Studenckie Koła Naukowe Tworzą Innowacje 2022

W II. edycji konkursu "Studenckie koła naukowe tworzą innowacje" ogłoszonym przez Ministra Edukacji i Nauki, 3 koła naukowe działające przy Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa uzyskało dofinansowanie 4 projektów łącznej wartości ponad 230 000 zł.

1. Wielospektralny system nawigacji wizyjnej do zastosowania na rakiecie kierowanej FOK.

Celem projektu jest opracowanie oraz wykonanie wielospektralnego systemu nawigacji wizyjnej do zastosowania na rakiecie kierowanej FOK.

Jest to pierwsza w Polsce studencka rakieta kierowana, rozwijana od 2017 roku przez zespół z Sekcji Rakietowej Studenckiego Koła Astronautycznego Politechniki Warszawskiej. Do tej pory w ramach testów konstrukcji i elementów sterujących przeprowadzone zostały trzy testy lotne oraz dwie kampanie testów w tunelu aerodynamicznym. Dzięki bliskiej współpracy z kadrą naukową i dydaktyczną Wydziału testy w tunelu aerodynamicznym Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa pozwoliły na pomiar współczynników aerodynamicznych rakiety, które wykorzystane zostały do opracowania półempirycznego modelu aerodynamiki. Testy lotne umożliwiły weryfikację poprawności wykonania i działania konstrukcji. Ponadto, wykonana została weryfikacja poprawności działania symulacji lotu poprzez porównanie danych symulacyjnych oraz telemetrycznych.
Następnym krokiem w rozwoju rakiety będzie implementacja systemu nawigacji wizyjnej wykorzystującego m.in. algorytmy sztucznej inteligencji do rozpoznawania obiektów na obrazie, a następnie wykrywania w trakcie lotu znacznika umieszczonego na powierzchni ziemi. Projekt zakłada zaprojektowanie nowych oraz dokonanie zmian konstrukcyjnych w obecnych elementach systemu, co pozwoli na zastosowanie głowicy wyposażonej w system nawigacji wizyjnej działającej w paśmie światła widzialnego oraz podczerwieni. Do tej pory w ramach prac projektowych zostały przeprowadzone testy software-in-the-loop, obejmujące symulacje lotu z zaimplementowanymi algorytmami wykrywania znaczników oraz stworzono model nowej głowicy w programie do modelowania CAD. Przeprowadzone testy algorytmów rozpoznawania obrazu oraz ich wyniki zostały przedstawione na konferencji Systems Engineering, Modeling and Simulation SEMS’21 oraz opisane w artykule prezentowanym przez studentów Studenckiego Koła Astronautycznego na 72. Międzynarodowym Kongresie Astronautycznym w Dubaju w dniach 25 - 29 października.
Stworzony, w ramach przygotowania do realizacji projektu, model konstrukcyjny posłuży do wykonania elementów mechanicznych niezbędnych do budowy i integracji nowej głowicy w dwóch wersjach (z kamerą działającą w spektrum światła widzialnego oraz w podczerwieni). W ramach testów jednostkowych najpierw sprawdzone zostanie działanie poszczególnych komponentów, a następnie przeprowadzone zostaną testy integracyjne pozwalające na zweryfikowanie poprawności wykonania konstrukcji. Kolejnym etapem będą testy z użyciem bezzałogowców, podczas których sprawdzone zostaną algorytmy detekcji w warunkach rzeczywistych, poprzez umieszczenie w pełni złożonej i funkcjonalnej głowicy pod wielowirnikowcem. Zwieńczeniem prac projektowych będą testy lotne, podczas których nastąpi ostateczny test konstrukcji, a przede wszystkim sprawdzone zostanie działanie nowej głowicy, jak i algorytmów sterowania oraz rozpoznawania obrazu w warunkach poligonowych.

