ILX-32, 2014

Doświadczalny bezzałogowy statek powietrzny. Polska.
Doświadczalny bezzałogowy statek powietrzny ILX-32 przed oblotem. (Źródło: via Cezary Galiński).

ILX-32 to eksperymentalny samolot bezzałogowy w układzie zespolonych skrzydeł opracowany pod kierunkiem dr hab. inż. Cezarego Galińskiego przez konsorcjum składające się z Instytutu Lotnictwa, Politechniki Warszawskiej, Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych oraz firmy MSP Marcin Szender, w ramach projektu MOSUPS. Projekt był finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach umowy PBS1/A6/14/2012. Celem projektu było zbadanie właściwości samolotu w układzie połączonych skrzydeł oraz rozwój oprogramowania do optymalizacji multidyscyplinarnej pozwalającego na projektowanie takich samolotów.

Układ zespolonych skrzydeł został zastosowany praktycznie już w 1906 r. przez Alberto Santosa Dumonta, a pierwszą teorię na jego temat opublikował w 1924 r. Ludwig Prandtl. Teoretycznie układ ten powinien pozwalać na redukcję oporu indukowanego i masy samolotu. W efekcie uzyskano by znacznie lepsze osiągi, zwłaszcza przy małych prędkościach lotu tj. maksymalną prędkość wznoszenia, pułap, długotrwałość lotu. Efekty te powinny być osiągane dzięki połączeniu przedniego i tylnego skrzydła na końcówkach, albo bezpośrednio, albo za pośrednictwem płyt brzegowych. Niestety taka konstrukcja jest znacznie trudniejsza do zaprojektowania i wykonania niż samolot konwencjonalny. Wynika to z bardzo silnego sprzężenia aerodynamicznego pomiędzy skrzydłami oraz statycznej niewyznaczalności struktury. W efekcie nie jest możliwe efektywne zaprojektowanie takiego samolotu bez oprogramowania wykonującego równoczesne obliczenia aerodynamiczne i wytrzymałościowe. Ponadto konieczne jest zastosowanie bardzo rygorystycznych tolerancji wykonawczych, w celu uniknięcia losowych naprężeń montażowych w konstrukcji. Z tych względów przez kilkadziesiąt lat bardzo rzadko podejmowano próby stosowania tej idei. Systematyczne prace nad jej wykorzystaniem trwają od połowy lat siedemdziesiątych, czyli od momentu pojawienia się metod wspomagania komputerowego. Jak dotąd udało się jednak zbudować tylko dwa załogowe ultralekkie samoloty w tym układzie Dewald "Sunny" i Ligetti "Stratos". Nie opublikowano jednak ich charakterystyk ani zastosowanych metod projektowych. Ponadto konstruktor drugiego z nich poniósł śmierć w trakcie prezentacji swojego samolotu.

Zdecydowana większość projektów samolotów w układzie zespolonych skrzydeł koncentruje się na konfiguracji z górnym płatem zainstalowanym w tylnej części kadłuba lub na stateczniku pionowym i dolnym zainstalowanym w przedniej części samolotu. Projekt Instytutu Lotnictwa, podobnie jak to ma miejsce w przypadku samolotu Dewald "Sunny" dotyczył konfiguracji odwrotnej, czyli takiej w której płat górny zainstalowany jest z przodu kadłuba a dolny z tyłu. Celem takiego podejścia jest uzyskanie stateczności samolotu bez usterzenia poziomego, z równoczesnym zmniejszeniem interferencji aerodynamicznej pomiędzy płatami w locie na dużych kątach natarcia, tj. przy małej prędkości lotu, czyli w tym zakresie, w którym zyski z redukcji oporu indukowanego powinny okazać się największe.

ILX-32 był projektowany i optymalizowany z zastosowaniem zaawansowanych metod analizy aerodynamicznej. Nie było jednak możliwości przeprowadzenia optymalizacji multidyscyplinarnej, realizującej równocześnie obliczenia wytrzymałościowe i aerodynamiczne, gdyż nadające się do tego celu oprogramowanie jest dopiero rozwijane i testowane. Stosowne oprogramowanie opracowano również w projekcie MOSUPS, ale jego testowanie zbiegło się z zakończeniem projektu. Będzie ono wykorzystywane w przyszłości. ILX-32 powstał więc nie jako prototyp przeznaczony do wdrożenia, lecz jako demonstrator pozwalający zapoznać się z właściwościami lotnymi układu połączonych skrzydeł. Wnioski z jego badań również będą wykorzystywane w przyszłości.

ILX-32 został oblatany 28.08.2014 r. przez mgr inż. Jarosława Hajduka na lotnisku niedaleko Ostrowii Mazowieckiej. W 2015 r. wykonano serię lotów próbnych mających na celu zapoznanie konstruktorów z właściwościami układu. W pierwszych lotach samolot był napędzany silnikiem elektrycznym Turnigy Rotomax 1.60, tym samym, który był stosowany w trakcie badań w tunelu aerodynamicznym. Skrócono dzięki temu do minimum czas pomiędzy badaniami w tunelu, a oblotem. W trakcie lotów próbnych okazało się jednak, że napęd elektryczny jest dość uciążliwy w eksploatacji, w związku z tym silnik zmieniono na spalinowy DLE-40 o podobnej mocy. Ponadto zbadano dokładnie stateczność dynamiczną samolotu stwierdzając, że w oryginalnej postaci samolot jest stateczny, ale tłumienie oscylacji holendrowania jest stosunkowo powolne, co nie jest komfortowe dla pilota i może utrudnić integrację z autopilotem. W związku z tym przetestowano kilka możliwości modyfikacji usterzenia pionowego, mających na celu przyspieszenie tłumienia.

