Analiza CFD lądowiska dla helikopterów

Cele i założenia projektu

Cel główny:
Głównym celem przeprowadzenia analizy jest ilościowa i jakościowa ocena warunków aerodynamicznych panujących w bezpośrednim otoczeniu wyniesionego lądowiska dachowego SPZOZ w Międzychodzie.
Cele inżynieryjno-operacyjne:
Analiza ma na celu ocenę interakcji strugi wirnika z otoczeniem, identyfikację stref zawirowań i turbulencji krawędziowych oraz weryfikację, czy lokalne warunki nie stwarzają niedopuszczalnych zagrożeń dla operacji śmigłowców ratunkowych (zgodnie z przepisami LPR i ICAO/EASA).
Obiekt i otoczenie:
Przedmiotem analizy jest wyniesiona płyta przyziemienia (TLOF) wraz z konstrukcją nośną dachu szpitala, a także obiekty budowlane w promieniu ok. 300 metrów.
Statek powietrzny:
Jako reprezentatywny statek powietrzny przyjęto śmigłowiec ratowniczy Airbus EC135 (H135).
Warunki brzegowe:
Do oceny przyjęto prędkość referencyjną wiatru wynoszącą 8,8 m/s (17 kt) na wysokości 10 m n.p.t., co odpowiada maksymalnemu dopuszczalnemu limitowi wiatru bocznego dla operacji w Klasie Osiągów 1 (PC1). Założono również minimalną wolną przestrzeń pod płytą (airgap) wynoszącą 3,0m.

Narzędzia numeryczne:
Analizę warunków przepływu powietrza przeprowadzono z wykorzystaniem numerycznej mechaniki płynów (CFD) w środowisku obliczeniowym FloEFD.
Modelowanie przepływu:
Zastosowano sformułowanie równań Naviera-Stokesa uśrednionych w czasie (RANS), gdzie wpływ turbulencji uwzględniono m.in. z użyciem modelu k–ε.
Parametryzacja i dyskretyzacja: Wirnik śmigłowca zamodelowano za pomocą wirtualnego dysku (Internal Fan), a do dyskretyzacji domeny użyto siatki kartezjańskiej z technologią SmartCells i lokalnymi zagęszczeniami (np. w strefie strugi wirnika i na krawędziach płyty).
Scenariusze i kryteria oceny: Ocenie poddano trzy pozycje śmigłowca (A, B, C) nad lądowiskiem w warunkach ciszy wiatrowej, wiatru czołowego oraz bocznego. Jako podstawowy parametr aerodynamiczny przyjęto odchylenie standardowe pionowej składowej prędkości przepływu, określając 1,75 m/s jako wartość ostrzegawczą, a 2,4 m/s jako poziom graniczny.

Ogólne bezpieczeństwo lądowiska:
Obliczenia numeryczne CFD nie wykazały istnienia rozległej, ciągłej strefy silnie zaburzonego przepływu, która mogłaby stanowić dominujące zagrożenie dla operacji na powierzchni lądowiska (TLOF/FATO) i uzasadniałaby wykluczenie operacji śmigłowców HEMS. Brak jest jednoznacznych przesłanek do uznania lądowiska za nieprzydatne do prowadzenia operacji śmigłowca w klasie osiągów PC1.
Lokalne strefy zawirowań:
Wykazano występowanie lokalnych stref podwyższonej porywistości (przekraczających 2,4 m/s) bezpośrednio nad płytą lądowiska, generowanych głównie przez strugę wirnika. Zaburzenia te nie obejmują jednak całej strefy operacyjnej, a poniżej płyty wartości pozostają niskie – poniżej 1,7 m/s. Strefy te wymagają uwzględnienia w pogłębionej ocenie operacyjnej przez pilota.
Wpływ szczeliny napowietrzającej:
Zgodnie z badaniami ewentualne zabudowanie szczeliny napowietrzającej (airgap) pod płytą lądowiska nie wywiera mierzalnego wpływu na warunki operacyjne. Ze względu na uwarunkowania architektoniczne i niską prędkość strugi w tej strefie, wpływ szczeliny na parametry przepływu nad płytą uznaje się za znikomy.