MIT и NASA создали крыло для самолета, способное менять форму — Роботех

MIT и NASA создали крыло для самолета, способное менять форму

Команда инженеров создала и протестировала принципиально новый вид крыла самолета, собранного из сотен крошечных одинаковых деталей. Исследователи утверждают, что крыло может изменять форму, чтобы контролировать полет самолета, и может обеспечить значительное повышение эффективности производства, полета и технического обслуживания самолетов.

Новый подход к конструированию крыльев может обеспечить большую гибкость при проектировании и производстве будущих самолетов. Новый дизайн крыла был испытан в аэродинамической трубе НАСА и описан в журнале Smart Materials and Structures , в соавторстве с инженером-исследователем Николасом Крамером из НАСА, выпускником Массачусетского технологического института Кеннетом Чеунгом, аспирантом МИТ Бенджамином Дженеттом и др, сообщает пресс-служба МИТ.

Вместо того, чтобы устанавливать отдельные подвижные поверхности, новая система позволяет деформировать все крыло или его части, используя смесь жестких и гибких элементов. Крошечные связки этих элементов, которые скреплены болтами, чтобы образовать открытую, легкую решетчатую структуру, покрывают тонким слоем полимерного материала, подобного основному.

В результате получается крыло, которое намного легче и, следовательно, гораздо более энергоэффективно, чем крылья с традиционными конструкциями, изготовленные из металла или композитов, утверждают исследователи. Поскольку структура, состоящая из тысяч крошечных деталей, похожих на спичечные коробки, состоит в основном из пустого пространства, она образует механический «метаматериал», который сочетает в себе структурную жесткость резиноподобного полимера и чрезвычайную легкость.

Дженетт объясняет, что для каждого из этапов полета — взлета и посадки, крейсерского полета, маневрирования и т.д. — у каждого есть свой собственный, различный набор оптимальных параметров крыла, поэтому обычное крыло является неким компромиссом, который не оптимизирован ни для одного из этих этапов, и, следовательно, жертвует эффективностью. Крыло, которое постоянно деформируется, может обеспечить более эффективный полет.

На этом команда не остановилась, она сделала еще один шаг вперед и разработала систему, которая автоматически реагирует на изменения условий аэродинамической нагрузки путем изменения ее формы — своего рода саморегулирующийся, пассивный процесс реконфигурации крыла.

«Мы можем повысить эффективность, сопоставляя форму с нагрузками под разными углами», — говорит Крамер.

Чеунг и другие продемонстрировали основополагающий принцип работы нового изобретения несколько лет назад, создав крыло длиной около метра, сравнимое с размерами типичной модели самолета с дистанционным управлением. Новая версия, примерно в пять раз длиннее, сопоставима по размерам с крылом настоящего одноместного самолета и может быть проста в изготовлении.

В то время как эта версия была собрана вручную группой аспирантов, повторяющийся процесс предназначен для того, чтобы его можно было легко осуществить с помощью множества маленьких, простых автономных роботов-сборщиков. По словам Дженетт, проектирование и тестирование роботизированной сборочной системы — тема будущего документа.

Дженетт говорит, что отдельные детали для предыдущего крыла были разрезаны с помощью системы водоструйной резки, и на изготовление каждой детали ушло несколько минут. Новая система использует литье под давлением с полиэтиленовой смолой в сложной трехмерной форме и производит каждую деталь всего за 17 секунд, что позволит в сжатые сроки наладить полномасштабное производство.

Поскольку общая конфигурация крыла или другой конструкции построена из крошечных элементов, на самом деле не имеет значения, какова форма. «Вы можете сделать любую геометрию, какую захотите. Тот факт, что большинство самолетов имеют одинаковую форму, объясняется расходами. Это не всегда самая эффективная форма», — говорит он. 

По словам Дженетта, эту же систему можно использовать и для изготовления других конструкций, в том числе лопастных лопастей ветровых турбин, где возможность сборки на месте может избежать проблем с транспортировкой еще более длинных лопастей. Подобные сборки разрабатываются для создания космических конструкций и могут в конечном итоге быть полезными для мостов и других высокопроизводительных конструкций.

Новое крыло уже прошло испытания в высокоскоростной аэродинамической трубе НАСА в исследовательском центре Лэнгли, где оно показало себя даже немного лучше, чем предполагалось. Работа над ним будет продолжаться.

Add a Comment

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *