Zespół inżynierów z Massachusetts Institute of Technology oraz NASA zbudował i z powodzeniem przetestował skrzydło, które może zmieniać kształt dostosowując się do warunków aerodynamicznych. Konstrukcja składa się z setek maleńkich, identycznych elementów, a jej twórcy zapewniają, że ich koncepcja pozwala na budowę lżejszych, bardziej wydajnych i energooszczędnych samolotów.
Nowy projekt uczonych z Massachusetts Institute of Technology (MIT) i NASA wyglądem przypomina latające skrzydło, czyli bezogonowy układ konstrukcyjny, gdzie miejsce dla załogi, na ładunek, paliwo i inne wyposażenie znajduje się wewnątrz głównej konstrukcji. Najbardziej znaną jednostką tego typu jest bombowiec B2 Spirit.
Jednak w odróżnieniu do tradycyjnych konstrukcji, nowy projekt nie posiada ruchomych powierzchni sterowych, takich jak lotki. Nowy system montażu umożliwia odkształcenie całego skrzydła lub jego części poprzez zastosowanie mieszanki sztywnych i elastycznych składników w jego strukturze. Takie rozwiązanie zapewnia większą efektywność pracy na każdym etapie lotu.
Maleńkie podzespoły skręcone ze sobą w celu utworzenia lekkiej ramy kratowej są następnie pokrywane cienką warstwą materiału polimerowego. W rezultacie skrzydło składająca się z tysięcy maleńkich trójkątów jest właściwie puste w środku, czyli znacznie lżejsze, a co za tym idzie, także bardziej energooszczędne niż w konwencjonalnych konstrukcjach wykonanych z metalu lub materiałów kompozytowych. To oczywiście przekłada się na mniejsze zużycie paliwa.
Nowa konstrukcja skrzydła została przetestowana w tunelu aerodynamicznym NASA, a wyniki tych testów zostały opisane na łamach pisma „Smart Materials and Structures”.
Każda faza lotu – start, lądowanie, sam lot czy manewrowanie – ma swój własny, nieco inny zestaw optymalnych parametrów skrzydła. Innymi słowy, różne faz lotu potrzebują różnych konstrukcji skrzydła. Konwencjonalne skrzydło jest koniecznym kompromisem i nie jest zoptymalizowane dla żadnej z faz lotu, a zatem poświęca się wydajność. Skrzydło, które jest stale odkształcalne, może zapewnić najlepszą konfigurację dla każdego etapu lotu.
Chociaż możliwe było opracowanie mechanizmu służącego do sterowania odkształcaniem skrzydła, zespół poszedł o krok dalej i zaprojektował system, który automatycznie reaguje na zmiany w warunkach aerodynamicznych i sam dostosowuje kształt. To coś w rodzaju samoregulującego, pasywnego proces rekonfiguracji skrzydła.
Testy w tunelu aerodynamicznym. Fot. Kenny Cheung/ NASA Ames Research Center
- Jesteśmy w stanie zwiększyć wydajność dopasowując kształt do obciążeń występujących w trakcie lotu pod różnymi kątami natarcia maszyny – powiedział Nicholas Cramer z NASA, główny autor publikacji. - Jesteśmy w stanie wytworzyć dokładnie to samo zachowanie, które można zrobić aktywnie, ale zrobiliśmy to pasywnie – dodał. Skrzydło lub jego części wyginają się w określony sposób w odpowiedzi na określone rodzaje naprężeń.
Chociaż wersja testowana w tunelu aerodynamicznym została ręcznie złożona, to cały proces produkcji jest zaprojektowany tak, aby można go było łatwo wykonać za pomocą roju małych, prostych autonomicznych robotów montażowych. Projekt i testowanie zrobotyzowanego systemu montażu jest oddzielnym tematem i zostanie omówiony w kolejnej publikacji, która ma wkrótce się ukazać.
Ten sam system może być wykorzystany do tworzenia innych struktur. - Możemy stworzyć dowolną geometrię. Fakt, że większość samolotów ma taki sam kształt - zasadniczo to rura ze skrzydłami - wynika z kosztów. Nie zawsze jest to najbardziej efektywny kształt. Ale ogromne inwestycje w zakłady produkcyjne, oprzyrządowanie i procesy produkcyjne ułatwiają pozostanie przy długo utrzymywanych konfiguracjach – wyjaśnił Benjamin Jenett z MIT, współautor publikacji.
Źródło: MIT, fot. Eli Gershenfeld, NASA Ames Research Center
