ENGINEERINGNET -- Actieve systemen in de rotorbladen van helikopters zijn in staat de aerodynamische eigenschappen aan te passen aan lokale stromingscondities. Deze systemen leiden tot een lager brandstofgebruik, toename van de maximale snelheid en minder geluid en trillingen.
De Nederlandse UT-promovendus Alexandre Paternoster reikt een methode aan om deze innovatieve systemen te implementeren. De intelligente helikopter is hierdoor weer een stapje dichterbij.
Het werk van de Fransman Paternoster maakt deel uit van het Europese project Clean Sky, dat bedoeld is om de efficiëntie van vliegvervoer te vergroten.
Onderzoekers uit dat project richten zich momenteel vooral op actieve flapsystemen in de rotorbladen van helikopters. Onder meer de enorme krachten als gevolg van bladrotatie en eisen op het gebied van duurzaamheid en betrouwbaarheid maken integratie van deze systemen erg lastig.
Paternoster onderzocht door middel van software en simulaties in een windtunnel het selectieproces voor deze actuatoren en het optimale ontwerp van deze systemen, zodat de integratie soepeler verloopt.
Paternoster kwam tot de conclusie dat op piëzo-elektrisch materiaal gebaseerde mechanismen aan deze eisen voldoen. Hij noemt de zogenaamde d33-patch-actuatoren van Physik Instrumente de beste keuze voor gebruik in een rotorblad.
Van alle actieve-bladsystemen die momenteel in ontwikkeling zijn, is de Active Gurney Flap geselecteerd in het kader van het Clean Sky Innovative Technology Development project Green Rotor Craft. Het uitklappen van de Gurney Flap tijdens de teruggaande beweging van het blad verbetert de lift van het blad en de algehele prestatie ervan.
Deze techniek bevindt zich al in een vergevorderd ontwikkelingsstadium. Paternoster onderzocht het optimale ontwerp van de Gurney Flap en hield daarbij rekening met de verschillende aerodynamische krachten en realistische combinaties van uitklapniveau ’s van het mechanisme, stromingsrichting en vliegsnelheid.
Een optimalisatie van het ontwerp wordt uitgevoerd om de verplaatsing en de actuatiekracht te maximaliseren, gebaseerd op een piëzo-elektrische actuator. Het resultaat is een constructie in de vorm van een “Z”. Dit mechanisme vergroot de door het piëzo-element gegenereerde rek tot een relatief grote verplaatsing.
Het aerodynamische model van Paternoster is gecombineerd met een multi-body simulatie en een simulatie om de prestaties van het mechanisme te beoordelen in de praktijk. Het mechanisme presteert voldoende om de Gurney Flap in- en uit te klappen, terwijl deze onderhevig is aan de krachten die worden opgewekt door de luchtstroom.
Hij sluit zijn onderzoek af met een prototype van dit z-vormige mechanisme. De verplaatsingen binnen het mechanisme worden zo op experimentele wijze gevalideerd. Het prototype vertoont uitstekende prestaties en is eenvoudig in het rotorblad van een helikopter te integreren.
Bovendien demonstreert het de potentie van piëzo-elektrisch materiaal in actuatiemechanismen. Het ontwikkelen van dergelijke innovatieve technologieën biedt oplossingen voor de implementatie van actuatiesystemen in de veeleisende luchtvaartindustrie. De volgende generatie slimme helikopters zal snel het luchtruim kiezen.
(GL)
