Témata
Reklama

Neobvyklá soutěž Stahl fliegt 2011

Stahl fliegt - ocel létá. Tak se jmenuje soutěž pro týmy vysokoškolských studentů vypisovaná každoročně německými univerzitami za podpory FOSTA (Forschungsvereinigung Stahlanwendung).

Letos se v Porýní konal již 11. ročník tohoto originálního klání. Poprvé v historii soutěže byl k účasti přizván také tým ze zahraničí, konkrétně ze Západočeské univerzity v Plzni. O co v soutěži jde? Jak její jméno napovídá, je úkolem každého ze zúčastněných týmů v rámci daných regulí navrhnout a postavit létající objekt z oceli, prezentovat jej před hodnotitelskou komisí a ostatními týmy a ověřit vložené úsilí v závěrečném rozletu. Pravidla, podle nichž mohou až čtyřčlenné studentské týmy za podpory akademických pracovníků navrhnout své létající aparáty, jsou následující. Ke stavbě stroje těžšího vzduchu smějí být použity pouze materiály s minimálně 70% obsahem železa. Hmotnost létajícího objektu nesmí přesáhnout 400 g a musí se vejít do krychle o délce hrany 1 000 mm. Nesmí být poháněn žádným typem motoru. Výjimku tvoří pouze akumulátory energie v podobě gumového svazku. Každý tým má na materiál a stavbu k dispozici rozpočet ve výši 250 eur. V této částce nejsou zahrnuty prostředky poskytnuté případnými sponzory týmu.

Reklama
Reklama
Hřebenová kostra samokřídla - zřetelné je dvojité zalomení křídla a zesílená náběžná hrana.

Celkové hodnocení, na jehož základě je určen vítěz soutěže, sestává z následujících částí. Průměrný čas letu je vypočítaný ze tří nejlepších z celkem pěti pokusů. Dále se hodnotí nápaditost konstrukčního řešení. A v neposlední řadě kvalita zpracování a prezentování vývojových a konstrukčních prací týmu.

Pohled do historie soutěže

Soutěž Stahl fliegt vznikla z iniciativy prof. Dr. Reinera Koppa z RWTH Aachen s cílem přimět studenty technických oborů nahlížet na ocel jako na moderní, perspektivní materiál a postavit je před nelehký úkol zkonstruovat létající objekt z tohoto v letectví poněkud atypického materiálu. Od studentů se očekává inovativní myšlení, týmová spolupráce a hledání nekonvečních řešení.

Až doposud se soutěž Stahl fliegt omezovala na účast studentů německých technických vysokých škol a univerzit. Letošní ročník je vpravdě zlomový, neboť svou šanci poprvé dostal také tým ze Západočeské univerzity v Plzni, jehož členy jsou Jiří Holeček (Fakulta strojní, FST), Martin Rezek (Fakulta aplikovaných věd) a Michal Trylč (FST). Vedoucím týmu je doktorand FST Ing. Stanislav Kroták. Materiální podpory se týmu dostalo prostřednictvím Výzkumného centra tvářecích technologií (Fortech) a jeho ředitele prof. Dr. Ing. Bohuslava Maška. I jeho zásluhou se ze soutěže čistě německé stala mezinárodní.

Obtékání neuzavřeného profilu

Vývoj a stavba letounu plzeňského týmu

Členové týmu se za účelem účasti v soutěži Stahl fliegt 2011 poprvé sešli v polovině února 2011. Na počátku bylo několik nápadů a materiál dodaný prof. Maškem - ocelové fólie tloušťky 20, resp. 25 mikronů, podobné běžné hliníkové fólii, jakou disponuje většina domácností. Jsou tu však rozdíly. Ocel má oproti hliníku přibližně trojnásobnou hustotu. A obdobné je to s poměrem tuhostí obou materiálů. Ocelovou fólii lze sice za běžných podmínek formovat, ale není dostatečně poddajná a v ostrých skladech (o 180°) se láme. Připočtěme ještě hmotnost létajícího modelu z oceli ve srovnání s modelem hliníkovým a vyjde nám, že postavit letuschopný objekt z ocelových součástí není ani zdaleka tak jednoduché.

