Ventil 4 / 2018 • Letnik 24 AIAA/Textron Aviation/Raytheon Missile Systems Design/Build/Fly je študentsko tekmovanje, ki vsa- ko leto poteka pod okriljem AIAA – Ameriškega in- štituta za aeronavtiko in astronavtiko. Vsaka ekipa mora izdelati brezpilotno letalo, ki ustreza vnaprej določenim zahtevam, nato pa z njim tekmuje še v letenju – opravljanju zahtevanih nalog. Na leto- šnjem tekmovanju je sodelovalo preko 750 študen- tov, mentorjev in ostalih gostov. Projekt DBF je precej kompleksen in zahteven, saj je potrebno v kratkem času poiskati številne inova- š tudentI Fakultete za stro - jnIštvo ul IzdelalI vrHunskI model letala In z njIm osvojI - lI četrto mesto na letalskem tekmovanju d esIgn /b uIld /Fly 274 Ekipa študentov FS UL Edvard Rusjan Team Slovenia je na 22. tekmovanju Design/ Build/Fly, ki je potekalo med 19. in 22. aprilom v Wichiti (Kansas, ZDA), pod mentor- stvom doc. dr. Viktorja Šajna in izr. prof. dr Tadeja Kosela dosegla 4. mesto v konku- renci 91 ekip s celega sveta. V preteklih letih je ekipa že posegala po stopničkah – v letu 2015 je dosegla 1. mesto in v letu 2017 3. mesto. Slika 1 : Ekipa Edvard Rusjan Team Slovenia 2018: (zgoraj) Jan Klanjšček, Domen Lipnik, Nejc Bračko, Lucija Per- ne, Timotej Hofbauer (pilot), doc. dr. Viktor Šajn, Jan Časl, Luka Selan, Matic Medvešek, Rok Štante (vodja ekipe), Miha Jakič, Matej Drobnič, Filip Plešnik, Miha Nagode, Vid Pugelj, Andraž Kladnik, Andraž Vene (spodaj) David Pekolj, Jaka Romih, Tilen Košir, Nace Pavlin (na sliki manjka izr. prof. dr. Tadej Kosel) DOGODKI • POROČILA • VESTI Ventil 4 / 2018 • Letnik 24 tivne rešitve in jih uporabiti v praksi. V septembru so znana pravila tekmovanja in zahtevane naloge, ekipa pa ima čas do sredine aprila, da je letalo pri- pravljeno na tekmo. V letošnjem letu je bilo potrebno izdelati model le- tala, ki je prevažalo potnike in tovor – žogice skokice in tovorno klado. Na končnem tekmovanju je moralo opraviti tri naloge, in sicer letenje šolskih krogov z različno obtežitvijo (s potniki in tovorom), seveda v čim krajšem času. Poleg letenja je ekipa morala v osmih minutah zamenjati nekaj naključno izbra- nih komponent letala (krmilne površine, propeler, elektronske komponente). Celoten sistem točkovanja je bil precej komple- ksen in odvisen od rezultatov najboljših ekip, saj se je pri vsaki nalogi rezultat normiral glede na najbolje opravljeno nalogo. Toč- ke, pridobljene z opravljanjem nalog, so se pomnožile s točka- mi, pridobljenimi s končnim poročilom, in delile z zmnožkom razpetine kril in mase praznega modela. V prvi fazi smo izdelali algoritem, ki nam je glede na kompleksen sistem točkovanja poiskal optimalno izbiro števila potnikov (slika 2). Pri izbiri optimuma DOGODKI • POROČILA • VESTI 275 Slika 2 : Število točk in masa modela v odvisnosti od števila potnikov Slika 5 : Odvisnost koeficienta vzgona Cl od vpadnega kota α za različne profile kril (levo) in koeficienta vzgona Cl od koeficienta upora Cd za iste profile krila Slika 4 : Izkoristek v odvisnosti od konfiguracije po- gona Slika 3 : Točke v odvisnosti od razpetine in površine kril Ventil 4 / 2018 • Letnik 24 276 Slika 6 : FD-simulacija tlačnega stanja okoli profilov kril pri različnem razmiku (in konstantnih ostalih pogojih), izvedena v programu SimScale DOGODKI • POROČILA • VESTI pa smo naredili napako, ki nas je stala stopničk, saj nismo upoštevali možnosti, da bo na tekmovanje prišla ekipa (seveda brez realnih možnosti za do- bro uvrstitev), ki bo imela več kot 50 potnikov, in tako so se točke vseh ekip pri drugi in tretji misiji limitirale proti nič. Naša ekipa se je sicer odločila za izdelavo letala za pet potnikov. Prav tako je bila izdelan algoritem, s katerim smo izbrali optimalen razpon kril (slika 3). Zaradi majhne raz- petine kril smo se odločili za model dvokrilca, saj smo s tem pridobili večji vzgon. Za pravilno izbiro pogona in propelerja smo izvedli šte- vilne preračune in teste. Za pogon smo uporabili brezkr- tačni