Nauka i badania

Instytut Techniki Lotniczej prowadzi szeroką działalność naukowo-badawczą, której problematyka koncentruje się wokół zagadnień związanych z lotnictwem. Należą do niej m.in. projektowanie, ocena wytrzymałości konstrukcji, wyznaczanie trwałości zmęczeniowej konstrukcji z wykorzystaniem komputerowych systemów wspomagania, tunelowe i numeryczne określanie pola opływu i wyznaczanie charakterystyk aerodynamicznych obiektów latających, badania właściwości termofizycznych materiałów stosowanych w lotnictwie, teoretyczne i symulacyjne badania zjawisk wymiany ciepła w strukturach technicznych i biologicznych, analiza obciążeń cieplnych elementów konstrukcji, projektowanie, modelowanie, identyfikacja systemów awionicznych i lotniczych układów mechatronicznych oraz modelowanie i prognozowanie bezpieczeństwa systemów technicznych.

Na potrzeby realizacji prac badawczych w Instytucie zbudowano i wyposażono „Laboratorium Badań Napędów Lotniczych”, w którym prowadzone są prace z zakresu aerodynamiki przepływów w kanałach silników turbinowych, statyki i dynamiki elementów wirnikowych, badania właściwości cieplnych materiałów konstrukcyjnych oraz badania zawieszeń magnetycznych.

      

W zakresie badań przepływu w turbinowych silnikach odrzutowych prowadzone będą prace naukowo-badawcze dotyczące zagadnień aerodynamiki kanałów przepływowych turbin, a także kanałów międzyłopatkowych wieńców dyszowych i wirnikowych, aerodynamiki oraz aerosprężystości pojedynczych łopatek dyszowych i wirnikowych oraz ich palisad z wykorzystaniem charakterystyk otrzymanych z badań wagowych modeli w tunelach aerodynamicznych oraz obliczeń numerycznych.

W zakresie statyki i dynamiki lotniczych zespołów napędowych Laboratorium zajmuje się modelowaniem numerycznym zespołów wirnikowych i ich elementów np. badanie zjawiska flatteru łopatek. Wyznaczane są właściwości dynamiczne konstrukcji na bazie modeli numerycznych, a wyniki porównywane z wynikami badań eksperymentalnych. W zakresie pomiarów cieplnych badane są wielkości gazodynamiczne w układach przepływowych oraz własności cieplne materiałów stosowanych do budowy turbinowych silników lotniczych i energetycznych turbin gazowych. Wyposażenie laboratorium obejmuje przyrządy do pomiaru dyfuzyjności cieplnej, przewodności cieplnej, ciepła właściwego oraz rozszerzalności cieplnej materiałów na potrzeby innych badań prowadzonych w Laboratorium.

W zakresie aktywnych zawieszeń magnetycznych Laboratorium prowadzone są unikalne w skali kraju numeryczne oraz doświadczalne badania nad opracowywaniem pasywnych i aktywnych zawieszeń magnetycznych, ich optymalizacją, sterowaniem, zasilaniem, itp. Laboratorium zajmuje się ponadto dostosowaniem łożysk magnetycznych oraz ich osprzętu dla konkretnych aplikacji w lotniczych silnikach turbinowych.

      

Ponadto Instytut dysponuje wyspecjalizowanymi i unikatowymi stanowiskami badawczymi i oprogramowaniem. Należą do nich między innymi:

• tunel aerodynamiczny małych prędkości o średnicy pomiarowej 1,1 m z możliwością obniżenia temperatury do –10oC;
• dwa tunele aerodynamiczne małych prędkości o średnicy pomiarowej 0,5 m oraz naddźwiękowy tunel aerodynamiczny o polu pomiarowym 300×300 mm;
• wielostanowiskowy (sieciowy) komputerowy system geometrycznego, aerodynamicznego i wytrzymałościowego modelowania konstrukcji lotniczych z wykorzystaniem oprogramowania: CAD/CAM/CAE Unigraphics, CATIA, SOLID EDGE, GAMBIT 1.3, TGRID 3.0, FLUENT 5.5, NASTRAN, FASTRAN CFD;
• stanowiska systemów pomiarowo-sterujących czasu rzeczywistego na bazie kontrolerów dSpace DSI003 i środowiska MatLab/Simulink.