Projekt MOSUPS zakończył się w maju 2016 r. Stwierdzono, że ILX-32 lata poprawnie, choć w oryginalnej postaci nie jest łatwy w pilotażu, a jego osiągi są porównywalne z najlepszymi na świecie konstrukcjami konwencjonalnymi, ale nie znacząco lepsze. Sformułowano też wnioski dotyczące modyfikacji samolotu niezbędnych dla dalszego rozwoju i uzyskania bardziej satysfakcjonujących rezultatów.

Prezentacja wyników projektu wywołała spore zainteresowanie na świecie, czego wynikiem było zaproszenie zespołu Instytutu Lotnictwa wraz z samolotem ILX-32 do udziału w badaniach systemu zarządzania przestrzenią powietrzną, realizowanych przez Nevada Institute of Autonomous Systems (NIAS) na zlecenie NASA na poligonie w Reno w Stanach Zjednoczonych. W ramach przygotowań wprowadzono do konstrukcji ILX-32 niezbędne modyfikacje, wynikające z wniosków sformułowanych na koniec projektu MOSUPS oraz późniejszych analiz. Ponadto dokonano kilku zmian wynikających ze specyfiki poligonu w Reno, który jest położony na wysokości 1500 m nad poziomem morza. Wymagało to między innymi zwiększenia mocy zespołu napędowego. W związku z tym w ILX-32 zamontowano silnik DLE-60. Ponadto zbudowano kolejne dwa egzemplarze, biorąc pod uwagę możliwość uszkodzenia w trakcie badań w trudnych warunkach atmosferycznych (wiele lotów próbnych trzeba było przeprowadzić zimą) oraz rozszerzenie zakresu badań. Badania zrealizowano w latach 2018- 2019. W ich trakcie ILX-32 wykonywał z powodzeniem loty autonomiczne poza zasięgiem wzroku operatorów. Trasy lotów były ustalane na porannych odprawach, a następnie modyfikowane w trakcie lotu. Po zakończeniu sesji samolot wrócił do Polski i był przygotowywany do kolejnych badań.

Konstrukcja:
Bezzałogowy samolot w układzie zespolonych skrzydeł, o konstrukcji kompozytowej.
Kadłub i wszystkie elementy nośne wykonano jako skorupowe, przekładkowe, z dźwigarami i podłużnicami rozmytymi. Skrzydła nie dzielone (lewe- prawe), łączone płytami brzegowymi (przednie- tylne). W efekcie uzyskano konstrukcję wystarczająco wytrzymałą dla badań w tunelu aerodynamicznym (w warunkach przekraczających dopuszczalne w locie) i wystarczająco lekką dla uzyskania długotrwałości lotu wystarczającej do lotów badawczych. Nadmiar wytrzymałości pozwoliłby przy tym na zwiększenie masy akumulatorów lub paliwa i zwiększenie długotrwałości lotu dla celów użytkowych. Lotki przy końcówkach przedniego płata, klapy przy kadłubie przedniego płata, ster wysokości na całej rozpiętości tylnego płata.
Podwozie trójkołowe z kołem przednim, stałe.

Napęd- samolot badano z napędem elektrycznym- silnik Turnigy Rotomax 1.60 o mocy 2,96 kW jak i spalinowym- silnik DLE-40 o mocy 3,53 kW lub DLE-60 o mocy 5,15 kW.

Dane techniczne ILX-32 (wg [1]):
Rozpiętość- 3,112 m, długość z silnikiem elektrycznym- 2,112 m, długość z silnikiem spalinowym- 2,2m, wysokość- 0,94 m.
Masa własna- 21 kg, masa startowa- 24,5 kg.
Prędkość max- 130 km/h, prędkość minimalna- 60 km/h, wznoszenie- 5,2 m/s, zasięg- 30 km, długotrwałość lotu- 20 minut.

Uwaga: zasięg i długotrwałość lotu mogą być zwiększone do 1400 km i 19 h, po rejestracji przez Urząd Lotnictwa Cywilnego i dopuszczeniu do lotów z masą startową 35 kg.

Galeria

  • Bezzałogowy statek powietrzny ILX-32 w locie. (Źródło: Adam Dziubiński via Cezary Galiński).
  • ILX-32 w trakcie przygotowań do badań w Stanach Zjednoczonych. (Źródło: via Cezary Galiński).
  • ILX-32, rysunek w rzutach. (Źródło: via Cezary Galiński).

Źródło:

[1] Galiński Cezary "ILX-32. Charakterystyka i historia".
blog comments powered by Disqus