Элероны, рули, закрылки - все те вещи, которые удерживают самолет в прямом направлении или позволяют ему наметить новый курс - были лишь приблизительными. Обычно эти части прикрепляются к задней части крыла и хвоста, и когда они двигаются вверх или вниз, создают сопротивление и заставляют самолет менять направление или высоту.
Непрерывное гибкое крыло, построенное НАСА и его сотрудниками из Массачусетского технологического института, Калифорнийского университета, Санта-Круса и ряда других университетов, могло бы достичь того же результата более эффективно, сокращая как расход топлива, так и стоимость строительства самолетов.
«Одним из основных моментов является то, что мы можем добиться такого рода производительности при чрезвычайно низких затратах», - говорит Кеннет Чунг, ученый НАСА, который является со-руководителем проекта. «И это обещание масштабируемости из-за того, что мы можем использовать относительно небольшие строительные блоки».
Крыло, описанное в журнале Soft Robotics , состоит из небольших частей из углеродного волокна, которые пересекаются, образуя гибкую, легкую решетку, которая все еще остается жесткой во всех правильных направлениях.
Сопротивление традиционному крылу вызывает своего рода вихревой поток воздуха вокруг крыла (больше, чем требуется только для подъема), и этот воздух вибрирует с помощью так называемых режимов флаттера, форма, размер и частота которых зависят от скорости движения. ремесло. Жесткое, тяжелое крыло, подобное алюминиевому на 747, достаточно прочное, чтобы выдерживать эту вибрацию и не сдвигаться, даже на высоких скоростях. Это модель самолетов, которые достигли десятилетиями, стремясь к более быстрому полету, говорит Чеунг.
В результате вокруг самолета в полете движутся фигуры, сделанные из воздуха. Чунг называет их свободным потоком, и его цель состоит в том, чтобы в любой момент согласовать форму плоскости с потоком. Поворот в крыле может плавно изменить форму самолета, как серфер, ловящий волну.
Основополагающим принципом новой концепции является использование множества крошечных, легких конструктивных элементов, которые могут быть собраны в практически бесконечное разнообразие форм. (Кеннет Чунг / НАСА) «Жесткие элероны - это всего лишь слабое приближение к тому состоянию, которое вы действительно пытаетесь достичь», - говорит он. «Таким образом, прирост эффективности, который вы получаете, фактически согласовывая аэродинамические условия, может быть действительно значительным».
Нет ничего нового в создании крыла, способного менять форму. Фактически, братья Райт сделали это - их самолет был основан на гибких крыльях из дерева и холста. Совсем недавно Airbus экспериментировал с гибкими крыльями с 3D-печатью, и компания FlexSys опубликовала в этом месяце видео о более традиционном элероне, который изгибается вместо слайдов.
«Это довольно значительное повышение эффективности в самолете», - говорит Дэвид Хорник, президент и главный операционный директор FlexSys. «На самом деле вы сохраняете истинную форму аэродинамического профиля, когда применяете этот подход к морфингу. Форма аэродинамического профиля все еще там, вы уменьшаете сопротивление, создаваемое навесной контрольной поверхностью ».
«Полностью гибкое крыло будет немного сложным», потому что оно менее похоже на традиционные формы крыла, говорит Хорник. «Но, честно говоря, то, что они делают, просто замечательно».
Другие исследователи в Технологическом университете Делфта и в Техасе A & M также спроектировали и построили морфинг крыльев, но что особенного в крыле НАСА, внутри него. Углеродное волокно легкое, формуемое и жесткое. Но оно хрупкое и склонно к поломке, когда оно в неправильном направлении. Чеунг и его команда разработали небольшой блок блокировки, который можно соединить вместе, чтобы создать трехмерную решетку из углеродного волокна. По отдельности они жесткие, но в целом гибкие. Это также очень легко.
«Если вы будете использовать эту стратегию построения блоков для построения этих трехмерных решеток из частей из углеродного волокна, вы получите то, что вы можете рассматривать как непрерывный материал», - говорит Ченг. «Вы получаете невероятно хорошие результаты. На самом деле мы показали самую высокую удельную жесткость, когда-либо показанную для сверхлегкого материала ».
Как только решетка была построена, команда провела стержень от фюзеляжа к кончику крыла, который при вращении двигателя в корпусе самолета скручивает кончик, а остальная часть крыла следует. Все это заключено в полиимид под названием Kapton, медный, подобный ленте материал, используемый в гибких платах.
Недавно разработанная архитектура крыла может значительно упростить производственный процесс и снизить расход топлива за счет улучшения аэродинамики крыла. Он основан на системе крошечных, легких субъединиц, которые могут быть собраны командой небольших специализированных роботов и в конечном итоге могут быть использованы для создания всего планера. (Кеннет Чунг / НАСА) Еще одним преимуществом является модульность компонентов; почти все крыло было собрано из одинаковых частей, а это означает, что авиакомпания, которая хотела использовать их, могла бы также сэкономить на производственном процессе. Они также могут быть заменены индивидуально, что означает более дешевый ремонт, или преобразованы в новые формы для других самолетов.
«То, что они сделали, это то, что они использовали эти легкие, жесткие структуры таким образом, что делает всю структуру деформируемой», - говорит Гайдн Уодли, профессор материаловедения и инженерии, работающий над деформируемыми, но прочными решетками формы. сплавы памяти в университете Вирджинии. «Это такая вещь, вы могли бы представить ветряную турбину, которая изменяет форму аэродинамического профиля, чтобы определить количество энергии, которое оно высасывает из ветра».
Исследовательская группа уже установила крыло на самолете с дистанционным управлением, и будущие испытательные полеты будут включать более крупные самолеты - до трехметрового размаха крыла - с установленными на них датчиками для контроля крыла и его соответствия воздушному потоку вокруг него., В конце концов, технология может появиться в пилотируемых самолетах или даже в коммерческих самолетах. Но даже небо не может быть пределом.
«Мы также с нетерпением ждем потенциальных применений в космосе. Очевидно, что если вы собираетесь построить космический корабль или среду обитания в космосе, у вас нет фабрики для его строительства », - говорит Чунг. «Мы знаем, что у нас есть все эти приложения в космосе, которые намного больше, чем мы можем запустить, поэтому мы должны их создавать».