Planowane rezultaty:

• Liczba powstałych publikacji naukowych: 3
• Liczba prac przejściowych i dyplomowych: 2
• Udział w konferencjach naukowych: 2
• Liczba powstałych egzemplarzy głowic: 3
• Liczba przeprowadzonych testów: 8
• Liczba użytych profesjonalnych programów inżynierskich: 8
• Liczba powstałych konstrukcji rakiet: 2

2. Budowa bezzałogowych samolotów transportowych lokalnego zasięgu o dużym udźwigu

Celem projektu jest opracowanie i zbudowanie bezzałogowych samolotów udźwigowych na międzynarodowe zawody SAE AeroDesign, organizowane w Stanach Zjednoczonych przez organizację SAE oraz na zawody Air Cargo Challenge organizowane przez zespół AkaModell Munich z Uniwerytetu Technicznego w Monachium (zwycięzcy tych zawodów z 2019 roku), pod egidą organizacji EuroAvia - zrzeszającej studentów kierunków lotniczych z całej Europy.
Projekt rozpocznie się od zbadania poprzednich konstrukcji studenckich z zawodów SAE AeroDesign, przeanalizowania ich pod kątem wytrzymałościowym, aerodynamicznym oraz trafności i skuteczności wykorzystania zaimplementowanych rozwiązań. Kolejnym etapem projektu będzie opracowanie niezbędnych modyfikacji, takich jak przeprojektowanie struktury (ułożenie tkanin), oraz zmiana profilu skrzydła na wydajniejszy. W następnym kroku zostaną wykonane  obliczenia, modele i rysunki nowych samolotów uwzględniające wprowadzone poprawki, by finalnie dostosować aktualne algorytmy sterujące pod nową konfigurację lotu.
Zawody Air Cargo Challange są dla projektantów samolotów udźwigowych nowym wyzwaniem, na które studenci zdecydowali się w ramach dywersyfikacji celów działaności koła SAE AeroDesign. Będą one w szczególności wymagać zaprojektowania nowego samolotu, gdzie kluczowe są badania zespołu napędowego oraz zagadnień tarcia tocznego, ze względu na operowanie z lotniska trawiastego. Istotne są również takie osiągi jak duża prędkość wznoszenia i wysoka prędkość maksymalna w ustalonym locie poziomym. Kolejnym krokiem będzie przeprowadzenie procesu optymalizacji osiągów w locie opracowywanej konstrukcji, tak, aby samolot jak najlepiej wpisywał się w profil misji.
Na podstawie wyżej opisanych procesów projektowych zostaną zbudowane prototypy trzech samolotów i przeprowadzone badania w locie, dzięki czemu piloci zapoznają się z możliwościami konstrukcji, by ostatecznie zaprezentować je na zawodach.

Planowane rezultaty:

• Liczba zaprojektowanych samolotów bezzałogowych: 3
• Liczba zbudowanych samolotów bezzałogowych: 6
• Liczba przeprowadzonych symulacji komputerowych: 40
• Liczba wykorzystanych programów komputerowych: 8
• Liczba zaangażowanych studentów: 7
• Liczba prac dyplomowych/przejściowych: 4

3. Perun 2.0 -projekt motocykla elektrycznego wprowadzający innowacyjne rozwiązania w elektromobilności

Głównym celem projektu jest rozwój i podniesienie kompetencji studentów w zakresie realizacji projektów związanych z elektromobilnością, wdrażających w specyfikę branży R&D.
Projekt Perun 2.0 obejmuje budowę elektrycznego motocykla wyścigowego, badania naukowe nad innowacyjnymi rozwiązaniami zastosowanymi w konstrukcji motocykla oraz dalsze promowanie elektromobilności. Zwieńczeniem projektu jest planowany start w przyszłej edycji międzynarodowych zawodów MotoStudent oraz udział w co najmniej jednej konferencji naukowej.
Kluczową częścią projektu Perun 2.0 jest wykonanie innowacyjnej ramy motocykla inspirowanej najnowszymi rozwiązaniami pochodzącymi z motosportu oraz przemysłu lotniczego. Rama w całości zostanie zaprojektowana przez członków SKAPu. Projekt ramy zostanie poddany serii obliczeń numerycznych sprawdzających jej wytrzymałość oraz ergonomię. Docelowo rama ma zostać wykonana z aluminium z zastosowaniem technologii frezowania oraz spawania.
W ramach rozwoju motocykla zostanie wykonany unikalny zestaw owiewek aerodynamicznych oparty na wynikach badań tunelowych przeprowadzonych przez członków SKAP’u. W trakcie wytwarzania zostaną wykorzystane precyzyjne formy, a same owiewki zostaną wykonane z włókna węglowego, podczas procesu laminowania.
Projekt stwarza swoistą platformę badawczą do rozwoju napędów elektrycznych zyskujących na znaczeniu w ostatnich latach. Zastosowanie silnika elektrycznego stawia nowe wyzwania w zakresie optymalizacji jego pracy oraz wymusza dogłębne zrozumienie zagadnienia baterii litowo-jonowych. Zagadnienie to może posłużyć jako temat wielu prac dyplomowych i być podstawą do publikacji artykułów naukowych.
Problematyka integracji napędu elektrycznego z mechaniczną częścią konstrukcji cechuje się szerokim zakresem rozwiązań. Co pozwala studentom na poszerzenie wiedzy na temat wykorzystywanych układów przeniesienia napędu oraz może stanowić materiał na przyszłe innowacje.
Podsumowując, projektowany przez SKAP motocykl elektryczny będzie wyróżniał się wśród swoich bezpośrednich konkurentów: innowacyjnym podejściem do wykorzystania elementów aerodynamicznych motocykla oraz dodatkową optymalizacją w zakresie konstrukcji ramy i wahacza opartą na poprzedniej iteracji motocykla oraz panujących trendach. SKAP zawsze cechowała dbałość o najmniejsze szczegóły projektu. W przypadku Peruna 2.0 objawia się to między innymi w projekcie przedniego błotnika czy układu chłodzenia baterii oraz kontrolera.

