Aero Team ILK AGH po raz trzeci na najbardziej prestiżowych zawodach lotniczych na świecie

Aero Team ILK AGH w dniach 21-23 kwietnia po raz trzeci będzie rywalizować z zespołami z całego świata na najbardziej prestiżowych zawodach dla młodych inżynierów lotnictwa SAE Aero Design, które w tym roku odbędą się Lakeland na Florydzie. 

– W tym roku regulamin zawodów zmienił się nieznacznie, jeżeli chodzi o cel misji i samolot, który do tego służy, zatem postanowiliśmy oprzeć się na projekcie samolotu z ubiegłego roku, wprowadzając drobne poprawki, np. zmniejszyliśmy osiągi kosztem większej niezawodności, zastosowaliśmy też inny napęd, dzięki czemu chcieliśmy udoskonalić naszą konstrukcję. Podobnie jeżeli chodzi o takie elementy jak moduł na ładunki zrzutu, który jest dosyć spory – zmniejszyliśmy jego objętość, aby zmniejszyć opór samolotu – wylicza Tomasz Frąk z Aero Team ILK AGH.

Celem zawodów, ocenianych przez przedstawicieli amerykańskiej agencji kosmicznej NASA i specjalistów z koncernów lotniczych takich jak Boeing czy Lockheed Martin, jest zbudowanie bezzałogowej platformy latającej, tzw. samolotu udźwigowego. Rywalizacja jak co roku będzie podzielona na trzy klasy: Micro, Regular i Advanced. 

W najtrudniejszej kategorii Advanced, w której wystartują reprezentanci AGH, jedynym ograniczeniem projektowym jest pojemność silnika, wynosząca 7,5 cm3. Rywalizacja polega na tym, że samolot z wysokości ok. 30 m ma zrzucać ładunki do celów, które rozlokowane są na ziemi. Dodatkowo konstrukcja musi mieć jak najmniejszą masę własną, żeby udźwignąć jak największą masę ładunku.

– Podczas zawodów możemy załadować na pokład dowolną ilość ładunków. Każdy z nich, który trafi blisko celu – stanowi mnożnik punktów. Im więcej ładunków bliżej celu, tym więcej punków możemy zdobyć, zatem w tym roku bierzemy 10 ładunków. Cały samolot może ważyć do 25 kg – wg prawa zarówno polskiego, jak i amerykańskiego jest to wartość, poniżej której nie trzeba rejestrować samolotu jako statku powietrznego. Dodatkowym obciążeniem jest stalowa sztaba, która zapewnia nam również odpowiednią liczbę punktów, a biorąc woreczki na pokład możemy multiplikować masę tej sztaby. Na wynik końcowy składają się punkty za uniesioną sztabę plus mnożnik za każdy ładunek – mówi Adrian Stępień.

Samolot zbudowany jest w całości z materiałów kompozytowych, przy użyciu form negatywowych. To taka sama technologia, w jakiej budowane są prawdziwe samoloty kompozytowe, co pozwala na redukcję masy i zwiększenie wytrzymałości całej konstrukcji. Skrzydło jest wykonane przy użyciu tzw. kanapki, czyli warstwa tkaniny, przekładka, i znowu tkanina węglowa. Dzięki temu, że skrzydło jest puste w środku, samolot jest bardzo lekki. Aktualnie jest to technologia, która pozwala na wykonanie najlżejszych elementów przy zachowaniu ciągle odpowiedniej sztywności. O ile aktualnie w bezzałogowcach z uwagi na mniejsze wibracje i większą niezawodność stosuje się silniki elektryczne, to w tej konstrukcji – ze względu na regulamin konkursu – wykorzystywany jest silnik spalinowy. Z kolei cała struktura płatowca jest zaprojektowana i zbudowana przez studentów AGH. W samolocie wykorzystywane są również gotowe podzespoły takie jak silnik, elektronika np. serwomechanizmy, czy moduł autopilota.

– Głównym wyzwaniem, przed jakim stanęliśmy w tym roku, było zwiększenie niezawodności całej konstrukcji. Jeżeli chodzi o zrzut ładunków, jesienią przeprowadziliśmy serię testów polowych i testowaliśmy różne rozwiązania m.in. w zakresie stabilizacji, czy naprowadzania, po to, aby zwiększyć celność zrzutu. Chcemy ograniczyć błąd ludzki, a bardziej bazować na tym, co wyliczy nam komputer pokładowy – dodaje Sylwester Kurneta.