W Instytucie Techniki Lotniczej pracują następujące zespoły badawcze:

• Zespół Autonomicznych Systemów Powietrznych i Sztucznej Inteligencji (AI) kierowany przez dr. hab. inż. Krzysztofa Falkowskiego, prof. WAT;
• Zespół Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji Statków Powietrznych kierowany przez prof. dr. inż. Aleksandra Olejnika;
• Zespół Termodynamiki i Wymiany Ciepła kierowany przez prof. dr. hab. inż. Janusza Terpiłowskiego;
• Zespół Aerodynamiki i Dynamiki Ruchu Obiektów kierowany przez dr. hab. inż. Stanisława Września;
• Zespół Inżynierii Bezpieczeństwa kierowany przez ppłk. dr. inż. Michała Jasztala.

Zespół Autonomicznych Systemów Powietrznych i Sztucznej Inteligencji (AI) realizuje prace badawcze związane z opracowaniem autonomicznych systemów powietrznych. W ramach prowadzonych prac badawczych konstruowane są bezzałogowe statki powietrzne przeznaczone do lotu w formacjach i rojach, opracowywane systemy sterowania i zarządzania lotem bezzałogowych statków powietrznych w formacji i roju, wyznaczane są modele matematyczne i budowane symulatory systemów, opracowywane bliźniaki cyfrowe na potrzeby sterowania formacjami i rojami. Badania zespołu koncentrują się nad wykorzystaniem sztucznej inteligencji w systemach sterowania i zarządzania z wykorzystaniem logiki rozmytej, algorytmów stada, algorytmów genetycznych i sztucznych sieci neuronowych. Zespół zajmuje się opracowaniem systemów nawigacyjnych dla małych statków powietrznych, które wykonują lot bez użycia odbiorników sygnałów satelitarnych GNSS. Jednym z podstawowych zadań realizowanych przez zespół jest opracowanie autonomicznych systemów powietrznych, które posiadają zdolność do podejmowania samodzielnych decyzji bez nadzoru człowieka.

Zespół Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji Statków Powietrznych zajmuje się szeroko rozumianym projektowaniem i prototypowaniem załogowych i bezzałogowych statków powietrznych. Główne nurty badawcze podejmowane w zespole to: modelowanie geometrii statków powietrznych i zespołów napędowych, procesy inżynierii odwrotnej w zastosowaniu do odtwarzania geometrii eksploatowanych statków powietrznych, wyznaczanie ich obciążeń zewnętrznych, modelowanie struktur do analiz MES z zakresu statyki i dynamiki konstrukcji, modelowanie strukturalno-aerodynamicznym aerosprężystych układów nośnych W sferze zainteresowań naukowych zespołu są również takie działania badawczo-inżynierskie jak: stoiskowe badania statyczne konstrukcji płatowcowych (próby wytrzymałościowe i sztywnościowe), naziemne próby rezonansowe, badania tunelowe i symulacyjne układów aerodynamicznych, analizy optymalizacyjne projektowanych konstrukcji oraz modelowanie, diagnostyka i sterowanie zespołów napędowych.

Zespół Termodynamiki i Wymiany Ciepła zajmuje się zagadnieniami związanymi z termodynamiką techniczną, metrologią cieplną, badaniami właściwości termofizycznych materiałów, modelowaniem matematycznym zjawisk wymiany ciepła i masy, inżynierią materiałową w zakresie właściwości termofizycznych materiałów, komputerowym wspomaganiem procesu pomiarów, zagadnieniami odwrotnymi dotyczącymi estymacji parametrów termofizycznych ciał stałych oraz modelowaniem numerycznym złożonych zagadnień wymiany ciepła i masy. Działalność naukowa zespołu obejmuje badania eksperymentalne właściwości termofizycznych (przewodności cieplnej, dyfuzyjności cieplnej, ciepła właściwego oraz rozszerzalności termicznej ciał stałych) w szerokim zakresie temperatury, obliczenia numeryczne i badania eksperymentalne wymiany ciepła i masy w ciałach stałych (radiacyjno-kondukcyjna wymiana ciepła w ośrodkach optycznie aktywnych) oraz w strukturach porowatych i biologicznych, badania właściwości termofizycznych materiałów wybuchowych i paliw rakietowych, badania wymiany ciepła w konstrukcjach lotniczych, w tym badania procesu narastania oblodzenia statków powietrznych oraz badania eksperymentalne zmian temperatury obiektów w ruchu.

