Wirtualna rzeczywistość pomaga w badaniach nad prototypem wyrzutni magnetycznej BSP

W latach 2011-2014 prof. Krzysztof Sibilski wraz z zespołem badawczym opracował prototyp innowacyjnej wyrzutni dla bezzałogowych statków powietrznych (BSP), która wykorzystuje pasywne zawieszenie magnetyczne. Kontynuując tę pracę jego córka, dr inż. Anna Sibilska-Mroziewicz, pod kierunkiem prof. Edyty Ładyżyńskiej-Kozdraś broni tytuł doktora oraz współrealizuje projekt wirtualnego modelu wyrzutni, zwiększając szansę na jej spopularyzowanie.

Rosnąca popularność bezzałogowych statków powietrznych wymusza zintensyfikowanie prac nad zwiększeniem ich bezpieczeństwa przy starcie i lądowaniu. Klasyczne wyrzutnie startowe pozwalają wyłącznie na monitorowanie parametrów ruchu i kontrolowanie, aby nie przekroczyły one dopuszczalnych wartości. Lepszym rozwiązaniem wydają się być wyrzutnie magnetyczne, pozwalające na elastyczne sterowanie ruchem samolotu, powtarzalność parametrów startowych, ochronę przed przeciążeniami płatowca i bezpieczeństwo operatora. Prototyp takiej wyrzutni – opartej na koncepcji pasywnego zawieszenia magnetycznego z diamagnetykami – powstał za sprawą prof. dra hab. inż. Krzysztofa Sibilskiego i jego zespołu badawczego w ramach projektu 7 PR UE GABRIEL (Integrated Graund and on Board system for Support of the Aircraft safe Take-off and Landing).

– Zbudowany prototyp składał się z torów wykonanych z magnesów neodymowych, które generują silne pole magnetyczne oraz napędzanego silnikiem liniowym wózka startowego lewitującego nad torami. Dzieje się tak, ponieważ do wózka przymocowane są podpory wykonane z materiału o wysokiej izolacji termicznej, a wewnątrz każdej podpory znajdują się wysokotemperaturowe nadprzewodniki, które po schłodzeniu za pomocą ciekłego azotu unoszą się ponad torami – wyjaśnia prof. Sibilski.

Badania sprzed 10. lat wykazały konieczność opracowania modeli matematycznych i symulacyjnych, które umożliwiłyby zbadanie zjawisk związanych z eksploatacją wyrzutni. Te prace zostały zrealizowane pod kierunkiem Edyty Ładyżyńskiej-Kozdraś – najpierw w ramach pracy doktorskiej dr inż. Anny Sibilskiej Mroziewicz, a następnie w projekcie, który był finansowany z budżetu konkursu BEYOND POB II.

– W naszych badaniach skupiliśmy się na analizie właściwości dynamicznych układu wyrzutni. Opracowany model matematyczny został zaimplementowany w środowisku MATLAB, a wyniki symulacji zostały zwizualizowane w wirtualnej rzeczywistości – wyjaśnia dr hab. inż. Edyta Ładyżyńska-Kozdraś, prof. uczelni. – Przeprowadzone badania numeryczne obejmowały różne scenariusze startu i lądowania, uwzględniające przyjęte założenia wynikające z konstrukcji wyrzutni magnetycznej, możliwości ruchu BSP w zmiennych warunkach atmosferycznych oraz zastosowanej procedury naprowadzania.

Ważnym i innowacyjnym elementem prowadzonych badań było wykorzystanie gogli VR do zobrazowania zachowania w czasie i analizy dynamiki elementów modelowanego układu wyrzutni magnetycznej, co zwizualizowano w materiale filmowym dostępnym na platformie encyclopedia.pub. 

Zaimplementowany w programie Unity i uruchamiany na goglach VR Oculus Quest program wizualizacyjny VR umożliwia śledzenie i analizę 3D zachowania w czasie rzeczywistym elementów modelowanego układu wyrzutni. Użytkownicy mogą śledzić kluczowe parametry ruchu, manipulować kontrolerami, aby zwiększyć lub zmniejszyć prędkość symulacji. Dodatkowo może wystąpić dotykowe sprzężenie zwrotne w postaci drgań sterownika w określonych momentach symulacji, na przykład w chwili startu lub lądowania BSP na wózku.

– Wykorzystaliśmy wirtualną rzeczywistość nie tylko w celu obserwacji, ale również, aby móc przy wykorzystaniu immersyjnej technologii sterować symulacją BSP przy pomocy kontrolerów – mówi dr inż. Anna Sibilska-Mroziewicz. –  Zwiększa to zdolność użytkownika do eksploracji i interakcji ze środowiskiem wirtualnym, zapewniając bardziej wciągające i realistyczne wrażenia – wyjaśnia.

Projekt „Badania analityczne i numeryczne procesu startu i lądowania bezzałogowego statku powietrznego z wyrzutni wykorzystującej zjawisko lewitacji magnetycznej” był finansowany w ramach grantu badawczego programu "Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza", który realizowany jest na Politechnice Warszawskiej.

Skład zespołu badawczego:
dr hab. inż. Edyta Ładyżyńska-Kozdraś, prof. uczelni; dr inż. Anna Sibilska-Mroziewicz; prof. dr hab. inż. Krzysztof Sibilski.