Az ELKH SZTAKI kutatói több mint egy évtizede foglalkoznak a repülés jövőjével: a hibadiagnosztikai algoritmusok fejlesztése után ma már a repülés gazdaságosabbá, így környezetbarátabbá tételén van a hangsúly. Több európai uniós, nemzetközi projektben is konzorciumvezetőként vettünk részt, megoldásainkat az európai repülőgépiparral szoros együttműködésben kutatjuk.

Fotó: SZTAKI

ADDSAFE

A SZTAKI-ban 2008 óta foglalkoznak a repülés technológiájának fejlesztésével. Először hibadiagnosztikai algoritmusokat fejlesztettek, majd 2009–2012 között – az ADDSAFE FP7-es projekt keretében – Európa kiemelkedő egyetemeivel és kutatóhelyeivel közösen részt vettek egy versenyen, ahol az Airbus repülőgépgyártó által definiált feladatokat kellett megoldani. A nemzetközi versenyben a szárnyakon lévő kormányszervek mozgatásáért felelős beavatkozószervek hibáinak észlelését oldotta meg a SZTAKI csapata, ezzel – a bordeaux-i egyetemmel holtversenyben – első helyezést ért el. Az egyetem által fejlesztett algoritmust azóta az Airbus repülőgépein használják.

A projekt különlegességét az adta, hogy az elméleti kutatások eredményeit fizikailag is beépítették a repülőgép fedélzeti rendszereibe. A versenyben elért eredményeket az Airbus független mérnökei tesztelték és rangsorolták.

A fenti sikerekre építve indult el a RECONFIGURE FP7-es projekt, ami a hibaészlelést követő robotpilóta-rendszer átkonfigurálását célozta, szintén az Airbus által megfogalmazott követelményekkel.

Fotó: Fabian Vogl / TUM

FLEXOP

2015-ben az EU Horizon 2020 keretprogramjának FLEXOP-projektjében az európai repülőgépipar tíz jelentős képviselője a SZTAKI vezetésével konzorciumba tömörült, hogy gazdaságosabbá tegyék a repülést. A konzorcium tagja volt a legnagyobb európai repülőgépgyártó Airbuson kívül a Német Űrkutatási Központ, több nagy múltú európai egyetem (Bristol, München, Delft, Aachen), valamint a repülőipar fontosabb beszállító cégei (az osztrák FACC és a görög INASCO).

A kutatók sikeresen vizsgálták a repülőgépszárnyak rugalmas viselkedését, és elkezdték megalapozni az ennek kezelésére képes fedélzeti szabályozórendszert. Két év alatt megterveztek és megépítettek egy cserélhető szárnyú prototípust, amelyen a projekt elméleti eredményeit tudják bemutatni ipari környezetben. Az eredményeket működő modellen is sikerült tesztelni: a kísérleti, pilóta nélküli légijármű-platform 2019. november 19-én emelkedett a levegőbe. Ezzel a világon először repült valós környezetben úgynevezett aeroelasztikusan szabott szárnyakkal rendelkező repülőgép, melyben a szénszálas kompozit száliránya változik a szárny mentén. A repülés célja a szárnyakra nehezedő terhelés passzív csillapításának tesztelése volt, amelynek eredményeként tömeg és így üzemanyag takarítható meg, akár 7%-ot is meghaladó mértékben.

A projekt vezetése mellett a SZTAKI kutatásai alapozták meg a szabályozástervezéshez szükséges modelleket, valamint az ezen alapuló fejlett szabályozásai algoritmusokat. Az elméleti eredményeken felül a gyakorlati oldalon a SZTAKI tervezte, építette és működteti a fedélzeti avionikai (elektromos és elektronikai repülési) rendszert, beleértve a szárnyban lévő érzékelőket és aktuátorokat, valamint a fedélzeti robotpilóta-rendszer szoftveres és hardveres elemeit, amelyekkel megismételhető kísérleteket végez, és adatokat gyűjt a repülőgép.

Fotó: SZTAKI

FLiPASED

2019-ben FLiPASED (FLight Phase Adaptive Aero-Servo-Elastic aircraft Design) néven az Európai Unió Horizon 2020 keretprogramjában nemzetközi projekt indul a repülőgépek szárnyának forradalmasítására, az úgynevezett aktív alakvezérlésű szárnyak kifejlesztésére és tesztelésére.

A FLiPASED-projektet a SZTAKI koordinálja, emellett pedig a szabályozáselmélet és a repülőgép-tervezés határterületén, multidiszciplináris környezetben dolgozik a repülőgép fizikai kialakításának és fedélzeti irányító algoritmusoknak a szorosabb összehangolásán. A kutatásban a Müncheni Műszaki Egyetem (Technische Universität München – TUM), a Német Repülési Központ (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt – DLR) és a Francia Nemzeti Légügyi Kutatóközpont (Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales – ONERA) vesz részt.