Zespół Aerodynamiki i Dynamiki Ruchu Obiektów funkcjonuje w oparciu o wiedzę i doświadczenie pracowników Zakładu Aerodynamiki i Termodynamiki. Do głównych kierunków badań zespołu należy aerodynamika obiektów naziemnych i obiektów latających oraz dynamika ruchu obiektów latających. Zespół zajmuje się doświadczalnymi i numerycznymi badaniami właściwości aerodynamicznych samolotów, pojazdów i innych obiektów, określaniem charakterystyk aerodynamicznych statków powietrznych i ich elementów wykonując jakościowe i ilościowe badania eksperymentalne w zakresie przepływów nieściśliwych i ściśliwych. Specjalizacją zespołu są numeryczne badania przepływowe ściśliwego gazu lepkiego i przewodzącego ciepło dla złożonych obiektów z wykorzystaniem własnego oprogramowania oraz pakietu obliczeniowego ANSYS z zaawansowanymi modelami symulacji obejmującymi między innymi wykorzystanie siatek ruchomych i siatek dynamicznych oraz metod typu multiple reference frame, mixing plane oraz sliding mesh w zastosowaniach do symulacji przepływów w maszynach wirnikowych.

Ostatnia praca zespołu: Program Demonstrator+, pt. Wysokowydajne wentylatory lutniowe nowej generacji dla górnictwa podziemnego i odpylaczy suchych z mechanicznym systemem regeneracji filtrów oraz odpylacz suchy z mechanicznym systemem regeneracji filtrów, wykonywana w konsorcjum z firmą SIGMA SA zakończona w grudniu 2015 roku.

W pracy osiągnięto zakładany cel, którym było podniesienia sprawności produkowanych wentylatorów górniczych (5 typów objętych projektem) do wartości od 67-72% i zwiększenia efektywności wentylacji kopalń (poprzednia generacja tych wentylatorów miała sprawność nie przekraczającą 55%).

Zespół Inżynierii Bezpieczeństwa i Uzbrojenia Lotniczego w swojej działalności naukowo-badawczej oraz dydaktycznej zajmuje się głównie bezpieczeństwem technicznym obiektu w całym cyklu jego „życia” (w zakresie wytrzymałości, trwałości i niezawodności) i koncentruje się na badaniu uwarunkowań eksploatacyjnych (w zakresie obsług, zarządzania i prognozowania niezawodnego wykorzystania), poszukiwaniu bezpiecznych i efektywnych sposobów wykorzystania potencjalnego zasobu pracy obiektów technicznych. Istotnym obszarem działalności Zespołu jest również rozwijanie metod oceny efektywności eksploatacji systemów uzbrojenia lotniczego. W zakresie swoich zainteresowań, Zespół wykonuje badania związane z modelowaniem propagacji pęknięć zmęczeniowych w aspekcie bezpieczeństwa konstrukcji, probabilistycznym modelowaniem trwałości zmęczeniowej oraz bezpieczeństwa konstrukcji, oceną wytrzymałości, trwałości i bezpieczeństwa pracy uszkodzonych elementów konstrukcyjnych, badaniami procesów eksploatacji systemów technicznych w aspekcie ich niezawodności, efektywności i bezpieczeństwa, formułowaniem wymagań na systemy bezpieczeństwa, badaniami prakseologicznych aspektów bezpieczeństwa w technice oraz modelowaniem dynamiki wydzielenia energii i przepływu niejednorodnych fizycznie ośrodków wysokoenergetycznych w zakresie prognozowania zagrożeń bezpieczeństwa. W działalności badawczej członkowie Zespołu rozwiązują także problemy z zakresu: analizy zagrożeń, oceny ryzyka oraz propozycji działań zmierzających do osiągnięcia poziomu ryzyka akceptowalnego. Efektem pracy naukowej członków Zespołu było opublikowanie w ostatnich latach sześciu monografii pt.: „Ocena bezpieczeństwa i modelowanie w systemach awaryjnego opuszczania samolotu wojskowego”, „Prognozowanie uszkodzeń zagrażających bezpieczeństwu lotów statków powietrznych”, „Skuteczność lotniczych rakiet samonaprowadzających się na cel”, „Modelowanie rozwoju spalania i wybuchu w niejednorodnych fizycznie ośrodkach reaktywnych”, „Czynnik ludzki w obsłudze urządzeń technicznych”, „Trwałość zmęczeniowa rurociągu chemicznego z propagującym pęknięciem półeliptycznym”.