowym jak maszt, goleń podwozia, usterzenie. Ostatecznie wykonano pełny komplet elementów w ich ostatecznych formach oraz zintegrowano je w demonstrator technologii.
Powstały też nowe łopaty, dedykowane do pracy w autorotacji o zwiększonej inercji, umożliwiającej wykonywanie startów skróconych. Opracowano wariant docelowy do demonstratora technologii oraz wersję skróconą do prób w locie na istniejących już wiatrakowcach. Łopaty wykazały prawidłowe własności lotne oraz możliwość poprawy osiągów wiatrakowca.
W ramach prac wykonawczych zrealizowano główne podzespoły układu przeniesienia napędu na śmigło i wirnik, wykonano mechanizmy systemu sterowania zmianą skoku ogólnego wirnika. Jednym z etapów wykonawczych było opracowanie przyrządu, a następnie wykonanie w nim kratownicy – do mocowania zespołu napędowego oraz jako dolny element wytrzymałościowy, spinający kadłub kompozytowy, w wariancie z węzłami do zabudowy silnika Honda i Rotax. Przed wykonaniem kratownicy wykonane zostały analizy wytrzymałości ustroju prętowego w różnych wariantach średnic prętów oraz grubości ścianek. Kratownica została poddana próbom wytrzymałościowym razem z kadłubem. Wewnątrz kadłuba wiatrakowca przeprowadzono układy sterowania oraz instalację elektryczną do silnika i awioniki. Wyposażono wiatrakowiec w przyrządy pilotażowe i kontroli zespołu napędowego, zabudowano instalację zasilania przyrządów ciśnieniowych oraz układy chłodzenia i smarowania silnika. Wszystkie elementy i układy montowane w kadłubie poddawane były próbom inżynierskim, a następnie ocenie działania oraz licznym modyfikacjom.
Ponieważ proces tworzenia konstrukcji lotniczej jest odpowiednio sformalizowany, nawiązano współpracę z nadzorem lotniczym (słowacki SLF i polski ULC) oraz wytworzono pierwsze składniki procesu dowodowego jak dokumentacja technologiczna wykonania elementów, zapis przebiegu wykonawstwa, próbki świadki syciwa oraz Dziennik budowy – dokument formalny, którego celem jest skatalogowanie prac produkcyjnych przy budowie wiatrakowca jak metody wytwarzania i warunki techniczne, modyfikacje i uzupełnienia po próbach konstruktorskich, dowodowych oraz eksploatacyjnych, a także formalną ocenę zdatności do wykonywania lotów, co z kolei ma prowadzić do uzyskania poświadczenia zdatności do lotu.
Badanie tunelowe.
Jednym z najważniejszych etapów tworzenia konstrukcji lotniczej są badania jej skalowanego modelu w tunelu aerodynamicznym. Pozwalają one, już na wczesnym etapie, określić najważniejsze charakterystyki aerodynamiczne oraz zweryfikować wykonane wcześniej analizy obliczeniowe CFD opływu aerodynamicznego wiatrakowca. Badania tunelowe na potrzeby Projektu zostały zrealizowane przez Politechnikę Lubelską, we współpracy z Wydziałem Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej. Badania przeprowadzono w tunelu aerodynamicznym o obiegu zamkniętym, z przestrzenią pomiarową otwartą o przekroju kołowym i wymiarach: D=ø1,2m, L=1,5m. Poszczególne elementy modelu kadłuba zostały wykonane w technologii druku 3D metodą FDM (Fused Deposition Modeling). Serie pomiarowe były realizowane w ustalonych uprzednio pozycjach modelu, z wykorzystaniem tzw. siatki punktów w przestrzeni kątów natarcia i ślizgu, w przedziałach odpowiednio α∈〈−30;25〉 co 4 stopnie oraz β∈〈−25;25〉 co 5 stopni. Analizowano wpływ poszczególnych elementów kadłuba na wypadkowe charakterystyki aerodynamiczne wiatrakowca przez porównanie zestawu różnych konfiguracji: z usterzeniem, z osłoną głowicy i masztem, bez podwozia/ bez usterzenia, bez osłony głowicy i z masztem/ bez usterzenia, z osłoną głowicy i z masztem/ bez usterzenia, z osłoną głowicy i z masztem oraz z podwoziem/ bez usterzenia, bez osłony głowicy z masztem i z podwoziem/ z usterzeniem, z osłoną głowicy i masztem oraz z podwoziem. Dla każdego przypadku badania pozwoliły określić współczynniki siły oporu, współczynniki siły nośnej oraz współczynnik momentu odchylającego. Dzięki uzyskanym wynikom będzie można w sposób wiarygodny określić osiągi przyszłej konstrukcji oraz jej stateczność. Uzyskanie pozytywnych wyników badań tunelowych umożliwia zakończenie prac nad geometrią zewnętrzną wiatrakowca i przejście do etapu wykonawstwa. Jest to bardzo istotny punkt w Projekcie.
Konferencja MIWL w Akademickim Ośrodku Szybowcowym w Bezmiechowej Górnej.
