Τα ελικόπτερα, τα πηδάλια, τα πτερύγια των πτερύγων - όλα εκείνα τα πράγματα που κρατούν ένα αεροπλάνο κατευθείαν, ή το επιτρέπουν να καταγράψουν μια νέα πορεία - ήταν μόνο μια προσέγγιση. Κανονικά, αυτά τα κομμάτια συνδέονται με το πίσω μέρος της πτέρυγας και της ουράς, και όταν μετακινούνται προς τα πάνω ή προς τα κάτω, δημιουργούν οπισθέλκουσα και προκαλούν στο αεροπλάνο να αλλάζει κατευθύνσεις ή υψόμετρο.
Μια συνεχής, ευέλικτη πτέρυγα που κατασκευάστηκε από τη NASA και από συνεργάτες του MIT, του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, της Santa Cruz και άλλων πανεπιστημίων θα μπορούσε να επιτύχει το ίδιο αποτέλεσμα αποτελεσματικότερα, μειώνοντας τόσο την κατανάλωση καυσίμου όσο και το κόστος κατασκευής των αεροπλάνων.
"Ένα από τα βασικά σημεία είναι ότι μπορούμε να επιτύχουμε τέτοιου είδους επιδόσεις με εξαιρετικά χαμηλό κόστος", λέει ο Kenneth Cheung, ένας επιστήμονας της NASA που είναι επικεφαλής του έργου. "Και υπάρχει αυτή η υπόσχεση της επεκτασιμότητας από το γεγονός ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε σχετικά μικρά δομικά στοιχεία".
Η πτέρυγα, που περιγράφεται στο περιοδικό Soft Robotics , αποτελείται από μικρά τμήματα από ανθρακονήματα που τέμνονται για να σχηματίσουν ένα εύκαμπτο, ελαφρύ πλέγμα που είναι ακόμα άκαμπτο σε όλες τις σωστές κατευθύνσεις.
Η οπισθέλκουσα σε μια παραδοσιακή πτέρυγα προκαλεί ένα είδος ρεύματος αιθάλης γύρω από την πτέρυγα (περισσότερο από ό, τι απαιτείται για τον ανελκυστήρα μόνο) και ο αέρας δονείται με τα λεγόμενα τρόπους πτερυγισμού, το σχήμα και το μέγεθος και η συχνότητα των οποίων εξαρτάται από την ταχύτητα το σκάφος. Ένα άκαμπτο, βαρύ φτερό όπως το αλουμινένιο σε ένα 747 είναι αρκετά ισχυρό ώστε να αντέχει σε εκείνους τους κραδασμούς και να μην σπάσει, ακόμα και σε υψηλές ταχύτητες. Αυτό είναι ένα αεροπλάνο μοντέλο έχουν φτάσει με βάση δεκαετίες που επιδιώκουν ταχύτερη πτήση, λέει ο Cheung.
Το αποτέλεσμα είναι, όλα γύρω από ένα αεροπλάνο κατά την πτήση κινούνται σχήματα από αέρα. Ο Τσέουνγκ τους αποκαλεί το ελεύθερο ρεύμα, και ο στόχος του είναι να ταιριάζει με το σχήμα του αεροπλάνου, οποιαδήποτε στιγμή, στο ρέμα. Μια συστροφή στην πτέρυγα μπορεί να κάνει το αεροπλάνο να αλλάζει ομαλά, λίγο σαν ένας surfer που πιάνει ένα κύμα.
Η βασική αρχή πίσω από τη νέα ιδέα είναι η χρήση μιας σειράς μικροσκοπικών ελαφρών δομικών τεμαχίων που μπορούν να συναρμολογηθούν σε μια σχεδόν άπειρη ποικιλία σχημάτων. (Kenneth Cheung / NASA) "Τα άκαμπτα ελικόπτερα είναι απλώς μια χαλαρή προσέγγιση της πραγματικής κατάστασης που προσπαθείτε να επιτύχετε", λέει. "Έτσι, τα κέρδη απόδοσης που επιτυγχάνετε, ταιριάζοντας πραγματικά την αεροδυναμική κατάσταση, μπορούν να είναι πραγματικά σημαντικά."
Δεν είναι κάτι καινούργιο να φτιάχνεις μια πτέρυγα που μπορεί να αλλάξει σχήμα. Στην πραγματικότητα, οι αδελφοί του Wright το έκαναν - τα αεροσκάφη τους βασίζονταν σε ευέλικτα φτερά ξύλου και καμβά. Πιο πρόσφατα, η Airbus έχει πειραματιστεί με ευέλικτα τρισδιάστατα τυπωμένα φτερά και μια εταιρεία που ονομάζεται FlexSys δημοσίευσε βίντεο αυτό το μήνα από ένα πιο παραδοσιακό ελικόπτερο που κάμπτεται αντί των διαφανειών.
"Είναι μια αρκετά σημαντική βελτίωση της απόδοσης σε ένα αεροσκάφος", λέει ο David Hornick, πρόεδρος και COO της FlexSys. "Στην πραγματικότητα διατηρείτε ένα πραγματικό σχήμα αεροτομής όταν κάνετε αυτή την προσέγγιση μορφοποίησης. Το σχήμα της αεροτομής είναι ακόμα εκεί, μειώνετε την ποσότητα σύρματος που θα δημιουργηθεί τοποθετώντας μια αρθρωτή επιφάνεια ελέγχου πάνω σε αυτό. "
"Η πλήρως ευέλικτη πτέρυγα θα είναι λίγο προκλητική" επειδή είναι λιγότερο παρόμοια με τα παραδοσιακά σχήματα πτέρυγα, λέει ο Hornick. "Αλλά ειλικρινά, αυτό που κάνουν είναι πολύ αξιοθαύμαστο."
