Zespół z Politechniki Wrocławskiej pracuje nad bezmetalowym dronem o napędzie pneumatycznym. Ważnym elementem projektu jest zakup specjalistycznego autoklawu do przetwarzania kompozytów polimerowych. Zastosowane technologie pozwolą  wykonać ultralekką konstrukcję trudną do wykrycia przez radary.

Projekt „Zaawansowane, ultralekkie polimerowe materiały kompozytowe wzmacniane wysokowytrzymałymi włóknami” otrzymał dofinansowanie w wysokości ponad 920 tys. zł w ramach II edycji prowadzonego na naszej uczelni programu „Wsparcie zespołów badawczych”.

W jego prace zaangażowani będą naukowcy, doktoranci i studenci z trzech Wydziałów: Mechanicznego, Chemicznego oraz Mechaniczno-Energetycznego. Koordynatorem jest dr hab. inż. Wojciech Błażejewski, prof. uczelni z Katedry Mechaniki, Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej na W10.

Siła interdyscyplinarności

Projekt jest efektem rozwoju inżynierii  materiałów kompozytowych oraz rosnącego zapotrzebowania przemysłu głównie lotniczego i kosmicznego na nowoczesne konstrukcje lekkie. Celem projektu jest budowa bezmetalowego drona o napędzie pneumatycznym i doposażenie laboratorium w autoklaw z urządzeniami towarzyszącymi.

– Inspiracją do utworzenia zespołu była inicjatywa samych studentów oraz członków kół naukowych, którzy zgłaszali zapotrzebowanie na dostęp do zaawansowanych technologii przetwarzania kompozytów – mówi prof. Wojciech Błażejewski. – Nasza uczelnia wyróżnia się w skali kraju bogatym i unikatowym wyposażeniem laboratoryjnym do przetwórstwa kompozytów polimerowych. Dysponujemy m.in. dwiema nawijarkami CNC, stanowiskami do pultruzji oraz technologią formowania metodą RTM, ale brakowało autoklawu. Dzięki grantowi będziemy mogli uzupełnić nasz park maszynowy – dodaje.

Unikalny sprzęt

Autoklaw to urządzenie służące do wytwarzania struktur z polimerowo-włóknistych materiałów kompozytowych na osnowie  termo/chemoutwardzalnej, z wykorzystaniem preimpregnatów albo materiałów impregnowanych „na mokro”. . Umożliwia także wykonywanie struktur klejonych oraz materiałów hybrydowych, np. połączeń metal-kompozyt, tzw. FMLi.

– W naszym kraju nie ma  jednostek naukowych dysponujących tego typu unikalnymi urządzeniami, a są one kluczowe choćby w rozwoju technologii lotniczych czy kosmicznych. Pozyskanie autoklawu pozwoli nam na zwiększenie możliwości wytwarzania zaawansowanych ultralekkich konstrukcji kompozytowych – podkreśla prof. Błażejewski.

Innowacyjny napęd na sprężone powietrze

Pierwszym projektem realizowanym przez zespół będzie opracowanie i budowa drona wykonanego w całości z tworzyw sztucznych i kompozytów, z całkowitym wyeliminowaniem komponentów metalowych.

Najbardziej nowatorskim elementem będzie bezmetalowy układ napędowy. Zamiast tradycyjnego silnika elektrycznego lub spalinowego zastosowany zostanie zasilany sprężonym powietrzem silnik pneumatyczny w postaci dwustronnego siłownika kompozytowego. Mechanizm ten, zasilany z kompozytowego zbiornika ciśnieniowego, ma napędzać – również kompozytowe – śmigło w sposób analogiczny do tłoka parowozu.

– Brak metalowych elementów w konstrukcji poszycia, silnika, śmigła itd. sprawi, że dron będzie dużo trudniejszy do wykrycia przez tradycyjne systemy radarowe – wyjaśnia prof. Błażejewski. – Konsultacje z akustykami wykazały, że hałas generowany przez silnik pneumatyczny i śmigło charakteryzuje się niskimi częstotliwościami. Taka charakterystyka sprawia, że standardowa aparatura detekcyjna może mieć trudności z identyfikacją lecącego obiektu jako drona. Tym samym nasza konstrukcja idealnie wpisuje się w koncepcję technologii podwójnego zastosowania (dual-use) – dodaje.

Cztery etapy do celu

Cały projekt podzielono na cztery równoległe etapy technologiczne. Pierwszy zakłada zaprojektowanie i wykonanie struktury nośnej z kompozytów, kolejnym krokiem będzie optymalizacja geometrii i sprawności elementu napędowego. Następnie powstanie innowacyjny moduł magazynowania sprężonego powietrza wykonywany metodą nawijania włókien na osnowie polimerowej. Ostatni etap to budowa siłownika pneumatycznego.

Poszczególne etapy będą realizowane przez zespoły naukowców z Wydziałów Mechanicznego, Chemicznego i Mechaniczno-Energetycznego. W projekt zaangażowana będzie również licząca ponad 20 osób grupa doktorantów i studentów działających w kołach Kompozytywni, PWR Racing Team, LEM, AKL PWr, PWr in Space, Biomechaników oraz nowo powstałego KN Oplot.

– Chcemy się specjalizować w kompozytach włóknistych na osnowie polimerowej, a praca przy budowie drona będzie dla nas pierwszym dużym projektem. Naszym celem jest kontynuacja prac nad bezzałogowcem po zakończeniu głównego projektu – mówi Marcin Bogucki, prezes KN Oplot. – Już teraz zapraszamy do współpracy studentów z wszystkich wydziałów zainteresowanych tego typu tematyką. Mamy nadzieję, że o naszych planach uda nam się opowiedzieć już w trakcie październikowych Dni Aktywności Studenckiej – dodaje.

Szkolenia, rozwój naukowy i komercjalizacja

W ramach projektu planowana jest również organizacja szkoleń i kursów z zakresu przetwórstwa kompozytów (pultruzja, nawijanie, RTM, autoklawowanie), których uczestnicy będą mogli otrzymać certyfikaty potwierdzające umiejętności obsługi specjalistycznej aparatury.

– Mamy nadzieję, że nasza inicjatywa będzie również pierwszym krokiem do pozyskania kolejnych grantów np. z programów NCBR i NCN oraz do komercjalizacji wyników prac, w czym mamy stałe wsparcie Wrocławskiego Centrum Transferu Technologii – dodaje prof. Błażejewski.

Zespół

Oprócz koordynatora w skład zespołu wchodzą naukowcy: dr inż. Aleksandra Korbut (Wydział Chemiczny), dr inż. Paweł Stabla, dr inż. Szymon Duda, dr inż. Martyna Zemlik, dr inż. Krzysztof Towarnicki, dr inż. Michał Barcikowski (wszyscy z Wydziału Mechanicznego), dr inż. Konrad Babul (Wydział Mechaniczno-Energetyczny) oraz Jacek Pietrzak z WCTT.

Doktoranci ze Szkoły Doktorskiej PWr: Michał Krzysztoporski, Karolina Paczkowska, Zuzanna Pacholec, Kacper Surma, Anna Stachowiak i Paweł Zielonka.

Studenci PWr: Mateusz Bator, Łukasz Pieńkowski, Karolina Chwała, Maja Osajda, Beata Mazurkiewicz, Eryk Kauch, Aleksandra Mindak, Klaudia Rzepecka, Krzysztof Buchalik, Mateusz Waliczek, Nela Chmielarska, Kornel Rewczuk, Urszula Nucia, Bartłomiej Wójcik, Dawid Tomaszczuk i Marcin Bogucki.

mic