Úplne nový typ krídla pre lietadlá budúcnosti

Tím vedcov pod vedením NASA a MIT prišiel s radikálne odlišným dizajnom krídla, ktoré je nielen oveľa ľahšie ako konvenčné krídla lietadiel, ale dokáže sa aj automaticky prekonfigurovať na optimálny tvar pre konkrétne letové podmienky.

Krídlo vyrobené z malých polymérnych dlaždíc, či šupín, spojených vzperami, predstavuje nový mechanický metamateriál. Sľubuje efektívnejšie a lacnejšie lietadlá s nižšími nárokmi na údržbu.

Pozrite siBoeing prinesie prvé lietadlo s hybridným pohonom už čoskoro

Krídla lietadiel sú zložité konštrukcie, vyžadujúce náročný systém riadiacich plôch, motorov, káblov a hydrauliky, aby tuhé krídlo mohlo používať pevné plochy na prispôsobenie prúdenia vzduchu.

ZDROJ | NASA

Problém je, že každé krídlo je kompromisom, vzdialeným od ideálneho tvaru pre rôzne letové podmienky. Optimum tvaru od stúpania pri štarte, cez let v rôznych situáciách, po pristátie sa líši. Krídlo, ktoré je neustále deformovateľné, by mohlo poskytnúť omnoho lepšiu aproximáciu najlepšej konfigurácie pre každú fázu letu.

Ľahké ako aerogél

Nový systém konštrukcie umožňuje deformovať celé krídlo, alebo jeho časti začlenením zmesi tuhých a ohybných prvkov, namiesto oddelených pohyblivých povrchov, ako sú krídelká na riadenie stúpania a klesania pri bežných krídlach.

Malé plôšky v podobe akýchsi dlaždíc v tvare trojuholníka, alebo obdĺžnika sú upevnené v mriežkovej štruktúre a následne pokryté tenkou vrstvou podobného polymérového materiálu ako rám krídla.

ZDROJ | NASA

Výsledkom je oveľa ľahšie a energeticky účinnejšie krídlo v porovnaní s konvenčnými konštrukciami. Platí to o krídlach z kovu, aj z kompozitov. Štruktúra pozostávajúca z tisícov drobných „šupín“  je zložená prevažne z prázdneho priestoru a tvorí mechanický metamateriál. Ten kombinuje štrukturálnu tuhosť polyméru podobného gume a extrémnu ľahkosť aerogélu.

Pozrite siWright Electric chystá elektrické lietadlo pre 150 pasažierov

Namiesto hustoty gumy na úrovni 1 500 kg/m3 dosahuje nový metamateriál hustotu len 5,6 kg/m3, pri porovnateľnej tuhosti.

Technológia nielen pre lietadlá

Nové krídlo bolo navrhnuté v takej veľkosti, aby sa dalo umiestniť do vysokorýchlostného aerodynamického tunela NASA vo výskumnom centre Langley Research Center.

Kenneth Cheung z MIT a ďalší členovia tímu demonštrovali základný princíp krídla už pred niekoľkými rokmi, keď vyrobili krídlo o dĺžke asi meter. To bolo porovnateľné s veľkosťou krídla typického diaľkovo ovládaného modelu lietadla. Aktuálna verzia je asi päťkrát dlhšia a zodpovedá veľkosti krídla skutočného jednomiestneho lietadla, pričom sa dá ľahko vyrobiť.

ZDROJ | NASA

„Namiesto motorov a hydrauliky dokážeme dosiahnuť efektívnosť tým, že sa tvar prispôsobí zaťaženiu v rôznych uhloch prúdenia,“ hovorí Nicholas Cramer z NASA Ames v Kalifornii, vedúci autor publikácie. „Sme schopní dosiahnuť presne to isté správanie, aké by ste urobili aktívnym ovládaním, ale zvládli sme to pasívne.“

Dosahuje sa to precíznym návrhom relatívnych polôh vzpier s rôznymi úrovňami flexibility a tuhosti, ktoré sú navrhnuté tak, že krídlo, alebo jeho časti sa ohýbajú špecifickými spôsobmi v reakcii na konkrétne druhy napätí.

Prototyp vyrobil tím doktorandov ručne, ale navrhnutý je už spôsob výroby pomocou malých montážnych robotov. V budúcnosti by mohla nová konštrukcia krídiel priniesť lacnejšie, energeticky úspornejšie a bezpečnejšie lietadlá, ale uplatní sa aj inde.

Pozrite siMIT vyvinul systém umožňujúci autám vidieť cez hmlu

Rovnaká technológia by sa dala použiť aj na výrobu iných konštrukcií, vrátane lopatiek veterných turbín, kde montáž na mieste pomôže odstrániť problémy s prepravou gigantických súčastí.

Podobné zostavy sa vyvíjajú na budovanie priestorových štruktúr a mohli by byť užitočné pre mosty a iné vysoko náročné konštrukcie. Sľubné sú tiež aplikácie pre výstavbu vzducholodí a vesmírnych antén.

ZdrojMIT

Komentáre k článku