SAMONIT

Samolot pomyślany jako demonstrator technologii głównie do monitorowania obiektów naziemnych w zastosowaniach cywilnych. Projekt badawczo rozwojowy finansowany przez MNiSW, R10/ 010/ 02,  2007-2009

Zepół projektowo konstrukcyjny:

Koordynator: prof. Z. Goraj,

Główny konstruktor samolotu: mgr inż. A. Frydrychewicz,

Główni wykonawcy: dr inż. W. Grendysa, dr inż. M. Jonas, dr inż. M. Figat, dr hab. inż. T. Goetzendorf-Grabowski, mgr inż. C. Górniak, mgr  inż. J. Cisowski, prof. C. Galiński, mgr inż. W. Frączek

Znaczenie lotnictwa bezzałogowego:

Wszystkie dostępne analizy rozwoju lotnictwa cywilnego i wojskowego na lata 2011-2020 wskazują na istotny wzrost znaczenia i różnorodności zastosowań lotnictwa bezzałogowego. W lotnictwie cywilnym samoloty bezzałogowe będą wykorzystywane w pierwszej kolejności do monitoringu ważnych elementów infrastruktury gospodarczej (energetycznych sieci przesyłowych, rurociągów naftowych, ujęć wody pitnej, elektrowni jądrowych i innych obiektów), do ostrzegania o zagrożeniach pożarowych w lasach, do transferu informacji w czasie klęsk żywiołowych na dużą skalę, do monitoringu ruchu na drogach, do obserwacji dużych zgromadzeń czy zawodów sportowych. Już obecnie technologie bezzałogowe mogłyby być wykorzystane bezpośrednio w lotnictwie pasażerskim, choć zapewne będą w pierwszej kolejności wprowadzone w komercyjnym lotnictwie transportowym. W lotnictwie wojskowym obserwuje się równoległy rozwój w dwóch ważnych obszarach: zwiad i monitoring istotnych obszarów zainteresowania oraz bezpośrednie działania bojowe. Zwiad i monitoring jest stosowany już od lat 60-tych i rozpoczął się od udziału samolotów w wojnie wietnamskiej, ale ogromnego znaczenia nabrał w czasie ostatnich konfliktów na Bałkanach, w Iraku i Afganistanie. Największą rolę w przesyłaniu zdjęć o dużej rozdzielczości w tych niedawnych konfliktach odegrały samoloty taktyczne – o masie startowej: 700 – 1000 kg i znacznej długotrwałosci lotu: 10 – 20 godzin.
Samoloty mogą również wykonywać bojowe misje wspomagające, w tym przenosić i odpalać nieduże rakiety klasy Hellfire. Bezpośrednie działania bojowe, jak przełamywanie oporu pierwszego uderzenia, są przeznaczone dla bezzałogowych samolotów o zmniejszonym odbiciu radarowym (technologie Stealth) i o podwyższonym poziomie manewrowości.
Bezzałogowe samoloty obserwacyjne i monitorujące, o przeznaczeniu taktycznym, są potrzebne również w Wojsku Polskim. Zakupy zagraniczne mogą być wyjściem doraźnym, choć należy zaznaczyć, że nie mogą rozwiązać problemu na dłuższą metę, trudno przecież zakładać, że będziemy kupować za granicą wszystko czego armia potrzebuje, a ponadto muszą się wiązać z ogromnymi wydatkami finansowymi. Należy z pełną odpowiedzialnością stwierdzić, że polski sektor naukowo-badawczy i zespoły inżynierskie są w stanie zaprojektować polski samolot bezzałogowy o przeznaczeniu taktycznym do monitoringu, zwiadu i prowadzenia bojowych akcji wspomagających jak np. przenoszenie i odpalanie rakiet typu Hellfire.
Wybór wielkości samolotu wyniknął z tendencji do miniaturyzacji elementów wyposażenia awionicznego, w tym sensorów, co umożliwiło zmniejszenie parametrów geometrycznych i masy samolotu oraz mocy silników.
Projekt SAMONIT został zrealizowany w latach 2007-2009 przy wsparciu Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego (grant R10/010/02). SAMONIT jest lekkim samolotem obserwacyjnym o dużej długotrwałości lotu (do 20 h), wyposażonym w stabilizowane kamery optyczne i termowizyjne, o masie startowej w zakresie od 60 do 90 kg. Został zaprojektowany tak, aby mógł przewozić na pokładzie „mini-” lub „piko-” radar klasy SAR (do 20 kg masy własnej). SAMONIT został zbudowany w 2 wersjach – klasycznej - z usterzeniem motylkowym i tzw. wersji bezogonowej z silnikami o śmigłach ciągnących lub pchających. Wybór konfiguracji bezogonowej został podyktowany walorami eksploatacyjno-osiągowymi tej konfiguracji i założeniem, że w przyszłości układ ten będzie wykorzystany do budowy większego obiektu, o bardziej zaawansowanych możliwościach udźwigowych. Obydwie konfiguracje zostały wyposażone w stałe podwozie i zaopatrzone w spadochron ratunkowy. Samolot jest napędzany dwoma silnikami o bardzo wysokiej niezawodności, dwusuwowymi, dwucylindrowymi o mocy 8 KM każdy. Wariant bezogonowy, z dwoma silnikami umieszczonymi na płacie nośnym, ma możliwość startu z wyrzutni samochodowej i może być wyłapywany w sieć podczas lądowania. Wszystkie trzy zbudowane egzemplarze zostały oblatane i przebywały w powietrzu łącznie ponad 10 godzin. Samoloty są wyposażone w autopiloty i głowice firmy Micropilot. System łączności w paśmie 2.4 GHz ma zasięg do około 10 km, ale może być stosunkowo łatwo rozszerzony do 200 km. Obraz z kamer jest przekazywany do stacji kontroli naziemnej w czasie rzeczywistym i zapisywany na dysku komputera. Parametry lotu są również przekazywane do stacji kontroli naziemnej oraz zapisywane na pokładzie samolotu. Samolot w locie pokazowym w dniu 12.07.2011 uzyskał prędkość maksymalną równą 190 km/h oraz wysokość 300 m nad poziomem pasa.
Badania wspomagające prace projektowe i konstrukcyjne obejmowały analizy aerodynamiczne CFD, badania tunelowe samolotu w skali 1:2 oraz 1:1, analizy optymalizacje z dziedziny osiągów i dynamiki lotu, analizy wytrzymałościowe, próby statyczne niszczące i nieniszczące, analizy flatterowe, próby zasięgu sterowania, kołowania i rozbiegu, laboratoryjne próby działania systemów pokładowych, badania stanowiskowe silników, badania statyczne i dynamiczne podwozia głównego oraz wiele innych. Uzyskane rezultaty wymuszały wiele zmian w projekcie oraz pozwoliły zebrać materiał do napisania 2 rozpraw doktorskich przez członków zespołu projektowego.