Neobvyklé řešení letounu s pohonem gumovým svazkem

V myslích plzeňských studentů se během fáze brainstormingu zrodilo množství rozličných koncepcí, z nichž některé byly velmi vzdáleny tomu, co se člověku vybaví pod pojmem letadlo. Nechyběly návrhy padáků, ať už klasických vrchlíků či křídel, jakož i konstrukce vycházející z Codyho draka nebo stroj využívající principu autorotace. Také od vedení týmu vzešel nápad v podobě šípového samokřídla samonosné skořepinové konstrukce ze zmíněné ocelové fólie. Pro zvýšení tuhosti mělo být křídlo opatřeno nehlubokými prolisy, pro jejichž zhotovení se zvažovalo nasazení inovativní tvářecí technologie zvané hydroforming. Pro obtíže při zpracování tenké fólie touto metodou a kvůli očekávaným vysokým nákladům na výrobu formy potřebné pro vytvarování polovin křídla bylo od hydroformingu, jakož i od zmiňovaného konceptu upuštěno.

Pohled do týmové dílny - na fotografii (zleva) členové týmu M. Trylč a J. Holeček.

Koncepce samokřídla

Nakonec se plzeňský tým ke koncepci samokřídla vrátil, ovšem použité konstrukční řešení bylo odlišné od původně zamýšleného. Ke stavbě letounu byly krom ocelové fólie použity ocelové kapiláry o vnějším průměru 3 mm a tloušťce stěny 0,25 mm a kalené dráty 1 mm v průměru z téhož materiálu. Zatímco kapiláry slouží coby vyztužená, dvakrát zalomená náběžná hrana odolná proti nárazu a nabývající též významu hmoty, posouvající těžiště letounu kupředu kvůli získání větší stability za letu, mají dráty kolmo vsazené a zalepené do děr vyvrtaných do kapilár funkci tvarování a vyztužování potahu křídla z ocelové fólie tl. 25 μm (viz obr. 1).

Pro realizované samokřídlo navrhl tým ZČU neúplný profil s hloubkou přes 310 mm vycházející z profilu Clark Y s rovnou spodní plochou. Zakulacení náběžné hrany bylo dosaženo zahnutím potahové fólie a přilepením jejího konce k vodicím obloukům z 1mm drátu symetricky rozmístěných podél náběžné hrany (viz obr. 2). Popisované ohnutí má svůj význam. Slouží pomalu letícímu letadlu jako turbulátor, který jednak stabilizuje let a jednak simuluje obtékání chybějící horní strany profilu (viz obr. 3). Výhodou tohoto řešení je takřka padesátiprocentní úspora hmotnosti potahu oproti profilu uzavřenému.

Letoun o rozpětí necelých 900 mm byl dovážen několika 5g ocelovými vývažky. Při kompletaci bylo použito modelářské lepidlo Sicomet. Samokřídlo bylo vyhotoveno ve dvou takřka identických exemplářích, které se lišily pouze tloušťkou potahové ocelové fólie: 25, resp. 20 μm.

Samokřídlo týmu ZČU v Plzni během vážení (asi 130 g) - na obrázku člen týmu Martin Rezek (vpravo)

Soutěžní den č. 1

Po osmihodinové cestě z Plzně do Dortmundu tým ZČU ladil poslední detaily powerpointové prezentace a chystal se k veřejnému předvedení svého díla. Na půdě TU Dortmund se sešla početná skupina studentů z univerzit a vysokých škol z celého Německa, celkem 18 týmů. Podle pravidel soutěže může univerzita sestavit až tři týmy pracující na vlastních projektech létajících strojů, což se zpravidla daří těm univerzitám, které se soutěže účastní již od počátků její existence. Jsou to RWTH Aachen, TU Bremen, TU Darmstadt, TU Dortmund, TU Kassel a Universität des Saarlandes. Poprvé byl přítomen tým z TU München a tým z Plzně.