W ramach szerokiego rozpowszechniania rezultatów projektu, pracownicy merytoryczni zaangażowani w projekt w dniach 21-25.09. 2017r. wzięli udział Międzyuczelnianych Inżynierskich Warsztatach Lotniczych, które cyklicznie – już od kilkunastu lat – odbywają się w Akademickim Ośrodku Szybowcowym Politechniki Rzeszowskiej w Bezmiechowej Górnej. Celem konferencji, zgodnie z określeniem „warsztaty”, jest bezpośrednie spotkanie i wymiana doświadczeń wśród praktyków lotnictwa, w tym również studentów, w ramach rozgrywanego jednocześnie konkursu wyższych uczelni na najlepszy bezzałogowy statek latający. Efektem tego rodzaju konferencji jest bardzo skuteczna integracja akademickiego środowiska lotniczego z całej Polski. W konferencji swoje prezentacje przedstawiają zarówno przedstawiciele przemysłu lotniczego, pracownicy naukowi wyższych uczelni posiadających wydziały lotnicze, jak i sami studenci, co stanowi unikalną okazję do wymiany doświadczeń. Na poziom wymiany informacji bardzo pozytywnie wpływa także mniej formalny charakter Warsztatów w porównaniu z typowymi konferencjami naukowymi, gdzie dominują głównie zagadnienia teoretyczno-naukowe.
W ramach konferencji przedstawiono jedne z pierwszych opracowań merytorycznych wykonanych w projekcie, które dotyczyło możliwości zmniejszenia oporów, jednego z najmniej aerodynamicznych elementów wiatrakowca, jakim jest głowica wirnika. W pracy przedstawiono koncepcję jej oprofilowania oraz analizę CFD opływu aerodynamicznego. Jak wynika z przeprowadzonych analiz oprofilowanie zmniejsza kilkukrotnie opory głowicy i powinno być elementem każdego nowoczesnego wiatrakowca.
Promocja Projektu na imprezach lotniczych w sezonie 2017.
W związku z tym, że tematyka projektu dotyczy bezpośrednio lotnictwa podjęto akcję informacyjno-promocyjną poprzez zastosowanie oryginalnego sposobu dotarcia do osób najbardziej zainteresowanych jego rezultatami tj. praktyków lotnictwa, pilotów, instruktorów, właścicieli prywatnego sprzętu latającego, mechaników lotniczych, działaczy społecznych i sportowych oraz entuzjastów latania. Na potrzeby tej akcji promocyjnej „mistrzowski” wiatrakowiec Ośrodka Szkolenia Lotniczego „Kompol” został oklejony logo projektu z symbolami graficznymi Unii Europejskiej i Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój. Ponadto na bokach kadłuba umieszczono naklejki z informacjami na temat projektu. Właścicielem wiatrakowca jest Alojzy Dernbach, najczęściej uhonorowywany tytułami mistrzostw Polski, Europy i świata pilot mikrolotowy w naszym kraju. Na bazie własnych, unikalnych doświadczeń z dużym powodzeniem uczestniczy on w zawodach lotniczych w kraju i za granicą. W celu rozpowszechniania rezultatów projektu został on przeszkolony z zakresu jego tematyki, aby mógł odpowiadać na pytania zainteresowanych przedstawicieli branży lotniczej.
Na lądowisku Powodowo w dniach 13-16.07.2017 odbyły się XXIX Mikrolotowe Mistrzostwa Polski – Mikroloty Klasyczne. Rywalizacja przebiegała w następujących klasach: WL-1 – motolotnie jednoosobowe, WL-2 – motolotnie dwuosobowe oraz GL-2 – wiatrakowce dwuosobowe, AL-1 – samoloty jednoosobowe. Zawodnicy konkurowali ze sobą w dwóch konkurencjach nawigacyjnych, jednej ekonomicznej oraz czterech konkurencjach lądowań precyzyjnych. W klasie GL-2 tytuł mistrzowski uzyskali Alojzy Dernbach i Laskowska Klaudia na wiatrakowcu oznaczonym symbolami projektu. Zawody były swoistym treningiem zawodników przed zbliżającymi się Mistrzostwami Europy na Węgrzech.
W dniach 9-19 sierpnia w węgierskim mieście Nagykanizsa odbyły się 14 Mikrolotowe Mistrzostwa Europy. W pięciu kategoriach lotniczych wystartowało 46 załóg z 10 państw. W klasie dwuosobowych ultralekkich wiatrakowców Polskę reprezentowały trzy załogi, które ostatecznie zdeklasowały konkurencję z innych państw. Wszystkie trzy polskie załogi stanęły na najwyższych stopniach podium, zdobywając tym samym drużynowo mistrzostwo Europy. Indywidualnie, pierwsze miejsce i tytuł mistrzowski zdobyła załoga Alojzy Dernbach – pilot i Klaudia Laskowska – nawigator, latający na wiatrakowcu z symbolami graficznymi projektu.
Obu imprezom towarzyszyło duże zainteresowanie mediów branżowych, dzięki czemu mistrzowski wiatrakowiec z logo „ADUSTER” można zobaczyć prawie przy każdej relacji z tych imprez. Akcja informacyjno-promocyjna projektu będzie kontynuowana w tej formie również w kolejnych latach jego realizacji. Więcej zdjęć można obejrzeć w zakładce GALERIA.
