Co można uzyskać dzięki wynalazkowi

Wynalazek - układ do badań porównawczych paliw lotniczych, dotyczy przede wszystkim zagadnień związanych z testowaniem nowych paliw (biopaliw) dla przemysłu lotniczego. Aktualnie na świecie prowadzone są liczne i zaawansowane prace badawczo-rozwojowe w kierunku poszukiwania alternatywnych źródeł energii dla zespołów napędowych statków powietrznych. Jest to związane z rosnącym zapotrzebowaniem na paliwo (coraz więcej jest wykonywanych operacji lotniczych) oraz z działaniem mającym na celu ograniczenie szkodliwego oddziaływania lotnictwa na środowisko (emisja spalin). Powszechnie w lotnictwie stosuje się konwencjonalne paliwo pochodzące z przeróbki ropy naftowej. Proces wprowadzania nowego paliwa (nowego komponentu do paliwa) jest ścisłe zdefiniowany przez normę ASTM 4054 (Standard Practice for Qualification and Approval of New Aviation Turbine Fuels and Fuel Additives). Jednym z elementów tego procesu są badania nowego paliwa wykonywane bezpośrednio na silnikach turbinowych w pełnej skali. Faktem jest, iż tego typu badania są bardzo złożone i kosztowne.
Niniejszy wynalazek stanowi doskonałe narzędzie badawcze do realizacji prac badawczo-rozwojowych w powyższej tematyce. Może być użyte do wstępnej weryfikacji testowanego paliwa w zakresie wpływu na parametry pracy i emisję produktów spalania, przed rozpoczęciem zasadniczych testów na silnikach pełnogabarytowych. Ze względu na zastosowanie miniaturowego silnika turboodrzutowego, zapotrzebowanie na paliwo jest niewielkie w stosunku do testów na silnikach w pełnej skali. Jest to bardzo istotne przy badaniach nowych paliw, gdzie ilości z eksperymentalnych instalacji są często ograniczone. Podsumowując, najważniejszym efektem możliwym do osiągnięcia przy zastosowania tego wynalazku, jest możliwość korzystnego kosztowo, wstępnego testowania szerokiej gamy paliw, tym paliw alternatywnych (biopaliw) dla lotnictwa. Informacje z takich testów mogą być niezwykle cenne przy planowaniu i realizacji zasadniczych badań na dużych silnikach turbinowych.
Architektura wynalazku nie jest zamknięta, tzn. możliwa jest jego rozbudowa i dalsza modernizacja, co z kolei pozwala na łatwą jego adaptację do badań nie tylko w obszarze paliw alternatywnych dla lotnictwa. Możliwe jest zastosowanie tego narzędzia badawczego również w pracach związanych z:
• oddziaływaniem produktów spalania na komórki żywe - innowacyjna metoda badania toksyczności spalin (przeprowadzono pomyślnie wstępne testy);
• bezpieczeństwem w lotnictwie (zjawiska środowiskowe i ich wpływ na niezawodność wykonywanych operacji lotniczych, np. wpływ pyłu wulkanicznego);
• testowaniem czujników i systemów diagnostycznych (wstępna weryfikacja przed bezpośrednim zastosowaniem danego rozwiązania technicznego na silniku turbinowym w pełnej skali).
Wynalazek stwarza również możliwość prowadzenia działalności edukacyjnej - realizacja szkoleń i zajęć dydaktycznych. Szkolenia mogą obejmować tematykę związaną m.in. z:
• budową i działaniem silnika turbinowego,
• oprzyrządowaniem silnika i pomiarem parametrów jego pracy,
• oddziaływaniem produktów spalania emitowanych przez silnika na środowisko naturalne.
Oferta szkoleń może być skierowana zarówno dla studentów uczelni technicznych różnych kierunków i specjalności, a także dla personelu inżynieryjno-technicznego zajmującego się eksploatację sprzętu lotniczego.