A repülőgépeknek a légellenállás és a felhajtóerő megfelelő arányára van szükségük a változó repülési feltételek kezeléséhez. A repülőgépgyártók célja, hogy csökkentsék a légellenállást, ezzel üzemanyagot spóroljanak, amit nagyon karcsú – emiatt egyre inkább rugalmasan deformálódó –, úgynevezett kompozitszárnyakkal érnek el. A szárnyakat több különböző szerkezetű anyag keverésével építik, ezek a kompozitanyagok. A modern repülőgépek szárnyainál és hajtóműveinél az eddig alkalmazott technológia mára elérte hatékonyságuk határát: a Boeing 787 és az Airbus A350 esetében például a repülőgép tömegének több mint 50 százalékát ezek a kompozit anyagok adják. Mindeközben a kereskedelmi légitársaságok működési költségeik több mint 25 százalékát költik üzemanyagra, tehát a hatékonyabb üzemanyag-felhasználás környezetvédelmi és pénzügyi szempontból is fontos kérdés.

A közelmúltig a repülőgépek tervezésekor a szilárdságtani tervezés és a szabályozórendszer tervezése teljesen elkülönült, így a repülési teszteknél felmerülő aeroelasztikus viselkedés hangolása – például a szárny csapkodása – csak passzívan, többletsúly és szerkezeti merevítések beépítésével volt lehetséges. A repülőgépek szárnyait korábban úgy tervezték, hogy egy adott repülési konfiguráció esetén – amit meghatároz a repülőgép utazási súlya, sebessége, magassága és távolsága – legyen a legkisebb az ellenállás. A feltételek változásakor a felhajtóerőellenállás-arány változtatásához az aerodinamikai felületek finom áthangolása szükséges, azonban ez fékszárnyakkal és más kormányfelületekkel csak viszonylag drasztikusan módosítható.

A korábbi megoldással szemben az aktív vezérlésű, rugalmas szárnyak formája finomhangolható, képes sokféle repülési feltételhez alkalmazkodni. A légitársaságok célja, hogy minél egyenesebb úton jussanak el a kiindulási ponttól a célig, ezért sokszor okoz problémát a légköri turbulencia, amin időmegtakarítás céljából keresztülrepülnének, de amely az utazási komfort és repülőgép-szerkezet szempontjából is fontos jelenség. Ráadásul a globális felmelegedés miatt egyre több turbulenciához köthető meteorológia kilengés várható a légkörben. A merev szárnyakkal repülő gépeknél a turbulenciát az utasok is sokkal jobban megérzik, míg a projektben kifejlesztett módszerekkel a szárny rugalmassága és az aktív szabályozás közösen gondoskodik a repülőgép és az utasok fizikai terhelésének csökkentéséről. Ugyanígy felszálláshoz és landoláshoz is választható más szárnyalak-beállítás, hogy a végeredmény minél kellemesebb és hatékonyabb legyen.

Az eddigi kutatási eredmények alapján 20 százalékkal csökkenthető a széllökések hatása aktív szárnnyal. Az üzemanyag-felhasználás pedig – az útvonal során folyamatosan változtatható szárnyalaknak és ezáltal a csökkentett légellenállásnak köszönhetően – 10 százalékkal hatékonyabb lehet.

A fejlesztéshez használt kísérleti repülőgépen másodpercenként kétszázszor több mint 500 paramétert mérnek a szakemberek, ezzel hatalmas adatmennyiség keletkezik, ami önmagában 1,5 GB nyers adatot jelent óránként. A projektben Benczúr András vezetésével a SZTAKI informatikai laboratóriuma is részt vesz: az adatok feldolgozásával például finomhangolni lehet majd a repülőgépek optimális szárnyalak-beállításait, mivel az optimális paraméterek gépenként, sőt az adott gép anyagainak öregedésével is változnak.

A cél az, hogy a 2022 végén lezáruló kutatás eredményét 5─10 éven belül a gyakorlatban is alkalmazzák, ezért a projekt tanácsadó testületében olyan ipari partnerek vesznek részt, mint a világ vezető utasszállító gépekkel foglalkozó cége, az Airbus Operations SAS, a katonai és űrrepüléssel foglalkozó Airbus Defence and Space, és a business jetekkel, autonóm drónokkal foglalkozó Dassault Aviation. A projekt eredményeit nemcsak szimulációban, hanem egy 7 méteres fesztávolságú, kutatási célokra épített, pilóta nélküli repülőgépen is bemutatják.