SAMONIT z usterzeniem motylkowym, lotnisko Sochaczew, 8.12.2009 r.

SAMONIT w wariancie bez usterzenia ze śmigłami pchającymi, oblatany w Mińsku Mazowieckim, 8.07.2011 r.

SAMONIT w wariancie bez usterzenia, lotnisko Sochaczew, 8.9.2010 r

SAMONIT – egzemplarz nr 3 – po locie pokazowym  w Mińsku Mazowieckim, 12.07.2011 r., od lewej Prof. J. Banaszek (Dziekan MEiL), Prof. A. Olejnik (WAT), Prof. Z. Goraj (PW), Prof. T. Kulik (Proprektor PW), Gen. Z. Głowienka – dowódca wojsk lądowych, prof. W. Kurnik (Rektor PW), Prof. R. Szczepanik (Dyrektor ITWL), mgr inż.A.Frydrychewicz (główny konstruktor samolotu)

W dniu 12 lipca 2011 Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych, przy wsparciu logistycznym dowództwa Sił Powietrznych, zorganizował wystawę i pokaz w locie samolotów bezzałogowych. Na wystawie pokazano wiele konstrukcji zaprojektowanych przez Instytut Lotnictwa, Politechnikę Warszawską oraz ITWL. Jeden z SAMONIT-ów zademonstrowano na wystawie statycznej, inny wykonał kilkunastominutowy lot. Na pokaz przybyło wielu ważnych gości reprezentujących różne instytucje. Byli obecni generałowie ze Sztabu Generalnego Wojska Polskiego, dowódcy rodzajów wojsk, przedstawiciele parlamentu i różnych agencji rządowych, rektorzy kilku wyższych uczelni, attache wojskowi kilku ambasad, profesorowie wyższych uczelni, inżynierowie, dziennikarze lotniczy – łącznie około 180 osób. Po pokazie odbyła się publiczna dyskusja nad przyszłością lotnictwa bezzałogowego w Polsce i o możliwościach państwa we wsparciu tej dziedziny, ważnej dla obronności i gospodarki cywilnej.

Syntetyczny opis uzyskanych wyników.

Zakład Samolotów i Śmigłowców Politechniki Warszawskiej opracował system pod nazwą PW-141 „SAMONIT”. System złożony jest z samolotu i urządzenia transportowo-obsługowego. Opracowano dwie wersje samolotu: klasyczną i bezogonową, z których każda wyposażona jest w urządzenie rozpoznawcze oraz system przekazywania obrazu   w czasie rzeczywistym.

     Na gotowy samolot składają się :

• kadłub z zamontowanym podwoziem głównym i przednim,
• układ: płat nośny z zamontowanym zespołem napędowym,
• instalacja paliwowa,
• instalacje pokładowe (sterowania, kontroli lotu i przekazywania obrazu),
• spadochronowy system ratowniczy,
• wyposażenie misyjne.

     Do kontrolowania lotu zadaniowego samolotu bezzałogowego SAMONIT wykorzystuje się jeden z trzech podstawowych  systemów sterowania:

• sterowanie zdalne z bezpośrednią, wzrokową obserwacją samolotu,
• sterowanie telemetryczne z wykorzystaniem parametrów lotu,
• sterowanie automatyczne (programowe).