elektromotor Scorpion SII 2212/1850 s 326 W moči in 1850 rpm/volt. Za napaja- nje smo morali izbrati NiMH celice, in sicer 7 celic XCell 1600mAh. Pri testih se je naj- bolje izkazala konfiguracija s propelerjem apce 8x4, kot je prikazano na sliki 4. Pri konstrukciji sta bili ključnega pomena tudi po- stavitev kril in izbira pravega profila. Na podlagi primerjave sedmih profilov pri vrednosti Reynold- sovega števila 200 000 smo izbrali profil S9000, saj je imel najboljše karakteristike v vseh fazah leta (slika 5). Vpadna kota kril sta bila 3° (spodnje krilo) in 4° (zgornje krilo). Za optimalno postavitev oziroma zamik kril pa smo izvedli simulacije v programu SimScale (slika 6). Model smo zaradi pozitivnih izkušenj in znanja iz preteklih let izdelali v sendvič konstrukciji iz kom- pozitov. Trup smo izdelali iz dveh plasti karbonske tkanine 80 g/m 2 in vmesnega sloja 1,5-milimetrskega satovja. Za izdelavo smo uporabili kalupe, ki smo jih na 3-osnem CNC-stroju izdelali iz purenita (slika 7). Krila in repne površine pa smo izdelali v sendvič kon- strukciji karbonskih vlaken in sredice iz XPS-plošč, ki smo jih izrezali na CNC-stroju z vročo žico. Končni model je imel maso 462 g (prazen) in je bil zmožen leteti s hitrostjo preko 100 km/h. Prevažal je lahko do 5 potnikov in en kos tovora. Dolžina le- Slika 7 : Kalupi iz purenita, uporabljeni za izdelavo trupa Slika 8 : Render končnega modela (levo) in detajl pritrditve potnikov – žogic (desno) Ventil 4 / 2018 • Letnik 24 DOGODKI • POROČILA • VESTI 277 tala je bila 700 mm in razpetina kril 350 mm. Pri iz- delavi smo uporabili številne inovativne rešitve, kot na primer pritrditev potnikov (slika 8), dodani so bili turbulatorji na krilih, ki so izboljšali stabilnostne lastnosti med letom, ultralahka kolesa itd. Za uspešno izveden projekt so v veliki meri zaslu- žna tudi številna slovenska podjetja, ki so večinoma v obliki donacij različnih ma- terialov podprla naše delo in nam omogočila razvoj in iz- delavo prototipov ter konč- nega modela. Potovanje v ZDA pa nam je omogočil Javni štipendijski, razvoj- ni, invalidski in preživninski sklad Republike Slovenije. Študenti smo na tekmovanju ponovno dokazali, da imamo dovolj znanja, da lahko kon- kuriramo vrstnikom z vsega sveta oziroma da slovensko znanje dosega sam svetovni vrh. Matej Drobnič, Rok Štante, Timotej Hofbauer, Nejc Bračko, Jan Časl, Miha Jakič, Andraž Kladnik, Jan Klan- jšček, Tilen Košir, Domen Lipnik, Matic Medvešek, Miha Nagode, Nace Pavlin, David Pekolj, Lucija Perne, Filip Plešnik, Vid Pugelj, Jaka Romih, Luka Selan, Andraž Vene, izr. prof. dr. Tadej Kosel, doc. dr. Viktor Šajn; vsi Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo Slika 9 : Končni tekmovalni model DOGODKI – POROČILA – VESTI ko (oblikovanje plakatov in logotipa), Dejan R o ljič (finance in promocija) in Matej Sehur (pogon in izbor kom- ponent). Tudi ostali študenti so so- delovali pri zgoraj naštetih nalogah in so z a slu žni za izvedbo projekta. Wichita je zibelka svetovnega letal- stva, zato smo poleg tekmovanja Skupinska slika v podjetju Bombardier Learjet pred maketo njihovega novega letala Learjet 85 obiskali tri letalska podjetja in dva letalska muzeja. Ogledali smo si pro- izvodnjo v podjetjih Cessna Aircraft Company, Hawker Beechcraft De- fense Company in Bombardier Lear- jet Business Aircraft ter muzeja Kan- sas Cosmosphere & Space Center in Kansas Aviation Museum. Viri [1] Uradna stran tekmovanja DBF: http://www.aiaadbf.org/ [ 2 ] Letališče podjetja Cessna (CEA): http://www.fltplan.com/Airport- Information/CEA.htm [3] Vreme na letališču CEA v času tek movanja DBF: http://www. wunder ground.com/history/ airport/KICT/2012/4/13/Daily- History.html?req_city=NA&req_ state=NA&req_statename=NA [4] AMA (Academy of Model Aero- nautics): http://www.modelair- craft.org/ [5] AIAA (The American Institute of Aeronautics and Astronautics): https://www.aiaa.org/ Izr. prof. dr. Tadej Kosel, UL, Fakulteta za strojništvo, mentor projekta