Istota wynalazku

Stanowisko pomiarowe, zawierające układ według wynalazku ma budowę modułową i może być dostosowane do potrzeb użytkownika. Jego elementy składowe (wybrane zdjęcia przedstawiono w załączniku nr 3) to:
1) miniaturowy turbinowy silnik odrzutowy,
2) dedykowane wyposażenie pomiarowe, w skład którego wchodzą: analizator składu spalin, analizator cząstek stałych oraz system pomiarowo-sterujący.
Głównym elementem składowym wynalazku jest miniaturowy turbinowy silniki odrzutowy, który charakteryzuje się możliwością pracy w zakresie 33 000 – 120 000 obr/min oraz maksymalnym ciągiem o wartości 140 N. Silnik miniaturowy został wykonany w dwóch wersjach w obudowie metalowej oraz w obudowie szklanej. Podczas realizacji testów hamownianych możliwe jest bieżące wyświetlanie, jak i rejestrowanie podstawowych parametrów pracy silnika. Zastosowanie modelowego silnika pozwala na odzwierciedlenie charakterystyk pracy silnika turbinowego w pełnej skali przy jednocześnie niewielkim zapotrzebowaniu na paliwo podczas wykonywania testów.
Przenośny analizator spalin umożliwia pobieranie za pomocą sondy próbki gazów wylotowych z silnika i dostarczenie jej do jednostki analizatora. W bloku analizatora zostały zabudowane sensory elektrochemiczne do pomiaru: O2, CO, NO, NO2, SO2 oraz dwa sensory NDIR do pomiaru w podczerwieni: CO2 i CxHy. Poszczególne składniki spalin są mierzone w zdefiniowanych zakresach pomiarowych i rozdzielczości. Analizator cząstek stałych służy do pomiaru „on-line” wielkości i ilości cząstek stałych emitowanych przez silnik. Analizator umożliwia wielokrotny pomiar emisji cząstek o wielkości w zakresie od 0,5 do 300 µm. Sondy analizatora spalin i analizatora cząstek stałych mogą być zamocowane w specjalnie zaprojektowanym kolektorze pomiarowym znajdującym się bezpośrednio za silnikiem.
Wynalazek posiada dedykowany system pomiarowo-sterujący, odpowiedzialny za: akwizycję danych z kanałów pomiarowych, wizualizację i monitorowanie procesu pomiarowego oraz sterowanie pracą silnika. Akwizycja danych jest realizowana poprzez blok kart pomiarowych. Proces pomiarowy jest kontrolowany przez aplikację systemu wykonaną w graficznym języku programowania LabView. Miniaturowy silnik odrzutowy może być sterowany w trybie półautomatycznym lub automatycznym poprzez aplikację. Tryb automatyczny polega na realizacji testu silnikowego według profilu próby zdefiniowanego w aplikacji przez użytkownika. System może być rozbudowywany w warstwie akwizycji danych (dodatkowa aparatura pomiarowa) jak i w warstwie samej aplikacji.
Istota wynalazku polega na tym, że wszystkie ww. elementy składowe układu są ze sobą sprzęgnięte i stanowią jedno narzędzie badawcze. Podczas jednego testu uzyskiwane są równocześnie w tych samych warunkach niezbędne dane pomiarowe do przeprowadzenia szerokiej analizy w zakresie osiągów silnika jak i generowanej emisji produktów spalania. Została opracowana również określona metodyka badawcza, zapewniająca dużą powtarzalność otrzymywanych rezultatów. Ważne jest również to, że względu na prostą obsługę całego układu, możliwe jest przeprowadzenie w ciągu jednego dnia (zbliżone warunki atmosferyczne) wiele testów różnych paliw (biopaliw). Są to badania porównawcze, w których punktem odniesienia jest konwencjonalne paliwo lotnicze.

Potencjał komercjalizacji

Wynalazek został wytworzony w ramach realizacji zadania inwestycyjnego w zakresie infrastruktury badawczej w ramach programu Funduszu Nauki i Technologii Polskiej finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.
Efektem końcowym tej pracy było wytworzenie jednego kompletnego laboratoryjnego stanowiska hamownianego, które zostało wdrożone w Instytucie Technicznym Wojsk Lotniczych. Produkt jest aktualnie stosowany przez zespół badawczy ITWL przede wszystkim jako narzędzie przy realizacji wielu prac o charakterze naukowo-badawczym.
Wynalazek był prezentowany podczas międzynarodowych targów (np. Brussels Innova, iENA, Intarg), gdzie zdobył wiele nagród.
Aktualnie są podejmowane rozmowy nad możliwością sprzedaży podobnych rozwiązań do zagranicznych jednostek badawczych.