     Praktyczną możliwość realizacji zadania zapewnia zastosowanie systemu sterowania automatycznego współpracującego z systemem zdalnego sterowania oraz modułami radiowymi bezprzewodowej transmisji danych w czasie rzeczywistym. W tym celu wybrano zestaw z firmy Micropilot wraz z modułami dodatkowymi:

• układ sterowania automatycznego MicroPilot MP2128g (płyta główna),
• moduł przetwornika MP-ADC,
• moduł kompasu MP-COMP,
• dodatkowy moduł obsługi serwomechanizmów,
• głowica z kamerą InfraRed MP-NIGHTVIEW,
• opcjonalnie głowica dzienna MP-DAYVIEW.

     W konstrukcji przewidziano miejsce na system miniaturowego radaru skanującego (SAR) firmy amerykańskiej SANDIA lub, zamiennie, system rozpoznania w podczerwieni (FLIR) firmy IAI.

     Podstawowe cechy systemu sterowania MicroPilot MP2128g to:

• kompletne i autonomiczne sterowanie,
• możliwość realizacji automatycznego startu i lądowania,
• komplet czujników dla stabilizacji,
• możliwość realizacji zakrętu skoordynowanego z prędkością kątową odchylania w sposób automatyczny,
• ręczne pilotowanie, dyrektywne pilotowanie oraz autonomiczny lot,
• miksowane kanały sterowania,
• nawigacja wielopunktowa wg GPS,
• punkty pośrednie trasy możliwe do zmiany w czasie lotu,
• ostrzeganie o zużyciu baterii w czasie postoju i w czasie lotu,
• automatyczne przełączenie na tryb lotu autonomicznego w przypadku zaniku sygnału z aparatury,
• łatwa współpraca z zestawem stacji kontroli naziemnej,
• możliwość wprowadzania własnych aplikacji przez interfejs użytkownika.

     Podczas wytwarzania prototypów samolotów oparto się na wieloletnim doświadczeniu    i metodach wypracowanych przy realizacji wielu wcześniejszych projektów zrealizowanych w Zakładzie Samolotów i Śmigłowców, Politechniki Warszawskiej. Ogólne warunki wytwarzania struktur kompozytowych zawarto w instrukcjach wykonywania kompozytów nośnych. Są one dostępne w Zakładzie Samolotów i Śmigłowców, podobnie jak pełna dokumentacja konstrukcyjna i technologiczna.

Strukturę samolotu zdecydowano się wykonać z kompozytu epoksydowo-węglowego, stosując mokrą technologię laminowania. Powłoki skrzydeł i belek ogonowych usztywniono wykorzystując przekładkę z pianki PCV, przy której konieczny jest docisk podciśnieniowy. Pozostałe elementy przesycano swobodnie. Większość elementów laminowano w negatywowych foremnikach, które wyfrezowano cyfrowo z płyt PROLAB-65. Oszacowano, że foremniki, przy ostrożnym użytkowaniu, wytrzymają produkcję 70 – 100 sztuk.

     Przeprowadzono szereg prób laboratoryjnych, które dały pozytywne wyniki. Były to:

• próby statyczne i zmęczeniowe dźwigara skrzydła,
• próby statyczne i zmęczeniowe belki kadłuba,
• próby statyczne goleni podwozia głównego,
• próby jednostki napędowej,
• próba funkcjonalna systemu spadochronowego,
• próba szczelności instalacji paliwowej,
• próba funkcjonalna systemu hamulcowego.

     Zrealizowano też następujące badania i analizy:

• badania w tunelu aerodynamicznym,
• obliczenia wytrzymałościowe struktury metodą MES,
• obliczenia aerodynamiczne metodami numerycznej mechaniki płynów,
• obliczenia równowagi, stateczności i sterowności,
• analizę flatteru.

     Przeprowadzono próby w locie obu wersji samolotów: wersję klasyczną oblatano 8.12.2009 r., zaś wersję bezogonową 6.05.2010 r.. Stwierdzono: prawidłowe właściwości rozbiegu i reakcji na sterowanie kółkiem przednim, poprawną stateczność i sterowność podłużną, dużą łatwość sterowania kątem natarcia i pochylenia, łatwość utrzymania właściwej prędkości lotu w zakrętach bez korekty mocą, znakomitą sterowność poprzeczną i wystarczającą, prawidłową reakcję samolotu na wychylenie steru kierunku.

     Przewiduje się dwa zasadnicze scenariusze użycia samolotu PW – 141 „SAMONIT”, zależnie od charakteru prowadzonej misji:

• stacjonarne, realizowane przy rutynowych patrolach wyznaczonego terenu, np.: granicy państwa, rurociągów, akwenów wodnych itp.;
• mobilne, kiedy prowadzi się doraźne akcje poszukiwawcze np.: poszukiwanie zaginionych lub zbiegów, rozpoznanie obszarów zagrożonych przez klęski żywiołowe, patrolowanie obszarów leśnych zagrożonych pożarem lub przez szkodniki, relacje z zawodów sportowych itp.