Během prezentací jednotlivých týmů se přítomní mohli seznámit s nejrůznějšími návrhy v rámci zadání soutěže. K vidění byly klasické kluzákové konstrukce, dvoutrupý letoun s kachními plochami, též samokřídla a dokonce házedla složená z tenké ocelové fólie namísto papíru. Pouze jediný z týmů zvolil pohon letounu gumovým svazkem (viz obr. 4). Z nekonvenčních přístupů si zaslouží zmínku házedlo s válcovým křídlem či létající objekt inspirovaný javorovou nažkou, který během svého letu využívá principu autorotace. Přes rozličnost tvarů, velikostí a přístupů k zadání soutěže lze konstatovat, že obecně používaným stavebním, jakož i potahovým materiálem je ocelová fólie nejrůznějších tlouštěk (až po 1 μm) a ocelové kapiláry. Konstrukce jsou povětšinou lepené nebo svařované. Použití lepicí pásky je dovoleno až po absolvování prvního soutěžního letu, zpravidla za účelem nejnutnějších oprav stroje.

Po prezentaci týmů se konala komentovaná prohlídka zkušební haly Institutu pro tváření a stavbu lehkých konstrukcí na TU Dortmund (Institut für Umformtechnik und Leichtbau der TU Dortmund). Studenty zaujalo množství moderního vybavení, jakož i škála experimentů na něm prováděných.

Krátce před startem - v popředí vedoucí plzeňského týmu Ing. S. Kroták

Den D

Druhého dne zrána se v hale č. 6 veletržního komplexu v Düsseldorfu konala vlastní soutěž létajících objektů z oceli. Paralelně hostilo výstaviště v Düsseldorfu veletrhy Gifa, Metec, Thermprocess a Newcast. Na okraji haly, pod jednou z tribun, již byly připraveny typické německé skládací stoly a lavice pro každou příležitost, na nichž soutěžící týmy zřídily své mobilní dílny určené k nejnutnějším opravám během závodu (viz obr. 5).

Po přejímce létajících aparátů, kdy se kontrolovala hmotnost, rozměry a použitý materiál (viz obr. 6), se konečně mohlo začít soutěžit. V hale o rozměrech 145 x 145 metrů a výšce 26 metrů byly přichystány dvě nůžkové plošiny s obsluhou. Odhoz modelů se prováděl z výšky asi 11,5 metru nad úrovní podlahy haly. Vždy jeden člen týmu se nechal spolu se svým modelem vyvézt do patřičné výše, odkud poté, co časomíra oznámila svoji připravenost, model odstartoval. Letuschopnost jednotlivých konstrukcí byla, podobně jako ony samy, velice rozdílná. Některé z letounů, ač oproti stroji plzeňské univerzity opatřených křídlem s klenutým profilem, nedokázaly předvést stabilizovaný let a zřítily se. To byl případ mnoha klasických, letadlových konstrukcí. Naproti tomu například aparát podle vzoru javorové nažky potvrdil správnost konceptu. Zřejmou nevýhodou tohoto jen několik gramů vážícího objektu však je průběh letu, neboť na rozdíl od konstrukcí skutečně létajících dokáže využít pouze dráhu brzděného volného pádu.

Bezesporu nejlepším letounem dne byl model klasické koncepce větroně týmu technické univerzity v Brémách, jehož stabilizovaný a na pohled úchvatný let velmi nízkou rychlostí trval průměrně kolem 25 sekund. Letoun byl opatřen velmi poddajným křídlem, které se za letu přizpůsobilo obtékajícímu proudu. Výsledek práce týmu z TU Bremen tak s nejvyšší pravděpodobností ponese ovoce v podobě vítězství v letošním ročníku soutěže. Je však třeba připomenout, že do celkového hodnocení se krom délky letu započítává také inovativnost návrhu a kvalita prezentace týmu.

A jak si vedl tým z plzeňské ZČU?