Άλλοι ερευνητές στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Ντέλφτ και στο Τέξας A & M έχουν επίσης σχεδιάσει και κατασκευάσει μορφικά φτερά, αλλά αυτό που είναι ιδιαίτερο για την πτέρυγα της NASA είναι μέσα σε αυτό. Οι ίνες άνθρακα είναι ελαφρές, μορφοποιημένες και δύσκαμπτες. Αλλά είναι εύθραυστη και επιρρεπής στο σπάσιμο όταν τονίζεται προς λάθος κατεύθυνση. Ο Cheung και η ομάδα του δημιούργησαν μια μικρή, αλληλοσυνδεόμενη μονάδα που μπορεί να συναρμολογηθεί για να δημιουργήσει ένα τρισδιάστατο πλέγμα ινών άνθρακα. Ατομικά, είναι δύσκαμπτες, αλλά το σύνολο είναι ευέλικτο. Είναι επίσης εξαιρετικά ελαφρύ.
"Εάν παίρνετε αυτήν την στρατηγική για την οικοδόμηση αυτών των τρισδιάστατων πλεγμάτων από τμήματα από ανθρακονήματα, παίρνετε κάτι που μπορείτε να αντιμετωπίζετε ως συνεχές υλικό", λέει ο Cheung. "Έχετε εξαιρετικά καλή απόδοση. Στην πραγματικότητα έχουμε δείξει την υψηλότερη ειδική ακαμψία που παρουσιάστηκε ποτέ για ένα εξαιρετικά ελαφρύ υλικό. "
Μόλις χτίστηκε το πλέγμα, η ομάδα έτρεξε μια ράβδο από την άτρακτο στην άκρη του πτερυγίου, η οποία, όταν περιστρέφεται από έναν κινητήρα στο σώμα του αεροπλάνου, περιστρέφει την άκρη και ακολουθεί το υπόλοιπο της πτέρυγας. Το όλο θέμα είναι επενδυμένο σε ένα πολυϊμίδιο που ονομάζεται Kapton, ένα χαλκώδες υλικό που μοιάζει με ταινία και χρησιμοποιείται σε εύκαμπτες πλακέτες κυκλωμάτων.
Μια νέα αρχιτεκτονική πτέρυγας θα μπορούσε να απλοποιήσει σημαντικά τη διαδικασία κατασκευής και να μειώσει την κατανάλωση καυσίμου βελτιώνοντας την αεροδυναμική της πτέρυγας. Βασίζεται σε ένα σύστημα μικρών, ελαφρών υπομονάδων που θα μπορούσαν να συναρμολογηθούν από μια ομάδα μικρών εξειδικευμένων ρομπότ και θα μπορούσαν τελικά να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ολόκληρου του αεροσκάφους. (Kenneth Cheung / NASA) Ένα περαιτέρω πλεονέκτημα είναι η αρθρωτότητα των συνιστωσών. σχεδόν ολόκληρη η πτέρυγα συναρμολογήθηκε από πανομοιότυπα κομμάτια, πράγμα που σημαίνει ότι μια αεροπορική εταιρεία που ήθελε να τις χρησιμοποιήσει θα μπορούσε να εξοικονομήσει μεγάλες ποσότητες και στην παραγωγική διαδικασία. Θα μπορούσαν επίσης να αντικατασταθούν μεμονωμένα, δηλαδή φθηνότερες επισκευές ή να αναδιαμορφωθούν σε νέα σχήματα για άλλα αεροσκάφη.
"Αυτό που έχουν κάνει είναι ότι έχουν χρησιμοποιήσει αυτές τις ελαφριές, δύσκαμπτες δομές με τρόπο που καθιστά όλη τη δομή παραμορφώσιμη", λέει ο Haydn Wadley, καθηγητής επιστήμης και μηχανικής των υλικών, ο οποίος εργάζεται σε παραμορφώσιμα, κράματα μνήμης στο Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια. "Αυτό είναι το είδος της, θα μπορούσατε να φανταστείτε μια ανεμογεννήτρια που αλλάζει το σχήμα μιας αεροτομής για να καθορίσει την ποσότητα ενέργειας που απορροφά από τον άνεμο."
Η ερευνητική ομάδα έχει ήδη τοποθετήσει την πτέρυγα σε ένα αεροπλάνο τηλεχειρισμού και στις μελλοντικές δοκιμαστικές πτήσεις θα υπάρχουν μεγαλύτερα αεροπλάνα - μέχρι και πτέρυγα πτερυγίων τριών μέτρων - με αισθητήρες τοποθετημένους επάνω τους για να παρακολουθούν την πτέρυγα και πόσο καλά ταιριάζει με το ρεύμα αέρα γύρω από αυτό . Τελικά, η τεχνολογία θα μπορούσε να εμφανιστεί σε επανδρωμένα αεροσκάφη ή ακόμη και εμπορικά αεροπλάνα. Αλλά ακόμα και ο ουρανός μπορεί να μην είναι το όριο.
"Προσβλέπουμε επίσης σε πιθανές διαστημικές εφαρμογές. Προφανώς, εάν πρόκειται να φτιάξετε ένα διαστημόπλοιο ή ένα χώρο στο χώρο, δεν έχετε εργοστάσιο εκεί για να το φτιάξετε », λέει ο Cheung. "Γνωρίζουμε ότι έχουμε όλες αυτές τις εφαρμογές στο διάστημα που είναι πολύ μεγαλύτερες από ό, τι μπορούμε να ξεκινήσουμε, οπότε πρέπει να τις κατασκευάσουμε".
