مهروماه

روش جدید ساخت بال هواپیما می تواند طرح های جدید بنیادی مانند این مفهوم را که برای برخی از کاربردها کارآمدتر است ، فراهم کند. تصویر: الی گرشنفلد ، مرکز تحقیقات ایمز ناسا

تیمی از مهندسان یک نوع کاملاً جدید از هواپیما را ساخته اند و آزمایش کرده اند که از صدها قطعه کوچک و یکسان جمع شده است. به گفته محققان ، بال می تواند برای کنترل پرواز هواپیما تغییر شکل دهد و می تواند در تولید ، پرواز و بهره وری تعمیر و نگهداری هواپیما افزایش چشمگیری ایجاد کند.

رویکرد جدید در ساخت بال می تواند انعطاف پذیری بیشتری در طراحی و ساخت هواپیماهای آینده داشته باشد. طرح بال جدید در یک تونل باد ناسا آزمایش شد و امروز در مقاله ای در مجله Smart Materials and Structures ، که توسط مهندس تحقیق نیکلاس کرامر در ناسا در کالیفرنیا تألیف شده است ، شرح داده شده است. دانش آموخته ام آی تی کنت چونگ SM '07 PhD '12 ، اکنون در ناسا آمز است. بنجامین جنت ، دانشجوی تحصیلات تکمیلی در مرکز بیت ها و اتم های MIT ؛ و هشت نفر دیگر

به جای نیاز به سطوح متحرک جداگانه مانند آیلرون برای کنترل چرخش و پیچ هواپیما ، مانند بال های معمولی ، سیستم مونتاژ جدید امکان تغییر شکل کل بال یا قسمت های آن را با ترکیب ترکیبی از سفت و انعطاف پذیر فراهم می کند. اجزای موجود در ساختار آن. زیرمجموعه های ریز ، که به هم پیچ می شوند و یک چارچوب شبکه ای سبک و سبک را تشکیل می دهند ، سپس با یک لایه نازک از مواد پلیمری مشابه چارچوب پوشانده می شوند.

 

 

محققان می گویند ، نتیجه این کار بال بسیار سبک تر و در نتیجه بسیار کارآمدتر از آنهایی است که دارای طرح های معمولی هستند ، چه از فلز و چه از کامپوزیت. از آنجا که این سازه ، شامل هزاران مثلث کوچک از پایه های چوب کبریت است ، عمدتا از فضای خالی تشکیل شده است ، این یک "فرامواد" مکانیکی را تشکیل می دهد که از سختی ساختاری یک پلیمر لاستیکی مانند و سبک بودن فوق العاده و چگالی کم یک ایرجل استفاده می کند .

جنت توضیح می دهد که برای هر یک از مراحل پرواز - برخاست و فرود ، کروز ، مانور و غیره - هر یک از مجموعه های پارامترهای بهینه بال خود را دارند ، بنابراین بال معمولی لزوماً سازش است که برای هیچ یک از آنها بهینه سازی نشده است. اینها ، و بنابراین کارایی را فدا می کند. بال که دائماً تغییر شکل می یابد می تواند تقریب بهتری از بهترین پیکربندی برای هر مرحله ارائه دهد.

در حالی که امکان تولید موتور و کابل برای تولید نیروهای لازم برای تغییر شکل بالها وجود دارد ، این تیم یک قدم جلوتر رفته و سیستمی را طراحی کرده است که به طور خودکار با تغییر شکل در تغییرات بارگذاری آیرودینامیکی خود پاسخ می دهد - نوعی فرآیند تنظیم مجدد بال منفعل ، خودتنظیم.

کرامر ، نویسنده اصلی مقاله ، می گوید: "ما می توانیم با تطبیق شکل با بارهای موجود در زوایای مختلف حمله ، کارایی به دست آوریم." "ما می توانیم دقیقاً همان رفتاری را که شما فعالانه انجام می دهیم ، تولید کنیم ، اما منفعلانه آن را انجام دادیم."

 

 

مفهوم هنرمندان هواپیماهای یکپارچه با بدنه بال را نشان می دهد که با استفاده از روش ساخت جدید توسط گروهی از روبات های تخصصی مونتاژ شده و به رنگ نارنجی نشان داده شده است. تصویر: الی گرشنفلد ، مرکز تحقیقات ایمز ناسا

این مهم با طراحی دقیق موقعیت های نسبی پایه ها با مقادیر مختلف انعطاف پذیری یا سختی ، به گونه ای طراحی می شود که بال یا بخشهای آن ، در پاسخ به انواع خاصی از تنش ها ، به روشهای خاصی خم شود.

چونگ و دیگران چند سال پیش با ایجاد بال تقریباً یک متری ، قابل مقایسه با اندازه هواپیمای معمولی مدل از راه دور ، این اصل اساسی را نشان دادند. نسخه جدید ، تقریباً پنج برابر طول ، با بال هواپیمای یک نفره واقعی قابل مقایسه است و ساخت آن آسان است.