Po odhozu pod mírným úhlem šikmo k zemi letoun přešel do klouzavého, poněkud houpavého letu. Tím bylo zaručeno měkké přistání ve srovnání s některými letouny konkurence. Díky tomu a také díky odolné konstrukci letounu se plzeňský tým vyhnul nutnosti provádět mezi jednotlivými lety významné opravy. Výkony a chování samokřídla byly konzistentní a vcelku uspokojující. Dosažená doba letu byla průměrně 10 sekund, což podle odhadu členů týmu stačí na umístění v první polovině startovního pole. Do budoucna však je potřeba zapracovat na zpomalení letu samokřídla, jakož i zaručit jeho větší stabilitu. Výsledky soutěže Stahl fliegt 2011 dosud nejsou známy. Vítězové budou slavnostně vyhlášeni koncem roku 2011.

Pro tým plzeňských studentů byla účast v soutěži Stahl fliegt 2011 cennou a zábavnou zkušeností. Dokázali se prosadit v mezinárodním klání a získali množství inspirace a chuti do dalšího ročníku soutěže. Doufají též, že napříště jejich tým již nebude jediným zástupcem Západočeské univerzity v Plzni a že se na následujícím klání ocelových létajících strojů setkají nejen s kolegy z Německa, ale i z dalších evropských univerzit.

Za tým ZČU v Plzni

Bc. Martin Rezek

e-mail: marrez@students.zcu.cz

ZČU v Plzni 

On-line verzi časopisu MM Průmyslové spektrum si můžete zakoupit v digitální trafice PUBLERO.COM 

Reklama
Vydání #10
Kód článku: 111038
Datum: 20. 09. 2011
Rubrika: Servis / Zajímavosti
Autor:
Firmy
Související články
Atraktivní projekty: Roboty jako mouchy

Ze všech létajících tvorů na Zemi nás nejvíc fascinuje hmyz. Může se vznášet, snadno pohybovat v libovolném směru a umí se vyhnout šíleně rychle letící plácačce. Není divu, že inspiroval skupinu vědců a inženýrů postavit nejmenší a nejvíce agilní létající roboty.

Koroze napříč všemi obory

Mezinárodní konference Eurocorr, která každoročně přiláká k účasti tisícovku zástupců komerční i akademické sféry včetně nejvýznamnějších celosvětově uznávaných korozních inženýrů, řadu sponzorů a vystavovatelů z oblastí povrchových úprav a povlaků kovů, chemických úprav prostředí, elektrochemických protikorozních ochran, korozního monitoringu, inspekce a zkušebnictví a mnoha dalších, se letos v září díky Asociaci korozních inženýrů poprvé v historii konala v Praze.

Lipsko letos jenom digitálně

Tradiční dvojice veletrhů pro oblast strojírenství a subdodavatelského průmyslu Intec a Z v Lipsku se letos uskuteční v termínu 2.–3. března 2021 výhradně digitálně pod názvem „Intec/Z connect“. Společnost Leipziger Messe, pořadatel veletrhu, se takto rozhodla, neboť současný vývoj koronavirové pandemie a s tím spojená omezení neumožňují takto velkou akci smysluplně realizovat klasickou ani hybridní formou

Související články
Horké komory pro práci s radioaktivním materiálem

V Řeži u Prahy bylo vybudováno nové výzkumné centrum, jehož součástí byla také výstavba kom-plexu horkých komor. Účelem výstavby bylo vytvořit pracoviště pro bezpečnou práci s vysoce radi-oaktivním materiálem. Po pěti letech budování se na začátku roku 2017 podařilo úspěšně zahájit aktivní provoz laboratoří, které jsou schopné zpracování, mechanického testování a mikrostrukturní analýzy radioaktivních materiálů (tlakové nádoby, vnitřní vestavby reaktorů, pokrytí paliva) s aktivi-tou až 300 TBq 60Co, materiálů pro reaktory III. a IV. generace a fúzní reaktory.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Stroje v pohybu – Vrtulník na Marsu

Vědci a technici z amerického Národního úřadu pro letectví a vesmír (NASA) právě řídí jednu z nejnáročnějších operací v dějinách kosmonautiky. Expedice Mars 2020 hledá známky bývalého života na sousední planetě. Kromě pojízdné laboratoře je na Marsu také první stroj, který létá vlastní silou na jiné planetě, než je Země.

