Publication details
Abstracts and keywords
W pracy przedstawiono wyniki badań prototypowej łopaty wirnika nośnego śmigłowca charakteryzującej się zmiennym kątem skręcenia. Aktywna łopata przeznaczona jest do wirnika nośnego ze sterowanym skręceniem geometrycznym. Zmiana kąta skręcenia geometrycznego uzyskiwana jest w wyniku aktywacji zdalnie sterowanego siłownika zabudowanego wewnątrz kompozytowej łopaty. Siłownik wykonano na bazie materiału z pamięcią kształtu i zastosowano w celu zwiększenia osiągów oraz funkcjonalności wiropłatów o maksymalnej masie startowej wynoszącej 150 kilogramów oraz średnicy wirnika równej 2 metry. Kompletne badania obejmowały przygotowanie dokumentacji projektowej łopaty, przeprowadzenie badań symulacyjnych opracowanego rozwiązania przy zdefiniowanych obciążeniach, następnie badania tunelowe w dwóch różnych tunelach aerodynamicznych, badania statyczne dźwigarów i łopat z siłownikiem oraz badania wirnikowe potwierdzające hipotezę badawczą. W niniejszej rozprawie na wstępie przedstawiono analizę stanu wiedzy w oparciu o dostępną literaturę oraz znane rozwiązania patentowe. Omówiono zastosowane metody badawcze w podziale na analizy numeryczne oraz badania eksperymentalne. Ze względu na konieczność zaprojektowania autorskiego stanowiska badawczego oraz licznych prototypowych elementów, a także oryginalnych planów badań, szczegółowo zaprezentowano aparaturę wykorzystaną do eksperymentów. Osobnym badaniom statycznym poddano same siłowniki, dźwigary wraz z siłownikami oraz aktywne łopaty. Pomiędzy poszczególnymi etapami oraz w ich trakcie przeprowadzono liczne pośrednie pomiary kontrolne, termowizyjne oraz analizę drgań. Taka procedura była niezbędna ze względów bezpieczeństwa przed badaniami wirnikowymi. Wynikała także z czasochłonności procesu produkcyjnego łopaty wirnika nośnego oraz kosztów i ograniczeń w dostępności poszczególnych elementów. Następnie przedstawiono wyniki uzyskane w efekcie przeprowadzonych badań. Wybrane pomiary poddano analizie statystycznej. Na zakończenie rozprawy sformułowano wnioski oraz zdefiniowano kierunki dalszych prac badawczych.
The dissertation presents the research results of a prototype helicopter main rotor blade characterized by a variable twist angle. The active blade is designed for a helicopter main rotor with controlled geometric twist. The change of the geometric twist angle is achieved by the activation of a remotely controlled actuator installed inside the composite blade. Made of a shape memory alloy, the actuator improves the performance and functionality of a rotorcraft with a maximum takeoff weight of 150 kilograms and a rotor diameter of 2 meters. The complete research included the preparation of the blade design documentation, the simulation studies of the developed solution at the defined loads, laboratory tests in two different wind tunnels, a static investigation of the spars and blades with the actuator, and rotor experiments to confirm the research hypothesis. This work initially presents an analysis of the state of the art based on available literature and known patent solutions. The applied research methods are described and classified as numerical analysis and experimental research. The apparatus used for the experiments is presented in detail due to the necessity to design the original test stand and numerous prototype components as well as original test schemes. The actuators themselves, the spars together with the actuators, and the active blades were separately statically tested. Numerous indirect control measurements, thermal imaging and vibration analysis were carried out between and during the individual stages. This procedure was necessary for safety reasons before the rotor research. It was also a result of the time-consuming nature of the main rotor blade manufacturing process as well as the cost and availability limitations of the various components. Next, the final results were presented. The selected measurements were statistically analyzed. The conclusions were formulated and directions for further research work were defined at the end of the dissertation.