در حالی که این نسخه توسط تیمی از دانشجویان تحصیلات تکمیلی به صورت دستی مونتاژ می شود ، روند تکراری طراحی شده است تا به راحتی توسط دسته ای از ربات های کوچک و ساده مونتاژ مستقل انجام شود. جنت می گوید ، طراحی و آزمایش سیستم مونتاژ رباتیک موضوع مقاله آینده است.

جنت می گوید ، قطعات جداگانه بال قبلی با استفاده از سیستم واترجت بریده شد و ساخت هر قسمت چند دقیقه طول کشید. این سیستم جدید از قالب تزریق با رزین پلی اتیلن در قالب پیچیده 3 بعدی استفاده می کند و هر قسمت - اساساً یک مکعب توخالی ساخته شده از ستون های اندازه چوب کبریت در امتداد هر لبه - را فقط در 17 ثانیه تولید می کند ، که باعث طولانی شدن آن می شود به مراحل تولید مقیاس پذیر نزدیک تر است.

او می گوید: "اکنون ما یک روش ساخت داریم." او می گوید ، در حالی که سرمایه گذاری اولیه در زمینه ابزار وجود دارد ، اما پس از انجام این کار ، "قطعات ارزان هستند" "ما جعبه ها و جعبه هایی از آنها داریم ، همه یکسان هستند."

به گفته وی ، شبکه مشبک حاصل چگالی 5.6 کیلوگرم بر متر مکعب دارد. برای مقایسه ، لاستیک چگالی حدود 1500 کیلوگرم در هر متر مکعب دارد. جنت می گوید: "آنها سختی یکسانی دارند ، اما تراکم ما کمتر از یک هزارم تراکم است."

از آنجا که پیکربندی کلی بال یا ساختار دیگر از زیر واحدهای کوچک ساخته شده است ، در واقع فرقی نمی کند که چه شکلی باشد. او می گوید: "شما می توانید هر هندسه ای را که می خواهید بسازید." "این واقعیت که اکثر هواپیماها یک شکل هستند" - اساساً یک لوله با بال - "به دلیل هزینه است. همیشه کارآمدترین شکل نیست." اما سرمایه گذاری گسترده در طراحی ، ابزار و فرآیندهای تولید ، ماندن در آن را آسان تر می کند پیکربندی های طولانی مدت

 

 

برای اهداف آزمایش ، این بال اولیه با دست مونتاژ می شد ، اما نسخه های آینده را می توان توسط روبات های مینیاتوری تخصصی مونتاژ کرد. تصویر: کنی چونگ ، مرکز تحقیقات ایمز ناسا

مطالعات نشان داده است كه ساختار بدنه و بال يكپارچه مي تواند براي بسياري از كاربردها به مراتب كاراتر باشد و با استفاده از اين سيستم مي توان آنها را به آساني ساخت ، آزمايش ، اصلاح و دوباره آزمايش كرد.

دانیل كمبل ، محقق ساختار در علوم پرواز شفق قطبی ، یك شركت بوئینگ ، كه در این تحقیق دخیل نبوده ، می گوید: "این تحقیق نوید كاهش هزینه و افزایش كارایی برای سازه های بزرگ و سنگین را می دهد." "امیدوار کننده ترین برنامه های کوتاه مدت ، برنامه های ساختاری برای کشتی های هوایی و سازه های فضایی مانند آنتن ها هستند."

جنت می گوید ، بال جدید به اندازه بزرگ در تونل بادی پرسرعت ناسا در مرکز تحقیقات لانگلی جای گرفته است ، جایی که حتی کمی بهتر از حد پیش بینی شده عمل می کند.

جنت می گوید ، از همین سیستم می توان برای ساخت سازه های دیگر نیز استفاده کرد ، از جمله تیغه های بال مانند توربین های بادی ، جایی که توانایی انجام مونتاژ در محل می تواند از مشکلات حمل پره های طولانی تر جلوگیری کند. مجامع مشابهی برای ساخت سازه های فضایی در حال توسعه است و در نهایت می تواند برای پل ها و سایر سازه های با کارایی بالا مفید باشد.

این تیم شامل محققانی در دانشگاه کرنل ، دانشگاه کالیفرنیا در برکلی در سانتا کروز ، مرکز تحقیقات ناسا لانگلی ، دانشگاه فناوری کائوناس در لیتوانی و خدمات فنی واجد شرایط ، در میدان موفت ، کالیفرنیا بود. این کار توسط برنامه راه حل های همگونی هوانوردی ناسا ARMD (پروژه MADCAT) و مرکز بیت ها و اتم های MIT پشتیبانی شد.