Made in Česko - Romantické tóny z Hradce Králové

V roce 1948 byla doslova ze dne na den znárodněna česká firma Petrof vyrábějící dokonalé, světově proslulé klavíry. Její majitel, dědeček dvou dam a pradědeček třetí, tedy těch, které v současné době firmu úspěšně vedou, musel tehdy okamžitě svoji továrnu opustit. O dlouhou řadu let později se, nejen díky revoluci, ale i díky nezměrnému úsilí jeho samého i jeho potomků, podařilo firmu, která figuruje na předním místě mezi českým „rodinným stříbrem“, vrátit do rukou rodiny Petrofů.

Integrovaný obvod o tloušťce jedné molekuly

Lidstvo již zvládlo přeměňovat světlo na elektřinu a vytvořit akumulátory, v nichž nedochází k chemickým reakcím. Problémem však je, že tyto přístroje mají velmi nízkou účinnost. Nejlepších parametrů by se dosáhlo při použití polovodičů o tloušťce jediné molekuly. A ty se nyní naučili vyrábět vědci z ruského institutu MISiS, který je partnerem ruské korporace pro atomovou energii Rosatom.

Atraktivní projekty - Vojenská základna plná tajemství

V rámci pěstování vztahů s veřejností – public relations – se v Americe nejen soukromé firmy, ale i vládní organizace snaží vycházet zájemcům vstříc a pořádají různé dny otevřených dveří. Tak jsem měl možnost prohlédnout si například Pentagon, ale i vojenskou základnu v Novém Mexiku, kde se testovaly atomové bomby.

Atraktivní projekty: Odsud až ke hvězdám

Světově proslulý architekt Norman Foster navrhl kosmické nádraží pro privátní lety do vesmíru. Společnost Virgin Galactic, která tyto výlety připravuje, vybrala po dlouhém váhání prostor u Las Cruces v americkém státě Nové Mexiko. Kosmodrom dostal jméno Spaceport America, už se začal stavět a do provozu má být uveden v příštím roce.

Atraktivní projekty: Google chce létat

Internetový gigant Google není už dávno jen vyhledávač. Připravuje nové atraktivní projekty, a proto rozšiřuje svůj investiční záběr.

3D tiskárny mění svět

Ve vídeňském architektonicky velmi působivém divadle Odeon, původně Plodinové burze, se koncem března uskutečnila odborná konference věnovaná 3D tiskárnám, nazvaná Print3Dfuture. Přilákala více než 400 mladých posluchačů, kteří s velkým zaujetím sledovali přednášky o budoucích možnostech i úskalích této progresivní technologie. Organizátorům se totiž podařilo získat atraktivní přednášející z Evropy a USA. A na výstavě v předsálí byly tiskárny doslova v obležení zvídavých zájemců.

Atraktivní projekty: Jen vítr to ví…

Zkrotit vítr a využít jej ve svůj prospěch toužil člověk už od úsvitu dějin. Dodnes jsou známé větrné mlýny na starověké Krétě nebo ve středověkém Holandsku. I na některých místech Čech a Moravy se v minulosti osvědčily. Moderní doba však proměnila i tuto techniku.

Atraktivní projekty: FEL ČVUT v Praze s USA proti teroru

Velkými výzvami současnosti jsou jednak řízení a koordinování bezpilotních letadel a jednak ochrana lodí před piráty a teroristy. Těmito tématy se kromě jiných zabývají také vědečtí pracovníci, pedagogové a studenti na Elektrotechnické fakultě ČVUT v Praze.

Atraktivní projekty: Jak budeme létat?

Otázka je aktuální: jak při zvyšující se letecké přepravě snižovat emise oxidu uhličitého a tím chránit klima? A k ní se přiřazují další: jaké dopady má rostoucí mobilita na kapacitu letišť a výkonnost letištní infrastruktury? Tyto i jiné otazníky můžeme shrnout do jediného: jak má vypadat letadlo budoucnosti?

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit