Křidélka, kormidla, křídlové klapky - všechny ty věci, které udržují letadlo v přímém směru nebo umožňují, aby si naplánovaly nový směr - byly jen přibližné. Normálně se tyto kusy připevňují k zadní části křídla a ocasu, a když se pohybují nahoru nebo dolů, vytvářejí tažení a způsobují, že letadlo mění směr nebo výšku.
Kontinuální, flexibilní křídlo postavené NASA a spolupracovníky na MIT, Kalifornské univerzitě, Santa Cruz a několika dalších univerzitách by mohlo dosáhnout stejného výsledku efektivněji, což by snížilo spotřebu paliva i náklady na stavbu letadel.
„Jedním z hlavních bodů je, že tento druh výkonu můžeme dosáhnout za extrémně nízkou cenu, “ říká Kenneth Cheung, vědec NASA, který je na projektu spoluzakladatelem. "A tento slib škálovatelnosti vyplývá ze skutečnosti, že můžeme použít relativně malé stavební kameny."
Křídlo, popsané v časopise Soft Robotics , je tvořeno malými částmi z uhlíkových vláken, které se protínají a vytvářejí pružnou, lehkou mříž, která je stále tuhá ve všech správných směrech.
Tah na tradičním křídle indukuje jakýkoli vířivý proud vzduchu kolem křídla (více, než je potřeba pro výtah samotný) a že vzduch vibruje s tzv. Flutterovými režimy, jejichž tvar a velikost a frekvence závisí na rychlosti řemeslo. Tuhé, těžké křídlo, jako je hliníkové křídlo na 747, je dostatečně silné, aby odolávalo vibracím a neodtrhávalo se ani při vysokých rychlostech. Toto je model letadla, kterého dosáhli na základě desetiletí sledujících rychlejší let, říká Cheung.
Výsledek je, že kolem letadla za letu se pohybují tvary vyrobené ze vzduchu. Cheung jim říká volný proud a jeho cílem je přizpůsobit tvar letadla v kterémkoli daném okamžiku proudu. Kroucení v křídle může hladce změnit tvar letadla, trochu jako surfař chytající vlnu.
Základním principem nového konceptu je použití řady drobných lehkých konstrukčních kusů, které lze sestavit do prakticky nekonečné řady tvarů. (Kenneth Cheung / NASA) "Tuhá křidélka jsou jen volnou aproximací toho, co je ve skutečnosti podmínkou, kterou se snažíte dosáhnout, " říká. "Takže zvýšení účinnosti, které získáte skutečným přizpůsobením aerodynamickým podmínkám, může být opravdu významné."
Není to nová věc, postavit křídlo, které může změnit tvar. Ve skutečnosti to udělali bratři Wrightové - jejich letadlo bylo založeno na pružných křídlech ze dřeva a plátna. Více nedávno, Airbus experimentoval s flexibilními 3D potištěnými křídly a společnost s názvem FlexSys zveřejnila tento měsíc video s tradičním křidélkem, které se ohýbá místo diapozitivů.
"Je to docela významné zvýšení účinnosti v letadle, " říká David Hornick, prezident a COO společnosti FlexSys. "Ve skutečnosti si udržuješ pravý tvar křídla, když děláš tento morfující přístup." Tvar profilu křídla je stále tam, snižujete množství tažení, které by se vytvořilo umístěním sklopné ovládací plochy. “
"Plně flexibilní křídlo bude trochu náročné", protože je méně podobné tradičním tvarům křídla, říká Hornick. "Ale upřímně řečeno, to, co dělají, je docela pozoruhodné."
Jiní vědci na Delft University of Technology a v Texasu A&M také navrhli a postavili morfovací křídla, ale to, co je zvláštní na křídle NASA, je uvnitř. Uhlíkové vlákno je lehké, tvarovatelné a tuhé. Je však křehký a náchylný ke zlomení, je-li zdůrazněn špatným směrem. Cheung a jeho tým vyvinuli malou propojovací jednotku, kterou lze spojit do třírozměrné mřížky z uhlíkových vláken. Jednotlivě jsou tuhé, ale celek je flexibilní. Je také extrémně lehký.
"Pokud využijete tuto strategii stavebních bloků pro stavbu těchto trojrozměrných mříží z částí uhlíkových vláken, dostanete něco, s čím můžete zacházet jako s kontinuálním materiálem, " říká Cheung. "Získáte neuvěřitelně dobrý výkon." Ve skutečnosti jsme prokázali nejvyšší specifickou tuhost, jaká byla kdy prokázána pro ultra lehký materiál. “
Jakmile byla mříž postavena, tým rozběhl tyč z trupu ke špičce křídla, která, když se otáčela motorem v těle letadla, otočila špičku a zbytek křídla následoval. Celá věc je opláštěna v polyimidu zvaném Kapton, měděném, páskovitém materiálu používaném v pružných deskách plošných spojů.
Nově vyvinutá architektura křídla by mohla výrazně zjednodušit výrobní proces a snížit spotřebu paliva zlepšením aerodynamiky křídla. Je založen na systému malých, lehkých podjednotek, které by mohl sestavit tým malých specializovaných robotů, a nakonec by mohl být použit k sestavení celého draku. (Kenneth Cheung / NASA) Další výhodou je modularita součástí; téměř celé křídlo bylo sestaveno ze stejných kusů, což znamená, že letecká společnost, která je chtěla použít, by mohla ušetřit i velké množství výrobního procesu. Mohly by být také nahrazeny jednotlivě, což znamená levnější opravy, nebo rekonfigurovány do nových tvarů pro jiná letadla.
"To, co udělali, je, že použili tyto lehké, tuhé struktury takovým způsobem, že je celá struktura deformovatelná, " říká Haydn Wadley, profesor materiálových věd a inženýrství, který pracuje na deformovatelných, ale silných mřížích tvaru - slitiny paměti na University of Virginia. "Tohle je věc, kterou si dokážete představit větrnou turbínu, která mění tvar profilu křídla, aby určila množství energie, kterou vysává z větru."
Výzkumný tým již namontoval křídlo na dálkově ovládané letadlo a budoucí zkušební lety budou obsahovat větší letadla - až tři metry rozpětí křídel - se senzory namontovanými na nich, které monitorují křídlo a jak dobře odpovídá proudu vzduchu kolem něj . Nakonec se tato technologie mohla objevit v letadlech s posádkou nebo dokonce v komerčních letadlech. Ale ani nebe nemusí být limitem.
"Těšíme se také na potenciální vesmírné aplikace." Je zřejmé, že pokud se chystáte postavit kosmickou loď nebo stanoviště ve vesmíru, nemáte továrnu na její stavbu, “říká Cheung. "Víme, že máme všechny tyto aplikace v prostoru, které jsou mnohem větší, než můžeme spustit, takže je musíme sestavit."