Nad oprogramowaniem wykorzystywanym w samolocie do zrzutu oraz do wyliczania ścieżki pracował z kolei Łukasz Wojakowski, absolwent Wydziału Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej.

– Ważną cechą samolotu w trakcie lotu jest tzw. moment przeciągnięcia. Kiedy samolot osiąga taką prędkość, że powietrze, które opływa skrzydło odrywa się od niego (a nie przykleja się do powierzchni), bardzo ważne jest miejsce, w którym nastąpi to oderwanie strugi. Jeżeli występuje ono na końcówce, nie działa nam cała lotka, tracimy wówczas możliwość korekcji samolotu na przechylenie. Jeżeli powietrze odrywa się przy samym kadłubie, to obserwujemy to na takiej zasadzie, że samolot zaczyna opadać, ale ciągle możemy nim sterować. Dzięki zastosowanej technologii jesteśmy w stanie użyć bardzo skomplikowanego kształtu, mamy pewność, że kiedy zerwie się przy samym kadłubie, ciągle będziemy mogli nim sterować, co jest dużo bezpieczniejsze. Tak samo samolot w zakrętach zachowuje się dużo lepiej, można zakręcać nim dużo ciaśniej. Niewątpliwie ciekawostką jest to, że w tym samolocie nie ma jednego profilu w całym skrzydle, tylko jest siedem różnych profili, które się zmieniają wzdłuż rozpiętości. Ponadto samolot jest dość spory gabarytowo, ponieważ z optymalizacji wyszło nam, że opłaca się dać trochę mniej nośny profil, zwiększyć powierzchnię skrzydła, co de facto będzie generować mniejszy opór niż bardziej nośny, a zarazem generujący większy opór, profil. Warto dodać, że używaliśmy tu autorskich profili projektowanych z myślą o misji wykonywanej w trakcie zawodów – wyjaśnia dalej Tomasz Frąk.

W tym roku przy realizacji projektu pracowało osiem osób: Tomasz Frąk, Adrian Stępień, Sylwester Kurneta, Szymon Byrtek, Paula Wojciechowska, Piotr Kotlinowski, Tomasz Nowiński i Denis Gad, we współpracy z Łukaszem Wojakowskim. Opiekunem zespołu jest prof. dr hab. inż. Tadeusz Uhl, kierownik Katedry Robotyki i Mechatroniki.

Zespół jest wspierany przez liczną grupę sponsorów, które dostarczają konstruktorom potrzebne materiały, w tym m.in. Solid Works, New Era Materials, TeXtreme, Evonik, Vladmir’s Model, CarboLine, Axson i Sika. Dodatkowo młodzi inżynierowie współpracują z Uniwersytetem Technicznym w Dreźnie i należącym do niego Instytutem Kostrukcji Lekkich.

Start w tegorocznych zawodach nie byłby możliwy, gdyby nie finansowe wsparcie finansowe władz uczelni z „Grantu Rektorskiego” oraz Dziekana Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Robotyki.

– Jesteśmy pełni optymizmu, gdyż startujemy kolejny rok z bardzo podobnym samolotem. W zeszłym roku byliśmy jedynym zespołem, który udźwignął tę magiczną wagę 25 kg. Nikt oprócz nas tego nie zrobił – mówi Szymon Byrtek.

Warto dodać, że w grudniu 2016 r. z projektu Aero Team powstał spin-off, który ukierunkowany jest na tworzenie bezzałogowców idących w stronę użytku cywilnego.

SAE Aero Design organizowane są od 30 lat przez Society of Automotive Engineering. W tym roku do rywalizacji zgłosiło się ponad 70 drużyn z całego świata, m.in. ze Stanów Zjednoczonych, Kanady, Meksyku, Indii, Brazylii czy Turcji. Wśród zespołów z Polski zobaczymy również reprezentację Politechniki Warszawskiej i Politechniki Rzeszowskiej. 

Do największych sukcesów zespołu należą nagrody zdobyte podczas SAE Aero Design WEST – w debiucie w 2015 r., czyli trzy srebrne medale (w klasyfikacji ogólnej klasy Advanced, za raport techniczny oraz za najlepszą celność zrzutu ładunku do celu), a także powtórzenie medalowego sukcesu w 2016 r., czyli brązowy medal w klasyfikacji ogólnej klasy Advanced oraz podwójne srebro (za raport techniczny i za najlepszą celność zrzutu ładunku do celu).