Planowane rezultaty:

• Zwiększenie zasięgów mediów społecznościowych o 150%
• Liczba prac przejściowych inżynierskich: 6
• Liczba prac dyplomowych inżynierskich: 3
• Liczba projektów konstrukcyjnych: 7
• Liczba testów w tunelu aerodynamicznym: 2
• Udział w jednej konferencji naukowej
• Aktywny udział w konkursie konstrukcji studenckich
• Udział w 3 szkoleniach wewnętrznych
• Udział w 1 szkoleniu zewnętrznym
• Pozyskanie 2 nowych partnerów biznesowych
• Zwiększenie rozpoznawalności SKAPu na rynku nowych technologii i w branży motoryzacyjnej
• Zwiększenie rozpoznawalności polskich technologii na rynku międzynarodowym
• Dynamiczne testy motocykla na torze wyścigowym - liczba
• Powstanie prototypowego motocykla wyścigowego Perun 2.0.

 4. Opracowanie algorytmu do diagnostyki napędu w ramach integracji systemu zasilania satelity PW-Sat3

Głównym celem niniejszego projektu jest poczynienie wymiernych postępów w projekcie satelity typu CubeSat rozwijanego w Politechnice Warszawskiej. 
PW-Sat to inicjatywa zaprojektowania i zbudowania od podstaw całego satelity. Od początku powstania wzięło w niej udział kilkuset studentów z całego świata. Misje programu są związane z rozwiązaniem problemu śmieci kosmicznych na niskiej orbicie okołoziemskiej. Umieszczone na orbicie PW-Sat oraz PW-Sat2 jako główny cel miały przeprowadzenie deorbitacji: PW-Sat za pomocą ogona, a PW-Sat2 za pomocą żagla. Celem misji PW-Sat3 jest przetestowanie napędu typu cold-gas. Napęd przyśpieszy deorbitację, ale jednocześnie umożliwi precyzyjną korekcję orbity, np. w celu zmniejszenia ryzyka kolizji z innymi obiektami. Idea rozwijania systemów deorbitacyjnych jest w zgodzie z dbałością o środowisko i daje nadzieję na możliwość wykorzystania najbardziej popularnych orbit przez przyszłe pokolenia naukowców. Problem zadbania o niską orbitę okołoziemską jest zbieżny z głównymi zadaniami postawionymi przez Europejską Agencję Kosmiczną oraz Deklaracją Społecznej Odpowiedzialności Uczelni, której Politechnika Warszawska jest sygnatariuszem.

Planowane rezultaty:

• Publikacje naukowe: 2 
• Prace przejściowe i dyplomowe: 3 
• Stworzone procedury testowe i integracyjne: 4 
• Informacje w mediach społecznościowych: 10 
• Współpraca z firmami i instytutami badawczymi: 2 
• Modele systemów satelitarnych: 2 
• Wykorzystane programy do zarządzania projektem: 4 
• Wykorzystane programy do projektowania elektroniki, mechaniki i oprogramowania: 4 
• Materiały szkoleniowe dla następnych zespołów satelitarnych na Politechnice Warszawskiej

Grupą docelową wszystkich wyżej wymienionych projektów są studenci zrzeszeni w kołach naukowych działających przy Wydziale.

Zachęcamy do śledzenia postępów prac, które są publikowane na FB poszczególnych kół naukowych.

Przyznane dofinansowanie ze środków z budżetu państwa w ramach programu „Studenckie koła naukowe tworzą innowacje”: